Астрономія
Астрономія

Супутнику Сатурна Титану напророчили зіткнення з планетою

Французькі та італійські астрофізики змоделювали взаємодію Сатурна та його найбільшого супутника Титана у найближчі мільярди років та з'ясували, що Титану вистачить сили нахилити свою планету. За прогнозами вчених, Сатурн нахилиться принаймні на 90 градусів, а його супутник або зіткнеться з ним, або вийде з-під його гравітаційного впливу та вилетить з системи. Втім, всього цього може і не статися, якщо за цей час Сонце встигне перетворитися на червоного гіганта у процесі своєї еволюції. Стаття опублікована у Astronomy and Astrophysics.

Гало Титана. NASA / JPL / Space Science Institute

Гало Титана. NASA / JPL / Space Science Institute

Які стосунки у Сатурна з Титаном?

За останні кілька десятиліть стало зрозумілим, що орбіти зовнішніх планет нашої Сонячної системи — Юпітера, Сатурна, Урана і Нептуна — з часом змінилися. Так з'явилася гіпотеза динамічної еволюції Сонячної системи, за якою свого сучасного вигляду вона набула після епохи динамічної нестабільності, коли синхронізація орбіт планет-гігантів зруйнувалася. Подібний процес, коли швидкість прецесії (зміни) вісі обертання планети стає порівняною з частотою її орбітальної прецесії, пояснив і динаміку планет у позасонячних системах та став одним з чинників еволюції зоряних систем.

Довгий час астрономи вважали, що у свій резонанс Сатурн увійшов ще близько чотирьох мільярдів років тому під час пізньої планетарної міграції. Однак у цей сценарій не вписується поведінка його супутників, які надто швидко мігрують.

Автори цієї роботи, Мелані Сейленфест (Melaine Saillenfest) з університету Сорбонни та Джакомо Ларі (Giacomo Lari) з Пізанського університету, раніше вже дійшли висновку, що свій нахил у 26,73 градуса Сатурн отримав саме через взаємодію зі своїм найбільшим супутником — Титаном.

Так швидка міграція супутника від планети всього мільярд років тому змусила Сатурн збільшити свій кут нахилу (імовірно з трьох градусів). А отже Титан вплинув на Сатурн набагато більше, ніж орбітальний резонанс планети з Нептуном, коли кут нахилу осі обертання Сатурна став залежати від орбіти планети-сусідки.

Як Титан, віддаляючись від Сатурна, змінював йому нахил. Melaine SAILLENFEST / IMCCE

Як Титан, віддаляючись від Сатурна, змінював йому нахил. Melaine SAILLENFEST / IMCCE

Що станеться з парою далі?

Якщо Сатурн справді слідує за новим сценарієм, потрапивши під вплив Титана, і не був зачеплений якимось зіткненням раніше, то сьогодні він все ще має бути у пастці резонансу зі своїм супутником. Поки Титан продовжує мігрувати, а Сатурн продовжує слідувати за дрейфом резонансного центру, у наступні кілька мільярдів років на нього чекає значне збільшення кута нахилу. Вчені прогнозують планеті-гіганту нахил до 90 градусів — майже перпендикулярно до площини, в якій він обертається навколо Сонця.

Втім, ці передбачення засновані на припущенні, що Титан продовжить міграцію протягом наступних мільярдів років. Якщо замість цього швидкість його міграції знизиться, супутник вийде з припливного резонансного механізму, і система залишиться замороженою з приблизно постійним кутом нахилу для Сатурна і фіксованою орбітою для Титану. Однак поки немає жодних передумов до того, щоб Титан припинив віддалятися від своєї планети. Але водночас і немає підстав припускати, що всі ці процеси відбудуться раніше, ніж Сонце почне сходити з головної послідовності у бік відгалуження червоних гігантів. Більше про майбутнє (хоча радше старіння) Сонця ми розповідали у наших картках «Як довго живуть зірки?».

Титан поруч з Сатурном на знімку «Кассіні» на відстані 685 тисяч кілометрів від планети. NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute

Титан поруч з Сатурном на знімку «Кассіні» на відстані 685 тисяч кілометрів від планети. NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute

Що стане з самим Титаном?

За підрахунками астрономів, супутники збільшують середню швидкість прецесії вісі обертання своєї батьківської планети з величиною, яка залежить від їхньої орбітальної відстані. Отже, якщо планета перебуває у пастці цього резонансу, будь-яка міграція її супутників компенсується зміною нахилу. Однак у цього процесу існують критичні точки, в яких система втратить свою рівновагу. Так, судячи з моделювання, ексцентриситет і нахил Титана повністю його дестабілізують, поки він або не вилетить за межі своєї системи, або зрештою не зіткнеться з Сатурном. За словами авторів статті, це станеться, коли Титан буде приблизно вдвічі далі від Сатурна, ніж зараз. Причому вони вважають, що дестабілізація Титану призведе до серйозних наслідків для всієї супутникової системи Сатурна, з можливими подальшими викидами інших супутників за його межі або навіть до зіткнень між ними.

Подібний механізм може пояснити, чому і Уран нахилений на 98 градусів, що вчені поки що пов'язують із гігантським зіткненням у минулому планети. Можливо, якийсь такий самий його супутник, який вступив з ним у резонанс, просто вилетів із системи і тому ми його не бачимо. Так само якийсь значний супутник може пояснити так звані «super-puff» екзопланети (у вільному перекладі редактора — «пухкі надмірно роздуті» екзопланети) — планети земної маси, але з порівнянними з Нептуном радіусами, що приносить їм надзвичайно низьку щільність. Їхні параметри можуть просто недооцінювати або переоцінювати, якщо вони завдяки подібним супутникам обзавелися кільцями навколо себе.

Про Сатурн насправді відомо не так багато. Лише нещодавно за даними його головного дослідника — апарата «Кассіні» — вдалося оцінити розміри та склад його ядра, а за допомогою «Габбла» побачити, як осінь змінює літо у північній півкулі планети. Початкові ж орбіти Сатурна та його сусіда Юпітера допоміг вирахувати статистичний аналіз — за ним ці гіганти мали орбіти з резонансом 2:1 та завищеним ексцентриситетом.