Кільця Сатурна, ймовірно, значно старші, ніж вважали науковці.

Кільця Сатурна досить яскраві, щоб їх можна було побачити з Землі. Причина — склад: на 90-95 відсотків вони складаються з водяного льоду, який має високу відбивну здатність (альбедо). Цей лід має різні розміри, від крихітних крижинок до брилин діаметром кілька метрів. Також до складу кілець входять різні домішки: пил і породи, ймовірно, утворені в результаті руйнування однієї або кількох комет, астероїдів чи супутників, які розпалися на частини під впливом гравітації газового гіганта.

Протягом більшої частини XX століття вчені вважали, що кільця Сатурна утворилися разом з планетою приблизно 4,5 мільярда років тому. Але коли до газового гіганта наблизився зонд Cassini, вчені засумнівалися в цій цифрі. Перед завершенням своєї місії в 2017 році, апарат надав астрономам найбільш точні дані про структуру та фізичні властивості кілець, на основі яких дослідники розрахували їх вік.

На думку спеціалістів, якби кільця Сатурна існували мільярди років, як це припускали раніше, вони повинні були накопичити набагато більше кількість пилу. Однак аналіз показав, що пилу на кільцях значно менше, ніж очікувалося. Це свідчить про те, що вони набагато молодші і, можливо, утворилися всього від 10 до 100 мільйонів років тому, тобто приблизно в той же час, коли загинули динозаври.

Вік оцінили за темпом потемніння льоду: якщо знати, що кільця спочатку складаються з чистого льоду, і розрахувати потік метеоритів, що наближаються до Сатурна, можна вивести передбачуваний час накопичення домішок. З часом лід повинен був потемніти через накопичення космічного пилу, але кільця залишаються надзвичайно яскравими, що вказує на їх «молодий вік».

У 2023 році вчені уточнили вік кілець Сатурна. Вони проаналізували, як швидко космічний пил забруднює частинки кілець — осідає на водяний лід. Дослідники прийшли до висновку, що кільцям від 100 до 400 мільйонів років.

Тепер група астрономів з Франції та Японії під керівництвом Рюкі Хьодо (Ryuki Hyodo) з Інституту космічних і астронавтичних наук спростувала і ці дані. Команда підрахувала, що кільця Сатурна повинні бути набагато стійкішими до забруднення космічним пилом, ніж вважалося, тому водяний лід у їх складі може залишатися «чистим» протягом тривалого часу. Хьодо та його колеги не розрахували новий вік кілець, але припустили, що вони такі ж старі, як і Сатурн, тобто їм близько 4,5 мільярда років. Про своє відкриття астрономи розповіли в статті, опублікованій в журналі Nature.

Спочатку дослідники змоделювали, як космічний пил, розігнаний гравітацією Сатурна, врізається в кільця з величезною швидкістю. Аналіз показав, що під час таких зіткнень повинні виникати екстремальні температури, при яких пил випаровується. В результаті утворюється пар, який розподіляється у вигляді хмари, після чого він охолоджується і конденсується, перетворюючись на заряджені частинки. Ці частинки нагадують ті, які спостерігав зонд Cassini.

Потім команда Хьодо змоделювала, як ці частинки будуть рухатися через магнітне поле Сатурна, і виявила, що лише невелика їх частина почне осідати на кільцях, а більша або потрапить в атмосферу Сатурна, або повернеться назад у космос під впливом гравітації газового гіганта.

Автори нового наукового дослідження зазначили, що кільця Сатурна здаються «молодими» через здатність «опиратися» забрудненню, в результаті чого їх первісний зовнішній вигляд зберігається набагато довше. На думку вчених, цей фактор може впливати на те, як дослідники оцінюють вік кілець.

На нове дослідження вже відреагували астрономи, які оцінили вік кілець Сатурна в кілька сотень мільйонів років. Спеціалісти зазначили, що у своїй роботі вони використовували більш складний метод, ніж група Хьодо, а їх висновки набагато практичніші, оскільки зроблені на основі даних, надісланих апаратом Cassini.

«У моделюванні, проведеному командою Хьодо, припускається, що кільця Сатурна складаються тільки з твердих частинок льоду, тоді як насправді вони складаються з більш «м’яких» структур, які мають меншу твердість і більшу пластичність у порівнянні з твердими частинками. Тобто такі «м’які» частинки можуть руйнуватися, деформуватися або злипатися один з одним під час зіткнення, створюючи більш складні та динамічні взаємодії, ніж тверді кришталі льоду. Тому результати досліджень будуть зовсім різними», — пояснив американський астроном Саша Кемпф (Sascha Kempf) з Колорадського університету в Боулі, один з авторів дослідження про вік кілець Сатурна, проведеного в 2023 році.