Американские астрономы, используя данные Cassini по возмущениям в кольцах Сатурна, воспроизвели состав его ядра. Оно не каменное, как принято было считать, а в значительной части диффузное.
Напомним, на ядро Сатурна приходится 60% всего диаметра планеты. Два астронома Калифорнийского технологического института в Калтехе взяли данные Cassini — автоматической станции NASA — и проанализировали процесс возмущений в ближайших к планете кольцах. О революционном открытии они сообщили в журнале Nature Astronomy: что ядро Сатурна следует представлять не каменным шаром, а диффузным «супом» изо льда, камня, металлического водорода и гелия.
Впервые астрономы допустили нестабильность структуры колец Сатурна под гравитационным воздействии ядра Сатурна в начале 90-ых. Ученые Марк Марли и Кэролин Порко выдвинули гипотезу — кольца могут использоваться в качестве гигантского сейсмографа для изучения внутренней части планеты.
Позже Марли и Порко участвовали в исследованиях данных, передаваемых межпланетной станцией Cassini, которая изучала Сатурн на протяжении 13 лет — до полного погружения в его атмосферу в 2017 году.
Ученые знали, что внутреннее С-кольцо Сатурна содержит спиральные узоры, отражающие колебания гравитационного поля планеты-гиганта. Эти узоры существенно отличаются от других волн, вызываемых в кольцах гравитационными взаимодействиями со спутниками Сатурна.
Теперь Кристофер Манкович и Джим Фуллер построили на основе анализа структуры волн новые модели пульсаций внутренней части планеты.
«Сатурн всегда немного дрожит, но это почти неуловимо. Поверхность планеты сдвигается примерно на метр за каждые 1-2 часа как медленно колеблющееся озеро. Кольца как чувствительный сейсмограф улавливают эти гравитационные возмущения, частицы колец начинают сдвигаться», — поясняет Кристофер Манкович.
Сравнивая структурные модели с гравитационными и сейсмическими измерениями Cassini, удалось показать, что полученные данные можно связать только с диффузной переходной областью между ядром и внешней оболочкой Сатурна, содержащей лед и камни.
А вот гравитационная рябь указывает на то, что в глубине Сатурн колеблется как единое целое, иначе говоря, его недра — это стабильные слои, образованные спустившимися «вниз» тяжелыми компонентами.
«Газообразные 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 земные океаны, где соленость увеличивается по мере того, как вы погружаетесь на все более глубокие уровни. Чтобы гравитационное поле планеты могло колебаться на какой-то конкретной частоте, ее внутренняя часть должна быть стабильной, а это возможно только в том случае, если доля льда и камня постепенно увеличивается по мере приближения к центру планеты», — рассказывает Джим Фуллер.
Согласно полученным данным, ядро Сатурна в 55 раз массивнее всей Земли, на лед и камни при этом приходится 17 масс Земли, оставшаяся часть — водород и гелий.
Определение ядра как диффузного позволяет предположить, что планеты начинают собирать газ на более раннем этапе своей эволюции. Наличие у Сатурна диффузного ядра подтверждает последние данные NASA о том, что Юпитер, очевидно, имеет ядро сходного типа.