Кольца Сатурна в суперкомпьютере

Международная группа исследователей решила ряд загадок, связанных с образованием колец вокруг небесных тел.

В группу входили четверо россиян — выпускник МГУ имени М. В. Ломоносова Николай Бриллиантов (профессор Лестерского Университета, Великобритания), Павел Крапивский (профессор Бостонского Университета, США), а также научные сотрудники кафедры физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова Анна Бодрова и Владимир Стадничук.

Они искали ответ на вопрос, почему рост скапливающихся частиц пыли в кольце внезапно останавливается, когда они достигают размера с дом? Более того, само распределение частиц по размерам следовало красивому математическому закону «обратных кубов», что означает, например, что частиц размером 2 метра в 8 раз меньше, чем последних размером 1 метр, размером в 3 метра — меньше в 27 раз и т. д. Природа такого закона также представлялась загадочной.

Изучив распределение частиц по размерам в кольцах Сатурна, исследователи показали, что наблюдаемое распределение имеет универсальный характер, то есть, свойственно всем кольцам, возникающим у небесных тел, частицы которых имеют схожую природу. Ученым удалось разгадать и загадку «магического» закона «обратных кубов».

Из полученной учеными математической модели следовал и такой важный вывод, что указанные закономерности должны наблюдаться для всех колец, будь это кольцо планеты или астероида. Правда, как пояснила Анна Бодрова из МГУ, эта универсальность представляет собой лишь хорошо обоснованное предположение. Для того чтобы его подтвердить или опровергнуть, требуются дальнейшие исследования других колец.

Указанная работа позволяет сделать целый ряд других научных выводов: например, о механизме формирования колец и их эволюции. В частности, результаты ученых говорят о том, что кольца Сатурна пребывают в стационарном состоянии. Это означает, что динозавры наблюдали (если бы могли наблюдать) те же кольца, что и мы с вами наблюдаем сейчас. Те же кольца будут наблюдать наши потомки.

В свое время лауреат нобелевской премии академик Петр Капица заметил, что «нет ничего практичнее хорошей теории». Это в полной мере относится и к данной работе. Исследователи разработали весьма универсальный математический аппарат, который может быть без труда приложен к самым разным системам как в природе, так и в индустрии. Везде, где имеется система частиц, которые могут слипаться при соударениях с малыми скоростями и разрушаться на мелкие осколки при больших скоростях, будет наблюдаться распределение частиц по размерам, следующее «магическому» закону обратных кубов.

Соответствующая статья коллектива авторов опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1503957112).