Математика объяснит необычное поведение одного из колец Сатурна
Международный коллектив математиков разработал модель, позволяющую объяснить «нестандартное» поведение одного из внешних колец Сатурна, называемого кольцом F.
Что же необычного в этом кольце? Большинство объектов в космосе, в частности – в Солнечной системе, остаются неизменными на протяжении длительного времени. Не являются исключением и кольца Сатурна. В условиях космоса, как в ультранизкотемпературном холодильнике, они сохраняют свою структуру на протяжении многих десятилетий, через которые немного изменяются. Однако кольцо F изменяется в течение нескольких часов. На нём постоянно фиксируются некие сгустки материи, которые затем исчезают. Причины такого поведения частиц пока точно не установлены, однако известно, что они связаны с процессами агрегации и фрагментации, то есть слияния и распада.
Эти процессы на различных уровнях материи происходят в мировом пространстве постоянно. В кольцах Сатурна они представлены в огромных масштабах. Баланс между слиянием и распадом должен постоянно поддерживаться. Каждое кольцо Сатурна само по себе представляет скопление частиц разного рода и всевозможных размеров: пыль, лёд, более крупные твёрдые тела и даже небольшие спутники. Состав этой смеси не бывает постоянным – со временем она изменяется; какие-то частицы сталкиваются между собой и сливаются, другие – распадаются. Кольца, к слову, существуют не только у Сатурна, но и у других планет, просто у Сатурна они более ярко выражены. Другая планета, кольца которой достаточно хорошо изучены, — Юпитер.
Группа учёных из России, Великобритании и США разработала математическую модель, описывающую процессы агрегации и фрагментации частиц в кольцах Сатурна. Она содержит периодические колебательные режимы, соответствующие замкнутой системе. Данная модель не нарушает закон сохранения массы, который устанавливает, что масса вещества, вступившего в химическую реакцию, должна быть равна массе полученного соединения. Другими словами, к формированию упомянутых сгустков в кольце приводят колебательные процессы.
На разработку этой модели учёные потратили целых три года. За это время удалось подтвердить, что к формированию сгустков материи в кольцах планет причастны именно периодические колебания, а не равновесное распределение вещества. Только преодолев все сомнения относительно этого, исследователи решились опубликовать результаты своей работы в журнале. Важным фактом здесь является то, что для описания физических и химических процессов в космосе были привлечены «чистые математики».
Дальнейшие планы исследователей состоят в более подробном изучении поведения планетарных колец и образования в них скоплений материи. В скором времени появятся более масштабные модели, описывающие зарождение и развитие колец Сатурна, Юпитера и других крупных планет. Появление колец остаётся большой загадкой для науки, хотя на этот счёт имеется несколько версий. Многие из них сходятся в том, что образованию колец способствовала гравитация планеты – не слишком слабая, чтобы притянуть частицы к себе, но достаточно сильная, чтобы держать их на определённом расстоянии от себя.
