Рождение планетных колец из плазмы

Зонд Cassini обнаружил еще одно кольцо Сатурна. Но прародительницей всех этих колец могла быть космическая плазма.
Фото Reuters

– Борис Исаакович, как получилось, что вы заинтересовались проблемой планетных колец?

═

– Я следил за получаемой американскими космическими аппаратами «Пионер» и «Вояджер» информацией, касающейся тонких особенностей колец Сатурна. Затем к ней добавилась интереснейшая информация от космического аппарата «Галилео». Дело в том, что шведский физик, нобелевский лауреат Альфвен – основатель магнитной гидродинамики – высказал в свое время интересную гипотезу происхождения планетных колец и, возможно, самих планет. Цитирую по его книге «Космическая плазма»: «Основное отличие Солнечной системы состоит, по-видимому, в том, что в прежние времена плотность плазмы, окружающей центральное тело, была гораздо выше. В результате могло реализоваться состояние частичной коротации (совместного вращения. – Н.Д.) свободно вращающейся плазмы. Строение пояса астероидов и колец Сатурна объясняется этим явлением┘» Характерно, что кольца наблюдаются только у планет, имеющих сильное магнитное поле – Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

Я пришел к выводу, что можно развить идею Альфвена и, исходя из этой гипотезы, попытаться объяснить некоторые особенности структуры наблюдаемых сейчас колец. Я сконструировал соответствующую математическую модель в надежде объяснить в первую очередь стратификацию «пракольца» на большое количество отдельных узких колец, разделенных щелями.

═

– Можно ли популярно объяснить, что представляет собой эта модель?

═

– Рассматривается некоторое плоское, тонкое и достаточно узкое кольцо типа тех, что мы видим у Сатурна. Оно вращается вокруг планеты, имеющей магнитное поле. Предполагается, что кольцо состоит из плазмы – среды с высокой электропроводностью и очень низкой плотностью. Полученная после громоздких выкладок и многочисленных проверок математическая модель имела вид системы линейных дифференциальных уравнений с периодическими коэффициентами. Анализ особенностей этой системы уравнений позволял предположить, что должно было происходить «вымывание» материала исходного кольца, то есть образование щелей в пракольце.

═

– То есть вы отрицаете пылевую природу образования планетных колец?

═

– «Пылевую природу» я не отрицаю, а ставлю под сомнение возможность образования колец, которые мы наблюдаем сейчас, из более или менее однородного пылевого облака. В этот сценарий я предлагаю, следуя Альфвену, ввести этап «предыстории», когда должно сформироваться плоское стратифицированное (расслоившееся. – Н.Д.) пылевое облако.

Поэтому я и счел возможным предложить иную концептуальную основу. Мне удалось показать, что это открывает принципиальную возможность объяснения расслоения пракольца на большое количество очень узких колец, разделенных щелями, а также некоторые из тонких особенностей колец Сатурна, лежащих вне «юрисдикции» классической небесной механики. Эти особенности ясно видны на снимках, полученных американскими КА «Пионер» и «Вояджер».

Моя модель имеет вид жесткой треугольной рамы, на которую натянуты параллельные струны с закрепленными на них равноотстоящими точечными массами. Вблизи вершины треугольника располагалась струна с одной массой, следующая – с двумя массами и т.д. Массы на каждой из струн одинаковые, но от струны к струне меняются по определенному закону.

═

– Образ треугольника со струнами напоминает о «музыке сфер» пифагорейцев┘

═

– Для этого своеобразного «музыкального инструмента» я получил точное совпадение спектра собственных значений круговой частоты с найденным ранее спектром элитных значений безразмерной секториальной скорости. Но самый главный сюрприз ждал меня впереди. Спектр собственных значений этого определяющего параметра, для которого удалось получить простую асимптотическую формулу, оказался зависящим от трех квантовых чисел. Здесь мы подходим к результату, который представляется мне самым интересным.

Квантовых чисел оказалось столько же, сколько в теории атома водорода Нильса Бора, причем все эти числа совпали с квантовыми числами теории Бора. Те же числа появляются в более полной квантомеханической теории Шрёдингера, в решении для атома водорода знаменитого уравнения, носящего его имя.

Это одно из удивительных проявлений изоморфизма явлений макро- и микромира, которое уже давно привлекает к себе внимание ученых – как механиков, так и физиков.

═

– Как вы сами оцениваете полученные результаты?

═

– У меня нет сомнений в правильности полученного решения, представляющего, по-моему, самостоятельный интерес. Для ее объективной оценки потребуются дальнейшие исследования и новая более полная наблюдательная информация.

Стимулировать интерес к этой проблеме будут, безусловно, два обстоятельства. Во-первых, это удачный вывод на орбиту вокруг Сатурна американского КА «Кассини», который уже передает огромные массивы информации о кольцах. Во-вторых – успехи в исследовании экзопланетных систем. Речь идет об открытии звезд, имеющих планеты, – их число уже перевалило за 100. Возможно, информация о них позволит лучше понять механизмы возникновения Солнечной системы и, в частности, планетных колец.