Спутники Сатурна такие же древние, как и сама планета
Сатурн наиболее известен двумя вещами: своими знаковыми кольцевыми структурами и большой системой естественных спутников. В настоящее время на орбите кольцевого гиганта обнаружено 146 спутников и спутников, 24 из которых являются обычными спутниками. К ним относятся семь крупнейших спутников: Титан, Рея, Япет, Диона, Тефия, Энцелад и Мимас, которые представляют собой ледяные тела, которые, как полагают, имеют внутренние океаны. Кроме того, остаются нерешенные вопросы о возрасте этих спутников, причем некоторые подозревают, что они образовались совсем недавно (как и кольца Сатурна, возраст которых составляет несколько сотен миллионов лет). Чтобы ответить на эти вопросы, международная группа астрономов создала серию симуляций с высоким разрешением в сочетании с улучшенными оценками популяций транснептуновых объектов (TNO). Это позволило им построить хронологию столкновений с наиболее густо кратерированными регулярными спутниками Сатурна — Мимасом, Энцеладом, Тефией, Дионой и Реей. Это установило возрастные ограничения в 4,1 и 4,4 миллиарда лет для всех пяти, при этом две самые внутренние луны кажутся более молодыми, чем три внешних. Эти результаты могут иметь важное значение для нашего понимания формирования и приливной эволюции спутников во внешней Солнечной системе.
Исследование возглавила Эмили Вай Вонг, научный сотрудник Института наук о жизни на Земле (ELSI) Токийского технологического института. К ней присоединились Рамон Брассер, доцент ELSI и Исследовательского института происхождения Исследовательского центра астрономии и наук о Земле (ORI-RCAES), Стефани Вернер, заместитель директора Центра планетарной обитаемости (PHAB). в Университете Осло и ведущий научный сотрудник Мишель Р. Кирхофф из Юго-Западного исследовательского института (SwRI). Их статья «Древние регулярные спутники Сатурна» появилась в журнале «Икар». Поскольку миссии по возврату образцов еще не были отправлены в систему Сатурна, получить точный возраст его спутников очень сложно. Вместо образцов радиометрического датирования Вонг и ее команда обратились к установлению хронологии кратеров этих спутников. Датируя ударные кратеры на поверхности, можно установить некоторые общие ограничения на то, как долго существуют эти спутники. Первым шагом в этом процессе было моделирование скорости образования кратеров во внешней Солнечной системе, где миграция планет-гигантов приводила к периодам бомбардировок смещенными ТНО и другими объектами.
В предыдущем исследовании Вонг и ее коллеги провели моделирование временной шкалы внешней Солнечной системы, начиная с начала миграции гигантских планет, которое они установили на уровне 4,5 миллиардов лет назад. Затем они использовали прогнозное моделирование Монте-Карло, чтобы определить ожидаемую плотность кратеров, предполагая два разных распределения частоты и размера ТНО, сталкивающихся с планетами-гигантами и их спутниками. Они были объединены для определения возраста поверхности наиболее сильно кратерированных спутников Юпитера, Сатурна и Урана в диапазоне от 3,8 до 4,4. миллиардов лет. К сожалению, эти и другие предыдущие модели имели плохое разрешение в течение последних 3,5 миллиардов лет из-за ограниченного числа планетезималей в их моделях. Это помешало им получить точный возраст спутников с низкой плотностью кратеров (таких как Энцелад), а полученный возраст показал значительные различия в зависимости от двух разных размеров ТНО. Как они отмечают в своей статье:
«В этой работе мы получили более точную хронологию кратеров на ледяных регулярных спутниках, которую можно применить ко всей истории Солнечной системы. Мы рассчитали модельный возраст поверхности для указанных спутников для кратеров различного диаметра на основе изохрон возраста, аналогичных существующим. для Луны и Марса во внутренней солнечной системе. Мы применили эту новую хронологию к внутренним спутникам Сатурна, чтобы вычислить более точные модели возраста поверхности их наиболее плотно покрытых кратерами поверхностей». Исходя из этого, они рассчитали новый возраст обычных спутников Сатурна, которые были примерно на 110–300 миллионов лет старше, чем предыдущие оценки, полученные Вонгом и его коллегами. Оценки возраста, полученные ими в результате этого исследования, для кратерных равнин на Мимасе и Энцеладе составили 4,16 млрд лет и 4,10 млрд лет (соответственно), тогда как возраст Тефии, Дионы и Реи составил около 4,4 млрд лет — с погрешностью около 300 миллионов лет. Как они писали, они также отметили интересную закономерность с этими оценками:
«Независимо от используемого подхода, возраст поверхности спутников обычно соответствует закономерности увеличения возраста с увеличением орбитального расстояния, за исключением Мимаса и Энцелада: эти два внутренних и меньших спутника перевернуты, и их поверхности примерно на 200 миллионов лет моложе, чем те, которые Тетис, Диона и Рея». Эти результаты подразумевают, что регулярные спутники Сатурна старые, что имеет последствия для их формирования и приливной эволюции. Используемые ими методы также применимы к спутникам Юпитера, Урана и, возможно, Нептуна, что позволяет астрономам многое узнать об эволюции этих планет, их спутников и истории Солнечной системы.
