Найден сенсационный ключ к загадке главного украшения Солнечной системы. И сделали это учёные из России.
Вопрос на 400 лет
Галилей открыл кольца у Сатурна в 1610 году. Более 400 лет ими восхищались, но не могли объяснить их природу. Выдвигались различные гипотезы и теории, однако все эти предположения лишь частично объясняли, откуда у шестой планеты Солнечной системы взялась такая красота в количестве тринадцати штук.
К Сатурну отправляли три миссии: «Пионер-11» в 1979, «Вояджер-1» в 1980 и «Вояджер-2» в 1981 годах. С 2004 по 2017 на орбите шестой планеты очень плодотворно трудился зонд «Кассини». Все эти усилия к разгадке не привели. Данных была получена масса, однако учёные НАСА, Европейского и Итальянского космических агентств затруднились однозначно объяснить, откуда взялись кольца, как они устроены и сколько им лет.
Зато была упразднена уже ставшая классической теория выдающихся советских астрофизиков Николая Горькавого и Алексея Фридмана – согласно научному предположению, к Сатурну приблизились обломки астероида, а гравитация планеты причудливо их распределила. Характерного для астероидов железа «Кассини» в ходе своей миссии не нашёл. Тем не менее, роль гравитации в природе колец не исключили. Сама же загадка осталась неразрешённой.
Дело в магните
И вот 7 января 2020 года российский физик из Института современной науки Владимир Чёрный в соавторстве с Сергеем Капрановым и Андреем Поспеловым на международной конференции Американского Астрономического Общества в Гонолулу представили доклад о магнитной и квантовой природе происхождения колец Сатурна.
А. Поспелов (справа в центре) и В. Чёрный с известным учёным, участником миссии Кассини Эссамом Маруфом, 1998 год
Говоря понятными обывателю словами, учёные предположили, что частицы колец могут обладать уникальными электрическими свойствами, в том числе – сверхпроводимостью.
«Представьте себе планету с атмосферой, которая была бы подобна земной. Но только земная атмосфера прогревается Солнцем и насыщена парами воды, газов, частичками воды. А вот температура атмосферы Сатурна где-то минус 180 градусов по Цельсию. Этот, мягко говоря, “холодильник” заполнен ледяными частичками, которые летают в атмосфере Сатурна на разных орбитах. Они не падают, так как движутся довольно быстро. С появлением у планеты магнитного поля начинает “работать” сверхпроводимость частиц, которые взаимодействуют с магнитным полем. Сверхпроводящие частицы получают дополнительное движение и направляются в плоскость магнитного экватора, образуя дисковое «сомбреро», – на пальцах объяснил Владимир Чёрный суть теории в интервью изданию «Российская газета».
Поэтому, например, колец нет у Земли, Марса, Венеры или Меркурия. Для необходимой сверхпроводимости рядом с ними слишком жарко – Солнце очень уж близко.
Учёным удалось доказать, что, согласно измерениям «Кассини», частицы, состоящие из 7% углерода и 93% льда – это сверхпроводники II рода. Так было объяснено образование колец из частиц атмосферы Сатурна, динамическая стабильность его колец, их зависимость от магнитосферы планеты, возраст и прочие особенности.
О возрасте космических украшений стоит сказать отдельно. Его следует считать от момента «включения» магнитного поля Сатурна и прибавить к нему время, которое мечущимся в хаосе частицам потребовалось для перехода в плоскость магнитного экватора планеты.
К слову, тут уместно вспомнить школьный урок физики с влиянием магнита на мелкие железные стружки: он выравнивал их «по струнке», причём между ними образовывались и чёткие пространства – точь-в-точь как между кольцами Сатурна.
Через кольца – к Вселенной
«Этим и объясняется, научно выражаясь, формирование сгущений и разряжений областей с частицами, которые мы видим как кольца, а также резкое очертание колец. Создаётся магнитное давление: оно направлено внутрь кольца и удерживает частицы колец от рассыпания», – подытожил Владимир Чёрный.
Эти знания помогут уточнить историю зарождения Солнечной системы. Откроются новые горизонты в понимании многих процессов. Например, как реализуется сверхпроводимость материи в космосе за поясом астероидов и даже присутствуют ли в них следы «жизни».
По публикациям российских учёных Владимира Чёрного, Сергея Капранова и Андрея Поспелова сняли четырёхминутный фильм, который рассказывает о пользе их теории для астрономии и астрофизики.
Подготовлено в рамках проекта «Русской инициативы» «Русские в науке»
