В ясную ночь в любительский телескоп с поверхности Земли можно увидеть Сатурн и ряд его замечательных колец. Но как появились эти кольца? И что они могут рассказать нам о Сатурне и его лунах — одном из потенциальных мест, где НАСА надеется искать жизнь? Новая серия суперкомпьютерных симуляций предложила ответ на загадку происхождения колец, которая связана с мощным столкновением, случившимся в те времена, когда на Земле ещё бродили динозавры. Согласно новым исследованиям НАСА и его партнёров, кольца Сатурна могли образоваться из обломков двух ледяных лун, которые столкнулись и разрушились несколько сотен миллионов лет назад. Обломки, не попавшие в кольца, могли также способствовать формированию некоторых современных лун Сатурна. «Мы ещё многого не знаем о системе Сатурна, в том числе о его лунах, на которых существует среда, пригодная для жизни, — сказал Джейкоб Кегеррайс, научный сотрудник Исследовательского центра НАСА имени Эймса в Силиконовой долине Калифорнии. — Поэтому очень интересно использовать такие большие симуляторы, чтобы детально изучить, как они могли развиваться». Миссия НАСА «Кассини» помогла учёным понять, насколько молоды кольца Сатурна и, возможно, некоторые из его лун. И это знание открыло новые вопросы о том, как они образовались. Для получения более подробной информации группа исследователей обратилась к суперкомпьютерному комплексу Distributed Research using Advanced Computing (DiRAC), расположенному в Даремском университете (Великобритания). Они смоделировали, как могли выглядеть различные столкновения между лунами-предшественницами. Моделирование проводилось с разрешением, более чем в 100 раз превышающим разрешение предыдущих подобных исследований, с использованием открытого кода моделирования SWIFT, и позволило учёным получить наиболее полное представление об истории системы Сатурна. Сегодня кольца Сатурна находятся вблизи планеты, в рамках так называемого предела Роша — самой дальней орбиты, на которой гравитационная сила планеты достаточно сильна, чтобы разрушить более крупные тела из камня или льда, подошедшие ближе. Материал, вращающийся на более далёких орбитах, может слипаться и образовывать луны. Смоделировав почти 200 различных вариантов столкновения, команда обнаружила, что при самых разных сценариях столкновения нужное количество льда может быть разбросано в пределах Роша Сатурна, где оно может осесть в кольца. И хотя альтернативные объяснения не смогли показать, почему в кольцах Сатурна почти нет породы — они почти полностью состоят из кусков льда — этот тип столкновения может это объяснить. «Такой сценарий естественным образом приводит к образованию колец, богатых льдом, — говорит Винсент Эке, доцент кафедры физики/Института вычислительной космологии Даремского университета и один из соавторов статьи. — Когда ледяные луны-прародительницы сталкиваются друг с другом, камень в ядрах столкнувшихся тел рассеивается не так сильно, как покрывающий их лёд». Ледяные и каменистые обломки должны были ударить и по другим лунам системы, что могло бы вызвать каскад столкновений. Такой цепной эффект мог привести к разрушению всех других лун-предшественниц за пределами колец, из которых могли бы сформироваться современные луны. Но что могло стать началом этих событий? Две бывшие луны Сатурна могли столкнуться в результате обычно незначительных гравитационных воздействий Солнца, которые благодаря накопительному эффекту дестабилизировали их орбиты вокруг планеты. При подходящей конфигурации орбит дополнительное притяжение Солнца может вызвать эффект снежного кома — «резонанс», который удлиняет и наклоняет обычно круглые и плоские орбиты лун до пересечения их траекторий, что приводит к их столкновению на большой скорости. Кадр из компьютерного моделирования столкновения двух ледяных лун на орбите вокруг Сатурна. В результате столкновения выбрасываются обломки, которые могут превратиться во всем известные кольца планеты. В моделировании использовалось более 30 млн частиц, окрашенных по цвету ледяного или каменного материала, которые запускались с использованием открытого кода моделирования SWIFT.  Сегодня луна Сатурна Рея вращается на орбите как раз неподалёку от того места, где спутник могли бы войти в этот резонанс. Как и земная Луна, спутники Сатурна со временем перемещаются всё дальше от планеты. Таким образом, если бы Рея была древней, то она должна была бы пересечь резонанс в недавнем прошлом. Однако орбита Реи очень круглая и плоская. Это позволяет предположить, что она не испытывала дестабилизирующего влияния резонанса, а сформировалась совсем недавно. Новые исследования согласуются с данными о том, что кольца Сатурна сформировались недавно, однако остаются большие вопросы. Если по крайней мере некоторые из ледяных лун Сатурна также молоды, то что это может означать для возможности существования жизни в океанах под поверхностью таких миров, как Энцелад? Сможем ли мы разгадать всю историю планеты, начиная с её первоначальной системы, до столкновения и заканчивая сегодняшним днём? Будущие исследования, основанные на этой работе, помогут нам узнать больше об этой удивительной планете и ледяных мирах, вращающихся вокруг неё. Научпоп. Проповедую в храме науки.