Хал Левисън на странната луна на Сатурн Япет

„Япет е едно от най-странните неща в Слънчевата система, каза Хал Левижън, „и докато го изучаваме все повече и повече, става все по-странно и по-странно.


Хал Левисън, планетарен учен от Югозападния изследователски институт в Боулдър, Колорадо, говори за Япет, третият по големина от над 60-те спътника на планетата Сатурн. Една от необичайните характеристики на Луната е верига от планини с височина около 15 километра или девет мили, които почти напълно обграждат Япет на екватора. Д-р Левисън представи доклад на среща на Американското астрономическо дружество по динамична астрономия през април 2011 г., проведена в Остин, Тексас, където показа доказателства, че луната Япет може да е имала пръстен от космически скали, като майката на планетата Сатурн, който се срина на луната и образува планинския хребет. Д-р Левисън разговаря с Хорхе Салазар от ForVM.

Луната на Сатурн Япет, Кредит на изображението:НАСА/JPL/Институт за космически науки


Какво се случва на луната на Сатурн, Япет?

Япет е едно от най-странните неща в Слънчевата система. Разбира се, странните неща са готини. Дори беше известно, че е странно по време на откриването, когатоКасини, който пръв го видя, осъзна, че го е видял само от едната страна на Сатурн. Причината за това е голямата разлика в албедото. Тоест разлика в яркостта между всяка страна на Япет. Едната страна е почти напълно черна. Другото е бяло. Докато го изучаваме все повече и повече, той става все по-странен и по-странен.

Това, което ме интересува, са две характеристики на Япет. Първото е, че ако някога сте виждали негова снимка от Касини, първото нещо, което хората казаха, когато снимките започнаха да се появяват, е: „прилича на орех“. Тоест, той е смачкан на полюсите в сравнение с радиуса му и изглежда като обект, който се върти на 16 часа. Но всъщност се върти на 79 дни. Така че има тази вкаменена издутина, която изглежда идва от време, когато се въртеше много по-бързо, отколкото днес.

Също така точно по екватора има хребет, който е висок около 15 километра и широк 50 километра, който можем да видим, поне в кръгове най-малко 110 градуса от спътника. Поради непълно покритие може всъщност да се стигне докрай. Ето защо аналогията с ореха е добра.


Говорим за хребет от планини с височина 6 мили или 15 километра, който обхваща екватора?

Планини на Япет, Кредит на изображението:НАСА/JPL/Институт за космически науки

Не е задължително, защото на места е почти непрекъснато. Прилича на устна. Първото нещо, за което се сетих, когато го видях, беше производствен дефект. Когато бях дете, играех с тези топки, които бяха направени от две гумени половини, които бяха залепени заедно. И има малък хребет по екватора. Ето как изглежда това нещо, с изключение на това, че са някак извън центъра. Така че си помислих, ааа, това е една от тези топки, която е неправилно изработена.

Проблемът се опитва да разбере как може да се случи такова странно нещо. Има хора, които са работили върху идеята, че всичко е вътрешно, че има свиване поради охлаждане и може да се получи вътрешното нагряване поради алуминий-26. И това може би може да ви даде тази странна форма.


Работихме по друга идея. И това е, че всъщност това е пръстен около Япет, който се срутва върху повърхността му, образувайки хребет. Има и друг проблем. Говорихме за билото, но не забравяйте, че първото нещо, което казах, беше формата. Изглежда, че се върти на 16 часа, много бързо, но всъщност се върти много бавно. И един от проблемите за хората, които се опитват да разберат това развъртане, е, че в класическите представи Сатурн е този, който прави цялото де-въртене. Япет се върти много бързо. Има приливна издутина, издигната на Япет поради Сатурн. Това е малко компенсирано от насочването директно към Сатурн, което кара Япет да се върти.

Същото нещо се случва и в системата Земя-Луна. Докато Земята се върти, има приливна издутина, която е изместена малко от луната. В резултат на това Земята се забавя малко. И Земята се отдалечава от Луната, бавно. Същият аргумент може да се направи и за Япет.

