Волны в кольцах Сатурна открывают гигантское нечеткое ядро планеты

Внутренности Юпитера и Сатурна на самом деле довольно сложно исследовать. Но уникально великолепная и обширная кольцевая система Сатурна оказалась отличным инструментом для определения плотности глубоко под его толстыми слоями облаков, вплоть до ядра.

Это ядро, согласно новому анализу “колебаний“ во внутреннем главном кольце Сатурна, вероятно, не является плотным шаром из никеля и железа, как многие думают, а “нечеткой“ областью, состоящей в основном из водорода и гелия с постепенным перемешиванием из более тяжелых элементов, простирающихся до 60 процентов радиуса планеты и содержащих около 17 земных масс льда и горных пород.

Это открытие, опубликованное в журнале Nature Astronomy, похоже на недавние открытия о недрах Юпитера, основанные на данных Juno, и может изменить наши предположения о ранней структуре и истории формирования Сатурна.

caltech

“Нечеткие ядра похожи на отстой“, - сказал планетолог и ведущий автор исследования Кристофер Манькович из Калифорнийского технологического института. “Водород и гелий на планете постепенно смешиваются со все большим и большим количеством льда и камней по мере того, как вы приближаетесь к центру планеты. Это немного похоже на части океанов Земли, где соленость увеличивается по мере того, как вы переходите на все более и более глубокие уровни, создавая стабильную конфигурацию“.

Как мы можем узнать это по кольцам Сатурна? Все это связано с тем, как грохот в животе Сатурна влияет на внешнее гравитационное поле планеты.

“Мы использовали кольца Сатурна как гигантский сейсмограф для измерения колебаний внутри планеты“, - сказал соавтор и астрофизик Калифорнийского технологического института Джим Фуллер. “Это первый раз, когда мы смогли сейсмически исследовать структуру газовой планеты-гиганта, и результаты были довольно неожиданными“.

Акустические волны и колебания внутри космических тел - прекрасный инструмент для исследования их внутренней структуры.

Мы делаем это здесь, на Земле, где землетрясения посылают похожие волны на нашу планету; то, как эти волны подпрыгивают там, может показывать различную плотность, позволяя нам идентифицировать структуры, которые мы никогда не могли бы надеяться увидеть.

На Солнце и других звездах внутренние акустические волны проявляются в виде колебаний яркости.

Сатурн не место для сейсмометра, и он не подвержен колебаниям яркости, но несколько лет назад ученые заметили характерные узоры в С-кольце Сатурна, самом внутреннем из его главных колец.

Они пришли к выводу, что они вряд ли могут быть созданы лунами Сатурна, поскольку такие узоры есть во внешних кольцах; вместо этого они кажутся вызванными колебаниями глубоко внутри планеты, которые влияют на гравитационное поле.

Так возникла область кроносейсмологии: изучение внутренней части Сатурна путем анализа этих волн в кольце C.

Теперь команда Калифорнийского технологического института провела новый анализ ранее охарактеризованной внутренней кольцевой волны С, частота которой была намного ниже, чем ожидалось от установленной внутренней модели Сатурна. Они обнаружили, что этот частотный паттерн накладывает новые строгие ограничения на внутренний состав Сатурна.

“Наши модели накладывают жесткие ограничения на массу и размер ядра Сатурна, состоящего из тяжелых элементов, хотя разреженная природа этого ядра требует более детального описания, чем в традиционных слоистых моделях“, - пишут они в своей статье.

Основываясь на этих ограничениях, они пришли к выводу, что масса ядра примерно в 55 раз больше массы Земли, а масса горных пород и льда равна 17 массам Земли.

Остальные будут преимущественно водородом и гелием; все это расплывчато и постепенно смешано, а не строго очерчено стратификацией, с более плотной концентрацией более тяжелых элементов в самом центре.

Это создает некоторую проблему для моделей образования планет. Считается, что планеты формируются по восходящей модели срастания камней, в которой небольшие куски породы электростатически связаны друг с другом, пока планетарное “семя'' не станет достаточно большим, чтобы гравитационно притягивать все больше и больше материала, в конечном итоге формируя планету.

Для газовых гигантов, таких как Юпитер и Сатурн, считалось, что более тяжелый материал опускается к центру, образуя твердое ядро ​​и позволяя газу с более низкой плотностью подниматься во внешние области.

Последние модели предполагают более постепенное распределение материала; или возможно, что конвективное перемешивание приводит к более постепенному распределению.

Тем не менее, моделирование путей формирования нечеткого ядра оказалось сложной задачей , и, вероятно, потребуются более сложные научные ухищрения, чтобы полностью понять, как это может происходить.

Напомним, ранее сообщалось, что Юпитер и Сатурн оставят следы на трупе Солнца.

Источник