Posted 11 апреля 2023,, 06:38

Published 11 апреля 2023,, 06:38

Modified 11 апреля 2023,, 06:40

Updated 11 апреля 2023,, 06:40

Снимок диска плотных колец Сатурна радиусом более 200 тыс. км. Внизу видна точка солнечного света. Солнце находится за Сатурном на расстоянии 1,2 млрд. км. Прозрачность колец подтверждает, что кольца состоят из космического водяного льда.

Намагниченный лед: российские ученые узнали, как появились кольца Сатурна

11 апреля 2023, 06:38
Фото: Соцсети
Снимок диска плотных колец Сатурна радиусом более 200 тыс. км. Внизу видна точка солнечного света. Солнце находится за Сатурном на расстоянии 1,2 млрд. км. Прозрачность колец подтверждает, что кольца состоят из космического водяного льда.
Благодаря открытию эффекта Черного-Капранова впервые за 400 лет была решена задача движения намагниченной ледяной частицы в гравитационном и магнитном поле Сатурна.

Владимир Черный, доктор физико-математических наук

Наши тридцатилетние исследования влияния магнитного поля Сатурна на происхождение колец привели к открытию нового явления в астрофизике – эффект Черного-Капранова (Tchernyi-Kapranov effect), который показывает, как Сатурн сам создал кольца с помощью своего магнитного поля. Статья с таким названием опубликована в международном научном журнале: Physics & Astronomy International Journal, 2023.

В 1610 году великий итальянский ученый Г. Галилей впервые увидел кольца Сатурна, космическое чудо солнечной системы. Нас поражает их красота и уникальность. Однако за 400 лет после этого открытия ученые так и не смогли найти ответ на вопрос о происхождении плотных колец Сатурна, которые наблюдал Галилей, и мы видим в телескоп.

Чтобы понять важность и загадочность проблемы происхождения плотных колец Сатурна, достаточно представить себе систему колец, состоящую из разделенных частиц и кусков льда, заключенную в огромное виртуальное сомбреро толщиной от 10 до 100 метров с шириной вдоль радиуса более 200 тысяч км. Может показаться, что вся эта гигантская система удерживается какими-то неведомыми волшебными силами и поэтому сомбреро из колец как бы висит в открытом космосе вокруг Сатурна, у которого диаметр 120 тысяч км. Из рис. 1 видно, что кольца прозрачны. Это подтверждает тот факт, что они в основном состоят из прозрачного водяного льда. Если сравнить отношение толщины к длине листа А4, то отношение толщины колец к их диаметру будет в тысячи раз меньше.

История исследования происхождения колец Сатурна такая, что во всех существующих моделях предполагалось, что кольца сформировались из осколков пролетающих мимо Сатурна космических объектов размером с его спутник Титан. С приближением к планете они разрушаются ее гравитационными силами. К сожалению, такой подход и другие экзотические теории не объясняют происхождение колец и наблюдаемые в них явления.

Для исследования Сатурна и его фантастических колец НАСА организовало уникальные космические миссии - Пионер-11 (1979), Вояджер-1 (1980), Вояджер-2 (1981), и был создан технологически феноменальный зонд-робот Кассини НАСА, Европейского и Итальянского космических агентств, который в течение 13 лет, с 2004 по 2017 работал на орбитах вокруг Сатурна, собирал уникальные данные. Однако, более 300 ученых из 20 стран, участвовавших в этих экспериментах, так не смогли получить ответ на вопрос о происхождении колец Сатурна. Дискуссии продолжаются и сегодня.

Заслуга авторов в том, что они впервые решили фундаментальную математическую задачу и доказали, что Сатурн сам создал свои кольца не только с помощью гравитационного поля, но и, что особенно важно, также и с помощью своего магнитного поля. Именно благодаря действию магнитному полю кольца фиксируются на экваторе планеты, обладают устойчивостью и стабильностью. Американское Астрономическое Общество опубликовало нашу статью в ведущем астрофизическом журнале мира: The Astrophysical Journal, 2020, 894, 1. Ее можно найти на сайте журнала.

Подобные идеи и гипотезы о влиянии магнитного поля Сатурна на происхождение колец высказывались и ранее российскими учеными в публикациях А. Поспелова, С. Гирича, Е. Ченского,  С.Капранова, работавших под руководством В. Черного. В них предпринимались попытки качественного моделирования физического процесса образования колец. Об этом мы сообщали читателям «Новых Известий» 29 мая.2020 года и 10 апреля 2021 года.

Но окончательное фундаментальное математическое доказательство важной роли магнитного поля Сатурна для происхождения колец получено В. Черным и С. Капрановым, что и нашло отражение в упомянутых выше статьях в The Astrophysical Journal, май 2020 и в названии приглашенной статьи в Physics & Astronomy International Journal, март 2023 года.

На основе нашего математического решения на Западе был создан увлекательный научно-популярный фильм, подробно объясняющий происхождение колец с учетом магнетизма Сатурна: The Mystery of Saturn’s rings solved by magnetism?          

Эффект Черного-Капранова состоит в том, что ледяные частицы и кусочки льда протопланетного облака, окружавшего Сатурн, намагничиваются под действием магнитного поля после его появления. На кусочки льда протопланетного облака начинает действовать дополнительная сила диамагнитного выталкивания, и возникает процесс магнитной анизотропной аккреции. В результате орбиты частиц начинают сдвигаться в плоскость магнитного экватора Сатурна, где магнитная энергия частиц имеет наименьшее значение. В результате образуется стабильная кольцевая система на экваторе планеты. Этот процесс магнитной анизотропной аккреции ледяных частиц и представляет новый астрофизический эффект Черного-Капранова. Впервые за 400 лет была решена задача движения намагниченной ледяной частицы в гравитационном и магнитном поле Сатурна. Образованию колец способствует тот факт, что гравитационное поле планеты обладает сферической симметрией, а магнитное поле является осесимметричным и оно имеет магнитный экватор.

Достижение новой теории состоит в том, что она является единственной, которая объясняет и математически доказывает наблюдаемое разделение частиц плотных колец.

Явление магнитной анизотропной аккреции (эффект Черного-Капранова) впервые было озвучено и признано как новое явление в астрофизике во время интервью Владимира Черного 18 сентября 2020 года, предложенного Американским Астрономическим Обществом после публикации вышеупомянутой статьи авторов с математическим решением проблемы в The Astrophysical Journal. 

Результаты наших исследований, связанных с фундаментальным математическим решением проблемы происхождения колец Сатурна, были доложены на пятнадцати международных конференциях в 2019 – 2022 годах в России, США, Китае, Австралии и Европе. В 2021 году В. Черный выступил с приглашенной трехчасовой лекцией на Генеральной Ассамблее Международного Радиосоюза URSI GASS 2021 в Риме.