Волны в кольцах Сатурна позволили определить скорость вращения планеты

Ученые провели наблюдения колец Сатурна в беспрецедентных подробностях при помощи космического аппарата НАСА Cassini («Кассини») и теперь используют эти наблюдения для изучения недр гигантской планеты и определения скорости ее вращения. Продолжительность суток на Сатурне, согласно их расчетам, составляет 10 часов 33 минуты и 38 секунд, что на несколько секунд больше, по сравнению с предыдущими оценками, основанными на радиометрических данных, собранных при помощи космических аппаратов Voyager ("Вояджер") и Cassini. Исследователи изучили картину волн, возникающих внутри колец Сатурна в результате действия внутренних вибраций планеты. Практически кольца действуют как экстремально чувствительный сейсмограф, отвечающий на вибрации, рождающиеся внутри самой планеты. Подобно вибрациям, возникающим в недрах Земли при землетрясениях, Сатурн отвечает на возмущения, вибрируя на частотах, которые определяются его внутренней структурой. Конвекция в недрах планеты, обусловленная тепловыми потоками, является наиболее вероятным источником этих вибраций. Эти внутренние вибрации приводят к флуктуациям плотности газа в отдельных областях планеты, в результате чего гравитационное поле планеты за ее пределами флуктуирует с той же частотой.

Основным источником волн в кольцах Сатурна являются гравитационные эффекты спутников гигантской планеты, однако относительно небольшой вклад в формирование этих волн со стороны самой планеты также поддается измерениям. В новой работе группа исследователей во главе с Кристофером Манковичем (Christopher Mankovich), студентом магистратуры по направлению астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Круз, США, сравнила наблюдаемую картину волн в кольцах Сатурна с созданными ей компьютерными моделями. Это позволило точно определить скорость вращения газового гиганта, которая с трудом поддается измерениям другими методами, поскольку, во-первых, планета не имеет твердой поверхности с контрастными ориентирами, а во-вторых, магнитные полюса планеты совпадают с полюсами ее собственного вращения, что не позволяет использовать в качестве «метки» магнитный полюс, пояснили авторы.

Материал колец Сатурна изменяет химический состав верхних слоев его атмосферы

В новом исследовании, проведенном с использованием данных, собранных в прошлом году при помощи космического аппарата НАСА Cassini («Кассини»), совершавшего в то время свои последние витки вокруг гигантской планеты, показано, что кольца Сатурна – одни из самых удивительных объектов, наблюдаемых во Вселенной – являются более сложными с точки зрения химического состава, чем предполагалось ранее. Более того, в работе, проведенной коллективом авторов во главе с Дж.Г. Уэйтом (J.H. Waite) показано, что крайнее внутреннее кольцо D газового гиганта выбрасывает зерна пыли, покрытые «химическим коктейлем» в верхние слои атмосферы планеты с высокой скоростью по мере своего вращения. На протяжении больших отрезков времени этот падающий в атмосферу Сатурна материал может изменить содержание углерода и кислорода в атмосфере. Ранее ученые считали, что кольца Сатурна состоят в основном из воды, однако новые данные, собранные в прошлом году при помощи бортового инструмента Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS), показывают, что в пространстве между крайним внутренним кольцом планеты и верхними слоями ее атмосферы находится не только вода, но также метан, аммиак, монооксид углерода, молекулярный азот, а также диоксид углерода. Особенно удивительным для ученых стало обнаружение в значительных количествах метана и диоксида углерода. Это свидетельствует о том, что материал внутренней части колец Сатурна в значительной степени загрязнен «органикой», указывают авторы.

Вторым важным выводом из этого исследования стало то, что кольца теряют свой материал с более высокой скоростью, чем считалось ранее – и это показывает, что на самом деле прогнозируемая ранее продолжительность существования колец Сатурна могла быть существенно завышена, считают Уэйт и его коллеги.

