Спутнику Сатурна Титану предсказали столкновение с планетой

По прогнозам ученых, Сатурн наклонится по крайней мере на 90%, а его спутник или столкнется с ним, или выйдет из-под его гравитационного влияния и вылетит из системы. Впрочем, всего этого может и не произойти, если за это время Солнце успеет превратиться в красного гиганта в процессе своей эволюции. Статья опубликована в Astronomy and Astrophysics. За последние несколько десятилетий стало ясно, что орбиты внешних планет нашей Солнечной системы — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна — со временем изменились. Так появилась гипотеза динамической эволюции Солнечной системы, по которой свой современный вид она приобрела после эпохи динамической нестабильности, когда синхронизация орбит планет-гигантов разрушилась. Подобный процесс, когда скорость прецессии (смены) оси вращения планеты становится сопоставимой с частотой ее орбитальной прецессии, объяснил и динамику планет во внесолнечных системах и стал одним из факторов эволюции звездных систем.

Долгое время астрономы считали, что в свой резонанс Сатурн вошел еще около четырех миллиардов лет назад во время поздней планетарной миграции. Однако в этот сценарий не вписывается поведение его спутников, которые слишком быстро мигрируют.

Авторы этой работы, Мелани Сейленфест (Melaine Saillenfest) из университета Сорбонны и Джакомо Лари (Giacomo Lari) с Пизанского университета, ранее уже пришли к выводу, что свой наклон в 26,73% Сатурн получил именно через взаимодействие со своим крупнейшим спутником — Титаном .

Так быстрая миграция спутника планеты всего миллиард лет назад заставила Сатурн увеличить свой угол наклона (предположительно из трех градусов). А значит Титан влияет на Сатурн гораздо больше, чем орбитальный резонанс планеты с Нептуном, когда угол наклона оси вращения Сатурна стал зависеть от орбиты планеты-соседки.

Если Сатурн действительно следует по новому сценарию, попав под влияние Титана, и не был задет каким-то столкновением раньше, то сегодня он все еще находится в ловушке резонанса со своим спутником. Пока Титан продолжает мигрировать, а Сатурн продолжает следовать за дрейфом резонансного центра, в последующие несколько миллиардов лет его ждет значительное увеличение угла наклона. Ученые прогнозируют планете-гиганту наклон до 90% - почти перпендикулярно к плоскости, в которой он вращается вокруг Солнца.

Впрочем, эти предсказания основаны на предположении, что Титан продолжит миграцию в течение следующих миллиардов лет. Если вместо этого скорость его передвижения снизится, спутник выйдет из приточного резонансного механизма и система останется замороженной с примерно постоянным углом наклона для Сатурна и фиксированной орбитой для Титана. Однако пока нет никаких предпосылок к тому, чтобы Титан прекратил удаляться от своей планеты. Но в то же время и нет оснований предполагать, что все эти процессы произойдут раньше, чем Солнце начнет сходить с главной последовательности в сторону ответвления красных гигантов. Более о будущем (хотя скорее старения) Солнца мы рассказывали в наших карточках «Как долго живут звезды?».

По подсчетам астрономов, спутники увеличивают среднюю скорость прецессии оси вращения своей родительской планеты с величиной, которая зависит от их орбитального расстояния. Итак, если планета находится в ловушке этого резонанса, любая миграция ее спутников компенсируется изменением наклона. Однако у этого процесса есть критические точки, в которых система потеряет свое равновесие. Так, судя по моделированию, эксцентриситет и наклон Титана полностью его дестабилизируют, пока он либо не вылетит за пределы своей системы, или в конце концов не столкнется с Сатурном. По словам авторов статьи, это произойдет, когда Титан будет примерно вдвое дальше от Сатурна, чем сейчас. Причем они считают, что дестабилизация Титана приведет к серьезным последствиям для всей спутниковой системы Сатурна, с возможными дальнейшими выбросами других спутников за его пределы или даже к столкновениям между ними.

Подобный механизм может объяснить, почему и Уран наклонен на 98%, что ученые пока связывают с гигантским столкновением в прошлом планеты. Возможно, какой-то такой же его спутник, который вступил с ним в резонанс, просто вылетел из системы и поэтому мы его не видим. Так же какой-то значительный спутник может объяснить так называемые «super-puff» экзопланеты (в свободном переводе редактора — «рыхлые чрезмерно раздутые» экзопланеты) — планеты земной массы, но с сопоставимыми с Нептуном радиусами. Их параметры могут просто недооценивать или переоценивать, если они благодаря подобным спутникам обзавелись кольцами вокруг себя.

О Сатурне на самом деле известно не так много. Только недавно по данным его главного исследователя — аппарата «Кассини» — удалось оценить размеры и состав его ядра, а с помощью «Хаббла» увидеть, как осень меняет лето в северном полушарии планеты. Начальные же орбиты Сатурна и его соседа Юпитера помогли составить статистический анализ — эти гиганты имели орбиты с резонансом 2: 1 и завышенным эксцентриситетом.

Перевод материала nauka.ua