Согласно последним научным исследованиям ядро Сатурна скорее жидкое, и занимает большую часть внутри планеты
Автор: Нил Паттель
Сатурн с его массивными кольцами, простирающимися на 175 000 миль в диаметре, является единственной в своем роде планетой Солнечной системы. Оказывается, его внутреннее строение также довольно уникально. Новое исследование, опубликованное накануне в журнале Nature Astronomy, предполагает, что у шестой планеты от Солнца есть «нечеткое» ядро, которое вращается.
Это довольно удивительная находка. «Традиционная картина внутреннего строения Сатурна или Юпитера — компактное ядро из скалистого или ледяного материала, окруженное оболочкой из водорода и гелия более низкой плотности» — говорит Кристофер Манкович, планетолог из Калифорнийского технологического института и соавтор нового исследования вместе со своим коллегой Джимом Фуллером.
То, что увидели Манкович и Фуллер, «по сути, является необычной версией этой обычной структуры». Вместо того чтобы увидеть аккуратную границу, разделяющую более тяжелые породы и лед от легких элементов, они обнаружили, что ядро колеблется так, что не существует единого и четкого разделения.
Это диффузное ядро простирается примерно на 60% радиуса Сатурна – огромная разница по сравнению с 10-20% радиуса планеты, которые занимает традиционное ядро.
Одним из самых интересных аспектов исследования является то, что результаты были получены не в результате прямого измерения ядра, чего мы никогда не могли сделать. Вместо этого Манкович и Фуллер обратились к сейсмографическим данным о кольцах Сатурна, впервые собранным миссией НАСА «Кассини», которая исследовала сатурнианскую систему с 2004 по 2017 год.
«Сатурн, по сути, постоянно звонит, как колокол» — говорит Манкович. Когда ядро колеблется, оно создает гравитационные возмущения, которые влияют на окружающие кольца, создавая тонкие «волны», которые можно измерить. Когда ядро планеты колебалось, «Кассини» смог изучить кольцо С Сатурна (второй блок колец от планеты) и измерить небольшие, но устойчивые гравитационные «колебания», вызванные ядром.
Манкович и Фуллер изучили полученные данные и создали модель структуры Сатурна, которая могла бы объяснить эти сейсмографические волны — и в результате получили нечеткий интерьер. «Это исследование — единственное на сегодняшний день прямое доказательство наличия диффузной структуры ядра у планеты с текучей средой», — говорит Манкович.
Специалисты считают, что причина такой структуры в том, что породы и лед вблизи центра Сатурна растворимы в водороде, что позволяет ядру вести себя как жидкость, а не как твердое тело. Согласно их модели, диффузное ядро Сатурна содержит породы и лед, масса которых более чем в 17 раз превышает массу всей Земли — это очень много материала.
Диффузное ядро может иметь несколько важных последствий для функционирования Сатурна. Самое важное из них заключается в том, что оно стабилизирует часть внутреннего пространства против конвективного тепла, которое в противном случае может привести к турбулентности внутри Сатурна. Фактически, это стабилизирующее влияние приводит к возникновению внутренних гравитационных волн, которые влияют на кольца Сатурна. Более того, диффузное ядро объясняет, почему температура поверхности Сатурна выше, чем предполагают традиционные конвективные модели.
Тем не менее, Манкович признает, что модель ограничена в некоторых важных аспектах. Она не может объяснить то, что ученые наблюдали в магнитном поле Сатурна, которое во многих отношениях причудливо (например, оно обладает почти идеальной симметрией относительно своей оси, что весьма необычно). Он и Фуллер надеются, что будущие исследования смогут более узко ограничить внутреннюю часть планеты и подсказать ученым, как ядро планеты может влиять на ее магнитное поле.
Они также надеются, что миссия НАСА Juno сможет обнаружить подобное диффузное ядро внутри Юпитера. Это в значительной степени подтвердит подозрения о том, что при формировании гигантских планет естественным образом образуются градиенты материала, а не чистые и твердые ядра. Некоторые исследования с использованием гравитационных данных, собранных «Юноной», похоже, также подтверждают эту идею.
Оригинал: Technologyreview
