Een door Skoltech geleid team van internationale wetenschappers heeft een wiskundig model ontwikkeld dat een van de grote mysteries van de ringen van Saturnus duidelijk maakt.

De ringen van Saturnus zijn formaties van stof en ijs die langs het equatoriale vlak van Saturnus wervelen. Ze werden voor het eerst gezien in 1610 door Galileo Galilei. Destijds, hij dacht dat ze deel uitmaakten van de planeet zelf. Een diepgaande studie van deze unieke formaties werd pas mogelijk in de 20e eeuw in het tijdperk van de verkenning van de ruimte. En veel mysteries met betrekking tot hun vorming en processen blijven onbeantwoord.

De meeste planeten in het zonnestelsel zijn al miljoenen jaren onveranderd gebleven, maar de ringen van Saturnus vertonen extreme instabiliteit. Dit geldt met name voor de F-ring, een van de buitenste ringen. Het is bekend dat de F-ring in de loop van dagen of zelfs uren verandert. Bijvoorbeeld, ruimtevaartuigen hebben klonten materie in de F-ring gedetecteerd die plotseling verdwijnen.

Hoewel het nog niet bekend is wat dit grillige gedrag veroorzaakt, het is bekend dat de processen van deeltjesaggregatie (fusie) en fragmentatie (verval) een rol spelen. In planetaire ringen, zoals die van Saturnus, deze processen vinden op bijzonder grote schaal plaats, een consistent evenwicht tussen fragmentatie en aggregatie vereist.

Wetenschappers van universiteiten in Rusland (Skoltech, Staatsuniversiteit van Moskou, het Instituut voor Numerieke Wiskunde van de Russische Academie van Wetenschappen), het Verenigd Koninkrijk (de Universiteit van Leicester), en de Verenigde Staten (Boston University) werkten samen om licht te werpen op de mysterieuze F-ring met behulp van een wiskundig model dat eerder was gebruikt om de stabielere elementen van Saturnus te bestuderen.

Met behulp van het model, het door Skoltech geleide team toonde de mogelijkheid aan van onophoudelijke periodieke oscillerende regimes voor deeltjesfusie en fragmentatie binnen de ringen van Saturnus. Met andere woorden, ze hebben een mechanisme geïdentificeerd dat de vorming van stolsels in een planetaire ring zoals de F-ring zou kunnen veroorzaken. Hun bevindingen voldoen aan de wet van massabehoud, die stelt dat massa niet kan worden gecreëerd of vernietigd in chemische reacties.

De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

"We hebben hier bijna drie jaar aan gewerkt voordat we onze resultaten voor publicatie presenteerden. Dit komt omdat het ons veel tijd kostte om onze twijfels en de validatiefasen te doorstaan. Uiteindelijk, we vonden een voorbeeld van een nooit eindigende periodieke oscillerende oplossing uit het wiskundige model van de aggregatie- en fragmentatieprocessen van de ringen van Saturnus. Verder, we hebben vastgesteld dat deze periodieke regimes leiden tot een stabiele limietcyclus, wat zeer verrassend is voor een model onder de massabehoudswet, waar stabiele evenwichtsoplossingen worden verwacht. Aangezien onze belangrijkste resultaten afkomstig zijn van numerieke simulaties, we hopen belangstelling te wekken van de wiskundige gemeenschap voor de uitwerking van rigoureuze analytische bewijzen van de gepresenteerde verschijnselen. In ieder geval, we concluderen dat die resultaten enig nieuw licht kunnen werpen op de verschijnselen van periodieke klonten die ontstaan ​​in de F-ring van Saturnus, " zei hoofdauteur en Skoltech-onderzoekswetenschapper Sergey Matvee