Проблемът е, че ако погледнете това, поне наивно, е, че за да накарате това да работи и да получите много енергия, разсейвана в Iapetus, докато се върти, Iapetus трябва да бъде хубав, хлабав и податлив. Ако е твърд, няма да се отвърти много бързо. Но за да запази първоначалната си форма от 16 часа, тя трябва да бъде твърда. Значи имате тази непоследователност. За да накарате сателита да се върти в епохата на Слънчевата система, имате нужда от нещо, което е някак гъсто. Но за да запазите издутината, имате нужда от нещо, което е твърдо. И беше много трудно да се опитаме да разрешим и двете ограничения едновременно. Успяхме да го направим, но това изисква известна работа с крака, когато става въпрос за настройка на моделите.

Как човек може да изучава тази луна на Сатурн, под повърхността, без всъщност да отиде там?


Правим това чрез провеждане на числени експерименти. Това е играта, която играя през цялото време. Виждате слънчевата система такава, каквато е днес. И се опитваш да разбереш как може да стигне до там. Начинът, по който правим това, е, че сме склонни да изградим компютърен модел, който има цялата физика, която смятате, че може да е била важна; съставят първоначалните условия по много начини; залепете ги във вашия код; накарайте ги да се смилат за известно време; и излиза отговор, който според нас трябва да изглежда слънчевата система; ние го сравняваме с това, което виждаме и казваме да, това е добро, това е лошо; и се опитайте да решите дали първоначалните ви условия са били грешни, или вашата физика е грешна. И продължавате да повтаряте, докато не получите нещо като това, което виждаме.

Хората може да са запознати с пръстените на планетата Сатурн, наблюдавани през телескоп. Но това, за което говорите, са пръстени около луната на Сатурн?

Да. Нашата теория, която предлагаме за развъртането на Япет, е, че Япет е претърпял сблъсък с друг спътник, който е бил около 10 процента от собствената му маса.

Това отново е друга аналогия със Земята-луна. Любимите ни идеи относно образуването на Луната са, че нещо с размерите на Марс е ударило Земята и е създало диск от материал около Земята при този сблъсък, който се е натрупал, за да образува луната.

Предполагаме почти същия сценарий на Япет, че е бил ударен от нещо около една десета от масата си, което отново е това, което смятаме, че се е случило със Земята при образуването на Луната. Това създаде пръстен от материал около Япет. От външната страна на този пръстен материалът се натрупа, за да образува сателит. И вътрешността на този пръстен, неща заваляха в диск, точно на екватора на Япет, образувайки хребета.

По-рано казах, че е трудно да се измисли модел, включващ точно този, който едновременно да развърти Япет и да запази изпъкналостта му. Добавянето на този сателит, който, тъй като е много по-близо от Япет, го развърта много по-ефективно и ни позволява да го развъртим много бързо и все пак да го поддържаме достатъчно твърд, за да може да запази формата си.

Колко добре се поддържа тази теория, че луната на Сатурн Япет се е сблъскала с голяма космическа скала, за да й даде характеристиките, за които говорихме днес?

Тази идея е в начален стадий. Има начин да излезете с общата идея, да напишете статия и да кажете на колегите си, което и правя на тази среща: „Ето тази странна идея. И изглежда, на първо място, да работи.' Можете да запишете прости уравнения, които определят какво мислим, че ще бъде това поведение и показват, че можете да получите правилния отговор.

И тогава, през следващите година-две, или дори повече, ще изграждаме все по-сложни модели, някои от които включват как ще расте билото и ще видим дали хребетът, който можем да изградим върху Япет от този пръстен, ще изглежда като билото виждаме. Имаме някои предварителни резултати, които предполагат, че може да е правилно. По-сложни модели за еволюцията, приливната еволюция на Япет, използвайки все по-сложни модели за вътрешността на спътника. Сега правим нещо много просто. И на всеки етап вземаме това, което казват компютърните модели, и го сравняваме с това, което виждаме, доколкото можем, и виждаме дали можем да изключим идея или не.

