Что «грандиозный финал» Кассини рассказал нам о внутреннем строении Сатурна
Шесть лет назад космический аппарат Cassini, который провел почти два десятилетия на орбите вокруг Сатурна, завершил свою миссию грандиозным финалом, погрузившись в глубины атмосферы Сатурна. Эти последние несколько орбит и последнее погружение позволили получить огромное количество информации о внутреннем мире Сатурна. Группа астрономов собрала все имеющиеся данные и теперь рисует портрет внутренностей второй по величине планеты Солнечной системы.
Один из ключевых вопросов, который задают астрономы о природе Сатурна, — это характеристики его глубоких недр и потенциального ядра. С помощью дистанционных наблюдений мы можем получить доступ только к видимой поверхности планеты, которая учитывает лишь самые верхние слои ее атмосферы. Однако у нас есть несколько методов, позволяющих исследовать глубокие недра планеты. Во-первых, у нас есть сами кольца. Все триллионы частиц, из которых состоят кольца, реагируют на гравитацию Сатурна. Различные составы внутреннего вещества и различные смеси этих материалов будут незначительно изменять орбитальные движения частиц колец. Тщательно изучая, как кольца вращаются вокруг планеты, мы можем разработать модели внутреннего пространства Сатурна.
Но самое главное — у нас есть сам «Кассини». За последние несколько орбит он собрал огромное количество данных о гравитационной среде, в которой он находился. И, наконец, во время его рокового падения мы получили первые прямые измерения верхних слоев атмосферы Сатурна.
Недавно астрономы собрали все эти данные воедино, чтобы дать нам туманный, но убедительный портрет внутреннего мира планеты. Все имеющиеся данные указывают на то, что атмосфера планеты претерпевает дифференциальное вращение на глубине 10 000 км, что составляет примерно 1/6 радиуса всей планеты. Это означает, что атмосфера вблизи экватора Сатурна движется быстрее, чем атмосфера вблизи полюса, что соответствует тому, что мы видим на поверхности. Однако в глубине Сатурна дифференциальное вращение уступает место единой скорости вращения, равной 10 часам и 33 минутам — это и есть истинная продолжительность «дня» на этой планете.
Похоже, что у Сатурна действительно есть ядро, состоящее из центральной концентрации тяжелых элементов. Масса этого ядра где-то в 12-20 раз превышает массу Земли. Однако это ядро не компактно, как Земля, а медленно диффундирует и смешивается с водородной и гелиевой атмосферой, которая его окутывает. Это дает приблизительную границу ядра где-то около половины радиуса Сатурна.
Астрономы до сих пор не до конца понимают, как Сатурн генерирует все свое тепло. Один из возможных механизмов заключается в том, что гелий конденсируется из верхних слоев атмосферы и опускается на меньшую глубину, служа способом передачи энергии от ядра к верхним слоям атмосферы, но это еще не доказано.
Астрономы, стоящие за этим исследованием, призывают к будущим миссиям к Сатурну, особенно таким, которые будут направлены на то, чтобы пробить верхние слои атмосферы и погрузиться как можно глубже внутрь планеты, чтобы мы могли получить более четкую картину.