Исследователи анализируют состав пыли Солнечной системы

Солнечная система в том виде, в каком она нам известна, сформировалась примерно 4,6 миллиарда лет назад из пыли межзвездного вещества, которая вращалась вокруг Солнца и конденсировалась в планеты и меньшие по размерам объекты. Частицы пыли той эпохи сегодня уже нельзя встретить во внутренней части Солнечной системы, поскольку они уже давно были уничтожены, претерпели сложные трансформации и повторно агрегировали с образованием новых фаз. Поэтому ученые могут лишь выдвигать предположения о процессах, которые привели к формированию текущей конфигурации Солнечной системы. Пыль, из которой формировалась Солнечная система, теперь рассеяна кометами по всему ее объему, и проведенный на Земле анализ ком различных комет обнаружил, что эта пыль содержит структуры, получившие название GEMS и представляющие собой стекло со вкраплениями металлов и сульфидов, в котором почти полностью отсутствует углерод. Кроме того, в некоторых из этих образований содержатся необычные в плане изотопного состава силикатные компоненты, которые могли сформироваться только в окрестностях других звезд – и это означает, что они содержат сохранившиеся образцы межзвездного вещества.

В новой работе команда под руководством Хоупа А. Ишии (Hope A. Ishii) из Гавайского института геофизики и планетологии Гавайского университета проанализировала результаты измерений космической пыли, проведенных при помощи инструмента Cosmic Dust Analyzer (CDA) космического аппарата НАСА Cassini («Кассини»). Согласно гипотезе исследователей, структуры GEMS формировались из пыли межзвездного пространства в два этапа. В соответствии с этой схемой, сначала в молекулярном облаке происходила первичная агрегация частиц под действием ударных волн сверхновых, и на этом этапе под действием космических излучений в конденсирующиеся силикатные частицы попадали вкрапления металлов. На втором этапе формирования структур GEMS, после коллапса молекулярного облака, частицы первого поколения агрегировали с кристаллическими зернами, которые, вероятно, были доставлены из внутренней части солнечной туманности, и сформировавшиеся таким образом кристаллические агрегаты второго поколения входили затем в состав вещества комет.

Гигантские бури приводят к «учащению сердцебиения» Сатурна

Мощные бури в северных широтах Сатурна могут привести к изменению циркуляции атмосферы близ экватора гигантской планеты, сообщают ученые международной миссии Cassini («Кассини») под руководством доктора Ли Флетчера (Leigh Fletcher) из Университета Лестера, Великобритания. Подобный эффект можно также наблюдать и в атмосфере Земли, что свидетельствует о том, что две планеты имеют гораздо больше общего, чем считалось ранее. В этом исследовании команда Флетчера изучила явление в атмосфере Сатурна, называемое «квазипериодическими осцилляциями» и состоящее в том, что в экваториальной области планеты наблюдается картина периодического возникновения вертикальных перепадов температур и изменений систем ветров. Период квазипериодических осцилляций атмосферы Сатурна составляет около 15 лет. Аналогичное явление, происходящее на Земле, имеет период 28 месяцев. Изучая это явление, Флетчер и его коллеги в своем исследовании обнаружили «учащение сердцебиения» гигантской планеты в период с 2011 по 2013 гг., в результате которого произошло охлаждение экваториальной области Сатурна. 

Проанализировав предшествовавшие этому событию крупные изменения в атмосфере гигантской планеты, Флетчер и его коллеги обнаружили, что учащение квазипериодических пульсаций произошло непосредственно после гигантской бури, которая охватила почти все северное полушарие Сатурна. Изучив более детально эти два события, ученые нашли механизм возможной связи между ними: волна, идущая от гигантской бури, могла прокатиться до экватора и нарушить квазипериодические осцилляции, несмотря на то, что буря бушевала за десятки тысяч километров от экватора, считают Флетчер и его команда.

Снимок: «Прощальный» комбинированный снимок системы Сатурна от аппарата Cassini

«Прощаясь» с планетой, которую он изучал в течение более чем 13 лет, космический аппарат НАСА Cassini («Кассини») бросил еще один, последний взгляд на Сатурн и его величественные кольца на финальном этапе своей миссии и сделал серию снимков, которые были объединены в одно мозаичное изображение. Широкоугольная камера аппарата Cassini получила 42 изображения всей планеты вместе с ее основными кольцами в красном, зеленом и голубом цвете 13 сентября 2017 г. Специалисты по обработке изображений соединили эти кадры, чтобы сформировать одно изображение в естественном цвете. На этом виде также можно различить спутники гигантской планеты Прометей, Пандору, Янус, Эпиметей, Мимас и Энцелад. Команда специалистов по обработке изображений миссии Cassini планировала собрать это «прощальное» изображение системы Сатурна уже в течение нескольких лет. Для многих членов научной команды Cassini расставание с аппаратом стало тяжелым испытанием.