Защо учените изучават нещо като хребет на луната на Сатурн, защо научният интерес?
Интересът ми изцяло е да се опитам да разбера как се е образувала Земята - защо е там, където е, защо има масата, която има и има химическия състав, който има, защо има луна, която виждаме. Това е основният ми интерес. Така че, когато се оглеждам към останалата част от Слънчевата система, това, което търся, са начини за изучаване на процесите - физиката, която влиза в изграждането на планети. И когато видим нещо, което не разбираме, като този много странен спътник на Сатурн. когато видим нещо, което не разбираме, това е отлична лаборатория за тестване на процесите, които смятаме, че са важни тук. И гледането на Япет, например, и този хребет, ни дава ограничения за това как се е развила вътрешността му, което ни казва нещо за химическия му състав. Или, ако нашият модел е правилен, как въздействията генерират пръстени и дискове, което може да бъде важно например при въздействието, образуващо луната. Така че това са аналогии. Всички тези светове са аналогии на Земята и това, което виждаме тук. И единственият начин да сме сигурни, че нашите модели за формирането на Земята са правилни, е като погледнем тези други тела на Слънчевата система.

Едно нещо, което ме поразява за Япет, е колко необичаен е – цветовете му „ин ян“, където едната страна е ярко бяла, а другата тъмна като въглища; този огромен планински хребет, преминаващ през неговия „шев“; и неговата ротация от 79 земни дни.

Япет е странен на толкова много нива. И отново, това е изключение от правилата, които ни помагат да учим. И като гледаш Япет, трябва да направиш крачка назад. Не ми е нормално да изучавам спътници на планетите-гиганти. Основното ми нещо е да се опитам да оформя планетата по някакъв начин. Но когато видите нещо подобно, отново сте принудени да го разберете, защото го поставя в контекст. Винаги има изключения. Но е трудно да се намерят изключения в науката, които не ви казват нещо за това, което смятате за истина. И така, трябва да тръгнете след тези странни неща, за да ги разберете.

Напомням си за едининтервюForVM беше с вас преди няколко години, когато описахте ранната слънчева система като „дерби за разрушаване“, време, което астрономите все още не разбират толкова добре.

Мисля, че ще видите революция - това е независимо от Япет - мисля, че ще видим революция в нашето разбиране за това как се формират планетите през следващите три или четири години. Мисля, че моделите, които съществуваха по-рано, не са били достатъчно сложни, за да уловят някои от физическите процеси, които движеха нещата. И когато гледаме слънчевата система, се случват много неща, които не разбираме.

За мен най-фундаменталният от тях е Марс. Знам, че в наши дни се обръща много внимание на Марс. Но това, за което говоря, е наистина основен въпрос относно Марс и това е неговият размер. Нашите теории за формирането на планети предричат, че планетите стават по-големи, колкото по-далеч сте от слънцето. И Марс е изключение от това. Вероятно е десет пъти по-малка по маса, отколкото трябва да бъде, на базата на някой от нашите модели. И имаше съгласувани усилия от общността да се опитаме да разберем това. И имаме нов модел, който излиза по този въпрос, който мисля, че ще реши проблема. Ако това е вярно, това илюстрира, че сме пропуснали важен процес в разбирането на земните планети, който според мен в дългосрочен план може да промени много от това, което мислим. В момента сме в процес на писане на статията. Елате и поговорете с нас, когато го публикуваме.

Кое е най-важното нещо, което искате хората днес да знаят за луната на Сатурн Япет?

Предполагам, че това, което искам хората да вземат вкъщи от това, е, че изследването на Слънчевата система, което правим, непрекъснато ни поднася изненади и тези изненади ни помагат да разберем по-добре общата картина. И затова мисля, че колкото повече изследвания правим, толкова по-вероятно е да можем да разберем процеса на формиране на планетите. И това важи не само за Япет, но и за Кеплер и извънслънчевите планетни системи, всички тези неща са свързани според мен в опит да разбера какво се случва.

Хал Левисън от Югозападния изследователски институт в Боулдър, Колорадо, говори за луната на Сатурн Япет, третата по големина от над 60-те луни, обикалящи около пръстеновидната планета.