Йэн Стюарт - Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

В 2010 году Себастьян Шарно, Жюльен Сальмон и Орельен Крида проанализировали, как могло развиваться кольцо с учетом гипотетических «пробных тел» на его границе, и сделали вывод, что эти луны были сформированы из материала, находящегося за пределом Роша, и «выплюнуты» кольцом. Предел Роша обычно определяют как расстояние, внутри которого луны разваливаются на части под действием гравитационных напряжений, но можно подойти и с другой стороны: это расстояние, за пределами которого кольца становятся нестабильными, если их стабильность не обеспечивается другими механизмами, такими, к примеру, как спутники-пастухи. У Сатурна предел Роша (140 000 ± 2000 километров) располагается сразу за краем кольца A (136 775 километров). Пан и Дафнис находятся чуть ближе предела Роша, остальные пять — чуть дальше.

Астрономы давно подозревали, что между кольцами и этими лунами должна существовать какая-то связь — слишком уж близки их радиусы. Кольцо A имеет очень резкую границу, обусловленную резонансом 7:6 с Янусом, который не дает большей части вещества кольца еще отдалиться от планеты. Этот резонанс можно охарактеризовать как временный; кольца «выталкивают» Янус наружу, а сами для начала сдвигаются чуть внутрь, чтобы момент импульса системы не изменился. По мере того как Янус уходит все дальше, кольца получают возможность вновь распространиться наружу, выйдя за предел Роша.

Анализ подтверждает эту точку зрения и показывает, что некоторая часть вещества кольца может временно выталкиваться за предел Роша в результате вязкого растекания — примерно как растекается и становится тоньше капля сиропа на кухонном столе. Метод исследования совмещает аналитическую модель пробных тел с численным гидродинамическим моделированием колец. В результате продолжительного вязкого растекания кольца выплевывают наружу ряд крохотных мини-спутников, орбиты которых очень близки друг другу и почти совпадают. Расчеты показывают, что эти спутнички собраны из ледяных частиц кольца, слегка удерживаемых вместе собственной гравитацией; это объясняет и низкую плотность таких мини-спутников, и их причудливую форму.

Кроме того, эти результаты пролили свет на давний вопрос о возрасте колец. По одной из теорий кольца сформировались из коллапсирующей Солнечной туманности приблизительно в то же время, что и сам Сатурн. Однако, к примеру, такой мини-луне, как Янус, потребовалось бы не более сотни миллионов лет, чтобы переместиться от кольца A на нынешнюю орбиту (и это подталкивает нас к альтернативной теории: как кольца, так и мини-луны появились одновременно, после того как какой-то более крупный спутник прошел предел Роша и распался, и произошло это где-то около 10 миллионов лет назад). Моделирование ограничивает возможное время этого события интервалом от 1 до 10 миллионов лет назад. Авторы утверждают: «Кольца Сатурна, подобные протопланетному диску в миниатюре, являются, возможно, последним местом в Солнечной системе, где не так давно (около 10↑ 6— 10↑ 7лет назад) происходила аккреция».

«В день смерти нищих не горят кометы, лишь смерть царей огнем вещает небо», — говорит Кальпурния во второй сцене второго акта шекспировского «Юлия Цезаря», предрекая кончину Цезаря. Из пяти упоминаний комет у Шекспира три отражают древнее поверье о том, что кометы — предвестники катастроф.

Эти странные и загадочные объекты появляются в ночном небе неожиданно, волоча за собой яркий изогнутый хвост, проходят медленно по усыпанному звездами небосклону и вновь исчезают. Эти необъявленные и незваные гости никак не вписываются, кажется, в нормальный порядок небесных событий. А значит, в те времена, когда никто не мог сказать точно, что это такое, а священники и шаманы во всем искали способ усилить свое влияние, естественно было принимать кометы за посланцев богов. При этом общее мнение склонялось к тому, что послание носит угрожающий характер. Вокруг хватало природных катастроф, и, если человек хотел в это поверить, ему нетрудно было найти тому убедительное подтверждение. Комета Макнота, появившаяся в 2007 году, стала самой яркой за 40 лет. Очевидно, она предвещала финансовый кризис 2007–2008 годов. Видите? Это совсем несложно.

Жрецы и священники утверждали, что им открыт смысл послания, принесенного кометой, но ни они, ни философы не могли сказать, где «живут» кометы и что они собой представляют. Что это — небесные тела, как звезды и планеты? Или это метеорологические явления, как облака? Внешне они немного напоминают облака; они размыты по краям, а не резко очерчены, как звезды и планеты. Но движутся они скорее как планеты, если забыть о том, что появляются внезапно и исчезают неизвестно куда. В конечном итоге эти споры были разрешены при помощи научных данных. Астроном Тихо Браге, оценив при помощи точных измерений расстояние до Большой кометы 1577 года, наглядно продемонстрировал, что она находится дальше от Земли, чем Луна. А поскольку облака закрывают Луну, а не наоборот, кометы, очевидно, следовало отнести к небесным объектам.

К 1705 году Эдмунд Галлей пошел еще дальше, показав, что по крайней мере одна из комет появляется на ночном небе регулярно. Кометы похожи на планеты: они обращаются по орбитам вокруг Солнца. Они пропадают из виду, когда уходят слишком далеко, и появляются вновь, когда подходят достаточно близко. Почему они отращивают хвосты, а потом вновь их теряют? Галлей не мог уверенно назвать причину, но считал, что это как-то связано с их близостью к Солнцу.

Проникновение в тайны комет, совершенное Галлеем, стало одним из первых крупных открытий в астрономии на базе математических закономерностей, которые открыл Кеплер и заново интерпретировал и обобщил Ньютон. Поскольку планеты движутся по эллипсам, рассуждал Галлей, то почему кометы не могут делать то же самое? Если так, то их движение должно быть периодическим и одна и та же комета должна раз за разом появляться на земных небесах через равные промежутки времени. Закон всемирного тяготения Ньютона позволял немного подправить это утверждение: движение должно быть почти периодическим, но гравитационное притяжение других планет, особенно таких гигантов, как Юпитер и Сатурн, может ускорить или задержать возвращение кометы.

Чтобы проверить эту теорию, Галлей углубился в туманные архивные записи о появлении комет на небе. До изобретения Галилеем телескопа на Земле можно было наблюдать только кометы, видимые невооруженным глазом. Некоторые из них были необычайно яркими и обладали внушительными хвостами. Одну такую комету видел Петер Апиан в 1531 году; другую наблюдал Кеплер в 1607 году; аналогичная комета появлялась и при жизни Галлея, в 1682 году. Промежутки между этими датами составляют 76 и 75 лет. Может быть, все три раза на небе появлялось одно и то же тело? Галлей был убежден в этом и предсказал, что эта комета вновь вернется к Земле в 1758 году.