Ett Skoltech-ledda team av internationella forskare har utvecklat en matematisk modell som ger mening till ett av de stora mysterierna med Saturnus ringar.

Saturnus ringar är formationer av damm och is som virvlar längs Saturnus ekvatorialplan. De upptäcktes första gången 1610 av Galileo Galilei. Just då, han tänkte att de var en del av själva planeten. En fördjupad studie av dessa unika formationer blev möjlig först på 1900-talet i rymdutforskningens tid. Och många mysterier relaterade till deras bildning och processer förblir obesvarade.

De flesta av planeterna i solsystemet har förblivit oförändrade i miljontals år, men Saturnus ringar uppvisar extrem instabilitet. Detta gäller särskilt F-ringen, en av dess yttersta ringar. F-ringen har varit känd för att förändras under loppet av dagar eller till och med timmar. Till exempel, rymdfarkoster har upptäckt klumpar av materia i F-ringen som plötsligt försvinner.

Även om det ännu inte är känt vad som orsakar detta oberäkneliga beteende, det är känt att processerna för partikelaggregation (fusion) och fragmentering (sönderfall) spelar en roll. I planetringar, som de av Saturnus, dessa processer sker i särskilt stor skala, kräver en konsekvent balans mellan fragmentering och aggregering.

Forskare från universitet i Ryssland (Skoltech, Moscow State University, Institutet för numerisk matematik vid den ryska vetenskapsakademin), Storbritannien (University of Leicester), och USA (Boston University) gick ihop för att kasta ljus över den mystiska F-ringen med hjälp av en matematisk modell som tidigare hade använts för att studera Saturnus mer stabila element.

Med hjälp av modellen, det Skoltech-ledda teamet visade möjligheten av oupphörliga periodiska oscillerande regimer för partikelfusion och fragmentering inom Saturnus ringar. Med andra ord, de har identifierat en mekanism som kan orsaka bildning av blodproppar i en planetring som F-ringen. Deras resultat uppfyller lagen om masskonservering, som hävdar att massa inte kan skapas eller förstöras i kemiska reaktioner.

Resultaten av studien har publicerats är den vetenskapliga tidskriften Fysiska granskningsbrev .

"Vi tillbringade nästan tre år med att arbeta med detta innan vi presenterade våra resultat för publicering. Detta beror på att det tog oss mycket tid att arbeta oss igenom våra tvivel och valideringsstadierna. Till slut, vi hittade ett exempel på en oändlig periodisk oscillerande lösning från den matematiska modellen av aggregations- och fragmenteringsprocesserna av Saturnus ringar. Vidare, vi fastställde att dessa periodiska regimer leder till en stabil begränsningscykel, vilket är mycket överraskande för en modell under masskonserveringslagen, där stabila jämviktslösningar förväntas hittas. Eftersom våra huvudsakliga resultat kommer från numeriska simuleringar, vi hoppas kunna locka intresse från det matematiska samhället för utarbetandet av rigorösa analytiska bevis för de presenterade fenomenen. I alla fall, vi drar slutsatsen att dessa resultat kan kasta nytt ljus över fenomenen med periodiska klumpar som uppstår i Saturnus F-ring, " sa huvudförfattaren och Skoltech-forskaren Sergey Matvee