Запущенный в 1997 г., космический аппарат Cassini находился на орбите вокруг Сатурна с 2004 по 2017 гг. Эта миссия позволила совершить большое число важных открытий, включая удивительную геологическую активность спутника Сатурна Энцелада и моря жидкого метана на крупнейшем спутнике Сатурна Титане. Историческая миссия завершилась гибельным погружением аппарата Cassini в атмосферу Сатурна, которое произошло 15 сентября 2017 г. и позволило ученым получить новые, ценные сведения о структуре атмосферы гигантской планеты.

Межпланетная станция Cassini сфотографировала космические "пирожки" и "пельмени"

Межпланетный аппарат Cassini передал на Землю изображения пельменей и пирожков. По крайней мере так их прозвали пользователи социальных сетей после публикации фотографий в Twitter NASA. На самом деле речь идет о трех спутниках Сатурна — Дафнисе, Атласе и Пане. Сравнение с популярными лакомствами они получили из-за своего внешнего вида. Изображения ученые получили еще весной.

Но для того, чтобы сделать снимки более четкими, исследователям пришлось несколько месяцев обрабатывать их специальными фильтрами.

В кольцах Сатурна роятся яркие «пропеллеры», показали новые снимки «Кассини»

Еще одна новость из Лаборатории реактивного движения НАСА - зонд «Кассини» детально запечатлел ближние кольца Сатурна, где в большом количестве были замечены яркие вихри и волны, то есть своеобразные «пропеллеры». Вообще, по мнению ученых, возникновению Сатурнианских колец послужил разрушившийся планетный «зародыш» еще в период образования Солнечной Системы. Они считают, что тот подобрался к гигантской планете на слишком близкое расстояние, и приливные силы разорвали его, раздробив на огромное количество мельчайших осколков. Те, что были более плотными стали «обедом» для Сатурна и Титана, а из оставшихся образовался «строительный» материал для будущих колец.

На последних полученных с зонда «Кассини» снимках, которые он сделал во время своего последнего пролета в промежутке между Сатурном и его кольцами, можно увидеть наличие своеобразных «складок», «соломинок», и «пропеллеров», разгуливающих на поверхности кольца А - это самый ближний, расположенный к планете, газопылевой диск. Еще когда «Кассини» только вышел на орбиту Сатурна, это было в 2004 году, ученые уже с тех пор не оставляют тему этих структур. Но в первый раз они были сфотографированы зондом только в начале этого года, когда начались финальные пролеты зонда через кольца Сатурна, завершающие его работу на орбите.

Благодаря новым снимкам появилась возможность «связать» между собой большие «пропеллеры», заснятые зондом в начале его миссии, которые как считается, имеют отношение к присутствию лун внутри Сатурнианских колец из газа и пыли, и недавно обнаруженные подобного типа структуры небольших размеров. Досконально изучив их, удастся ответить на вопросы о причине возникновения этих лун, времени их зарождения и продолжительности жизни.

Космический аппарат Cassini представил новый снимок спутника Сатурна Дионы

Неровный ландшафт изрезанного трещинами спутника Сатурна Дионы представлен на новом снимке, отправленном на Землю космическим аппаратом НАСА Cassini после недавно завершившегося пролета. КА Cassini пронесся мимо Дионы 16 июня, пройдя на расстоянии всего лишь в 516 километров от поверхности спутника Сатурна.

17 августа эта автоматическая межпланетная станция совершит свой последний пролет мимо Дионы, снизившись до высоты 474 километра над поверхностью спутника Сатурна.

Состоявшаяся в минувший вторник встреча зонда Cassini с Дионой стала вторым самым близким его пролетом над поверхностью ледяного спутника Сатурна. В декабре 2011 г. состоялся пролет этого КА на высоте всего лишь 100 километров над поверхностью Дионы.

Миссия Cassini-Huygens представляет собой совместный проект НАСА, Европейского космического агентства и Итальянского космического агентства. Управление миссией осуществляет Лаборатория реактивного движения НАСА со штаб-квартирой в Пасадене, штат Калифорния, США.

На фото: ученые НАСА произвели обработку этого снимка спутника Сатурна Дионы, сделанного во время пролета КА Cassini над поверхностью Дионы 16 июня 2015 г. Кроме Дионы, справа вверху на снимке виднеется усеянный гейзерами спутник Сатурна Энцелад, расположенный прямо над яркой линией колец Сатурна.