Международный коллектив ученых объяснил, по каким законам движутся кольца Сатурна и других небесных тел.
Исследователи показали, что распределение частиц в составе этих образований имеет универсальный характер. О своем открытии они рассказали на страницах журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.
Кольца Сатурна состоят, в основном, из ледяных крошек, с небольшим вкраплением минеральных веществ и простираются на сотни тысяч километров. При этом толщина колец — всего лишь 10-100 метров. Вся эта ледяная масса несется вокруг планеты с колоссальной скоростью (72 тысячи километров в час). Это так называемая орбитальная скорость, с которой частицы движутся как единое целое. Скорости индивидуальных частиц на несколько метров отличаются от нее. Когда объекты подлетают друг ко другу, они соединяются и уже не могут снова разлететься из-за поверхностных сил — подобно тому, как слипаются два снежка. Такой процесс происходит постоянно.
Однако существует и противоположный процесс — разрушение частиц при столкновениях. Дело в том, что у очень небольшой доли частиц отклонения от средней скорости весьма значительны. Если такая «быстрая» частица врезается в свою «соседку», то обе рассыпаются на мелкие кусочки. Это происходит очень редко, но, в конечном счете, устанавливается баланс между объединением частиц и их распадом.
Ученые построили математическую модель этих процессов, которую исследовали различными методами, в том числе посредством решения огромного числа дифференциальных уравнений. Это было сделано на одном из мощнейших суперкомпьютеров Европы — «Чебышеве» из МГУ. Данная часть работы была выполнена московскими коллегами научной группы. Ученые объяснили как отсутствие в кольцах Сатурна частиц больше определенного размера, так и загадочный закон «обратных кубов» (частиц размером два метра в восемь раз меньше, чем размером один метр, размером три метра — меньше в 27 раз и так далее).
Более того, из полученной модели следовал и вывод о том, что указанные закономерности должны действовать для всех колец, будь то кольцо планеты или астероида. По словам ученых, эта универсальность представляет собой лишь хорошо обоснованное предположение. Для того чтобы его подтвердить или опровергнуть, требуются дальнейшие исследования.
Указанная работа позволяет сделать целый ряд других научных выводов, например о механизме формирования колец и их эволюции. В частности, кольца Сатурна пребывают в стационарном состоянии на протяжении миллионов лет.
