Титан удаляется от Сатурна со скоростью 11 сантиметров в год

Проанализировав собранные в течение десятилетия материалы наблюдений, астрономы пришли к выводу, что спутник Сатурна Титан удаляется от своей планеты со скоростью 11 сантиметров в год. Это примерно в сто раз быстрее, чем ожидалось на основании предшествующих исследований. Исследования показывают, что Титан возник намного ближе к Сатурну и сместился на свою нынешнее орбиту в 1,2 миллиона километров от планеты за 4,5 миллиарда лет.

Постепенное удаление спутника от центральной планеты — давно описанное учеными явление. Оно наблюдается и в паре Земля — Луна. Связано это явление с тем, что гравитация спутника, сколь бы мала она ни была, вызывает приливные явления на центральной планете, а поскольку центральная планета вращается вокруг своей оси, поднятое приливом вещество смещается по отношению к спутнику, оказывая на него гравитационное воздействие. Приливная волна, наталкиваясь на материки, тормозит вращение Земли. По закону сохранения момента импульса, в замкнутой системе «Земля — Луна» уменьшение импульса вращения Земли вызывает увеличение орбитального импульса Луны. То есть из-за этого скорость движения Луны постепенно замедляется, а орбита становится более высокой, Луна постепенно отдаляется от Земли. Расчеты показывают, что расстояние между Луной и Землей растет на 3,8 сантиметра в год.

Разница масс между Сатурном и Титаном значительно больше, чем между Землей и Луной, а в газообразной среде в недрах Сатурна вызванное приливом трение существенно ниже, поэтому предполагалось, что Титан удаляется от своей планеты медленнее, не более чем на 0,1 сантиметра в год.

В новой работе две группы ученых использовали разные методы для измерения орбиты Титана в течение 10 лет. Один метод, астрометрия, позволил получить точные измерения положения Титана относительно фоновых звезд на снимках, полученных космическим аппаратом «Кассини». Другая техника, радиометрия, измеряла изменение скорости «Кассини» под гравитационным влиянием Титана. «Используя два совершенно независимых набора данных — астрометрический и радиометрический — и два различных метода анализа, мы получили результаты, которые полностью согласуются», — говорит первый автор исследования Валери Лэйни (Valéry Lainey), работающий в Парижской обсерватории. Обе группы пришли к выводу, что Титан удаляется от Сатурна со скоростью 11 сантиметров в год.

Результаты также согласуются с теорией, предложенной в 2016 году сотрудником кафедры теоретической астрофизики Калтеха Джимом Фуллером (Jim Fuller). Он предсказал, что скорость миграции Титана будет намного быстрее, чем предполагаемая стандартной теорией, так как Титан вызывает приливы на Сатурне с определенной частотой, заставляя планету сильно колебаться, подобно тому, как человек на качелях может, вытягивая и сгибая ноги, увеличить амплитуду качелей. Фуллер предположил, что высокая амплитуда колебаний Сатурна приведет к потере большего количества энергии, что, в свою очередь, заставит Титан удаляться от планеты с большей скоростью.

В дальнейшем Джим Фуллер намерен проверить, не наблюдается ли подобное явление с системах двойных звезд или среди экзопланет.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.