Сатурн — одна из самых необычных планет Солнечной системы. Этот газовый гигант окружен яркими и массивными кольцами, простирающимися на сотни тысяч километров и на 95% состоящими из водяного льда. Правда, их возраст остается предметом споров: по данным миссии «Кассини», он составляет всего несколько сотен миллионов лет, а не миллиарды, как считалось на протяжении большей части ХХ века.
Среди многочисленных лун шестой планеты от Солнца — от малых нерегулярных объектов до крупных регулярных спутников — особый интерес представляют Титан, Гиперион, Рея и Япет. В отличие от малых лун, захваченных гравитацией Сатурна, эти тела движутся по относительно упорядоченным, близким к круговым орбитам и активно взаимодействуют друг с другом. Исследователи полагают, что их орбитальная динамика хранит следы прошлых перестроек системы: приливная миграция Титана могла запустить цепочку резонансных взаимодействий и гравитационных возмущений.
Теперь ученые из Парижской обсерватории (Франция), Юго-западного научно-исследовательского института и Калифорнийского технологического института (оба — в США) рассчитали численные интеграции орбит с помощью компьютерного моделирования. Подход позволил проследить эволюцию системы лун Сатурна на протяжении сотен миллионов лет с учетом гравитационного взаимодействия тел и приливных эффектов.
Внимание авторов научной работы, представленной на сервере препринтов Корнеллского университета, привлекла пара Титан — Гиперион. Дело в том, что эти луны находятся в устойчивом орбитальном резонансе, защищающем их от сближений. Расчеты, однако, показали, что с момента формирования нашей звездной системы такой резонанс не мог существовать: быстрая приливная миграция Титана от Сатурна подсказала, что Гиперион попал в резонанс относительно недавно — примерно 400-500 миллионов лет назад.
Понять, в чем дело, помогла новая компьютерная модель, в которой существовал еще один, ныне исчезнувший спутник — так называемый прото-Гиперион, расположенный между Титаном и Япетом. В большинстве сценариев орбитальная нестабильность приводила к столкновению прото-луны с Титаном. При этом часть вещества выбрасывалась в окружающее пространство, что с течением времени могло сформировать современный Гиперион — пористое небесное тело неправильной формы.
Эта катастрофа, по мнению ученых, могла вывести Сатурн из спин-орбитального резонанса, который ранее сформировал наклон его оси, и дестабилизировать орбиты других спутников. После столкновения Титан стал двигаться по более вытянутой орбите и сильнее «раскачивать» другие луны. Со временем это могло привести к их разрушению и формированию новых спутников и колец.
Результаты исследования объясняют сразу несколько нерешенных вопросов — происхождение Гипериона, необычную динамику лун и формирование колец — недавней гравитационной перестройкой системы газового гиганта. Хотя новая модель требует уточнений, она хорошо согласуется с данными «Кассини» и текущими представлениями о приливной эволюции крупных лун Сатурна.