СПУТНИК САТУРНА ИЗ ЛЬДА ТИТАНА?

В системе Сатурна есть две странности. Япет, один из его крупных спутников, необычно богат льдом: по сравнению с крупными ледяными телами внешней Солнечной системы — Квавар, Плутон, Тритон — в нём гораздо больше воды, чем камня. Квавар меньше Япета, но гораздо плотнее. А Титан, гигантский спутник Сатурна, движется по орбите, вытянутой сильнее, чем ожидалось (сегодня её эксцентриситет составляет 0,029).

Титан обращается примерно в 1,2 миллиона километров от Сатурна; Япет — примерно в 3,6 миллиона.

Один удар, две загадки?

Игнасио Москейра из Университета штата Сан-Хосе проверяет идею, которую он предложил вместе с П. Р. Эстрадой в 2005 году: гигантское столкновение с Титаном. Удар выбросил бы лёд из внешней мантии Титана на далёкие орбиты вокруг Сатурна, где он мог бы собраться в Япет. Тот же удар вытянул бы орбиту Титана.

Сценарий заимствован у столкновений по принципу «удар и бегство» (hit-and-run), которыми уже объясняют непомерно большое железное ядро Меркурия: каменное ядро ударника летит дальше, а лёд, сорванный с мантий, остаётся.

Что показывает моделирование

В исследовании используется трёхмерное моделирование ударов (с кодом Spheral из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса) с учётом гравитации Сатурна, после чего обломки отслеживаются в течение дней, лет и до 50 лет. Оба тела имеют каменное ядро и ледяную мантию.

Сценарий 1 — ударник извне системы Сатурна. Тело массой в десятую часть массы Титана наносит косой удар со скоростью 10 км/с.

• Через пять дней около 3,5 массы Япета обломков остаются связанными с Сатурном, 83 % из них — лёд.
• 95 % этого льда происходит из мантии Титана.
• Один образец льда движется по орбите, уходящей дальше расстояния Япета.
• Каменное ядро ударника навсегда покидает систему Сатурна.
• Эксцентриситет орбиты Титана подскакивает примерно до 0,13.

Сценарий 2 — компаньон, уже обращающийся вокруг Сатурна. Тело массой в четверть массы Титана ударяет под углом 45° со скоростью около 3,7 км/с.

• Оно высвобождает 0,60 массы Япета льда.
• Его каменное ядро проскакивает мимо Титана, а затем — в одном из прогонов — возвращается и врезается в Титан через 6,9 года. После слияния эксцентриситет Титана составил бы около 0,10.

Ограничения, названные автором

Это «пилотные» расчёты низкого разрешения — всего около 27 частиц на массу Япета. Они не разрешают размеры фрагментов, их сходимость не показана; даты возвращения чувствительны к численным настройкам.

Главное — Япет в моделировании не образуется. Лёд оказывается на сильно вытянутых орбитах, которые всё ещё пересекают путь Титана. Чтобы перейти на круговую орбиту на расстоянии Япета, ему понадобилось бы на 67–86 % больше углового момента — его могли бы обеспечить остаточный газ или диск обломков, замедляя и скругляя орбиты. Этот шаг не смоделирован. К тому же нынешний эксцентриситет Титана ниже смоделированных значений, так что понадобилось бы и последующее затухание.

Что подтверждается, что предстоит показать

Первый шаг сценария подтверждается: столкновение может создать запас льда в несколько масс Япета, в основном вырванного из Титана, и одновременно вытянуть орбиту Титана. Остальное — сборка Япета и скругление его орбиты — ещё предстоит доказать. Автор также предполагает, что остаточный газовый диск мог бы объяснить и другие особенности системы Сатурна, например её ледяные внутренние спутники и кольца; это идеи, а не результаты.