«Saturn Ring Riddle Finally Solved» http://www.huffingtonpost.com/entry/mystery-of-saturns-rings-solved_55c39c2ee4b0923c12bbeef7
«Кольца Сатурна в суперкомпьютере» http://www.gazeta.ru/science/2015/08/05_a_7669281.shtml
Речь идет о статье: «Size distribution of particles in Saturn’s rings from aggregation and fragmentation» целого международного коллектива авторов – Николая Бриллиантова, П.Л. Крапивского, Анны Бодровой, Frank Spahn, Hisao Hayakawa, Владимира Стадничука, Jurgen Schmidt - опубликованной в PNAS: «Трудах» Национальной академии наук США: http://www.pnas.org/content/112/31/9536 В статье теоретически получен степенной закон для мелких частиц и закон обрезания спектра для крупных частиц в кольцах.
Должен похвалить авторов за грамотную подачу своих результатов: после выхода статьи и МГУ, где работает Стадничук и Бодрова, и британский университет, где работает Бриллиантов, сделали пресс-релизы, разослали их по редакциям газет – и информация о работе широко распространилась.
К сожалению, похвалить сами результаты трудно. В абстракте сказано «yet neither the power-law dependence nor the upper size cutoff have been established on theoretical grounds» («ни степенной закон, ни обрезание верхнего размера еще не были установлены на теоретической основе»). Это неправда. Я знаю, как минимум, два теоретических исследования, которые вывели данные законы распределения частиц. Я залез в ссылки и статьи для уточнения и нашёл, что первым эти законы установил Лонгаретти в 1989 году. Вторыми были мы с Фридманом в 1990-1992 году. Это было большое облегчение – узнать, что мы были вторыми и что можно обсуждать проблему без обвинений в личной вовлеченности. Для протокола: у меня нет личных претензий к статье Бриллиантова и др. по поводу отсутствия ссылок на мои работы по спектру частиц – на вторых авторов допустимо не ссылаться. Поэтому сфокусируемся на сравнении Лонгаретти и Бриллиантова и К.
Поясню для тех, кто далёк от колец Сатурна. Наблюдатели нашли распределение частиц по размерам в кольцах Сатурна в начале 80-х годов из данных «Вояджеров». Оказалось, что число мелких частиц с размером R ~ 1 см – 1 м приблизительно подчиняется закону 1/R^3 – то есть, чем больше размер частиц, тем меньше их число. Но с учетом того, что масса отдельной частицы растет как R^3, то получается, что частицы разных размеров дают примерно одинаковый вклад в массу колец. Показатель плавает около 3 и может быть, например, 2.7, отчего вклад больших частиц увеличивается. В области самых крупных частиц >5 м распределение становится совершенно другим: 1/R^6, что означает быстрое вымирание числа крупных частиц.
Впервые спектр частиц в кольцах Сатурна – как для мелких 1/R^3, так и для крупных 1/R^6 - теоретически установил молодой итальянский исследователь Пьер-Ив Лонгаретти, на эту тему защитивший диссертацию в 1987 году в Гренобльском университете (Франция) и опубликовавший большую статью в Icarus в 1989 году. В своей диссертации он даже численно промоделировал переходную зону между двумя спектрами. Бриллиантов и др. в своей статье не сказали ни одного слова о факте теоретического получения Лонгаретти спектров частиц ещё 26 лет назад. Почему закон 1/R^3, который установили в 2015 году Бриллиантов и К, является «великолепным и универсальным», а закон 1/R^3, который опубликовал Лонгаретти в 1989 году, не стоит даже упоминания? Авторы сослались на работу Лонгаретти одной короткой фразой как на «ранний полуколичественный подход», в котором для обрезания спектра крупных частиц привлекался «дополнительный механизм».
Ловко сказано! Сейчас объясню, что это за «дополнительный механизм».
Больше ста лет учёные полагали, что кольца Сатурна существуют благодаря приливным силам, которые разрушают крупные частицы. Даже когда наблюдатели установили, что типичный размер частиц в кольцах Сатурна всего несколько метров, то миф о важности приливных сил остался. А ведь стоит сравнить приливные силы с прочностью частиц колец и понять, что приливные силы в 10-100 тысяч раз слабее, чем нужно – и они не могут обеспечить разрушение частиц. Лонгаретти это понял одним из первых и указал, что скорость соударения крупных частиц растет с их радиусом из-за дифференциального вращения колец как ΩR, где Ω – угловая скорость вращения колец, а R – радиус крупной частицы. Отсюда Лонгаретти получил объяснение повышенного разрушения крупных частиц (потому что удельная энергия их столкновения растет с их радиусом), а также причину перехода зоны колец в зону спутников, потому что Ω падает с расстоянием от планеты как 1/r^1.5, и когда Ω становится достаточно малой, крупные частицы, обладающие значительной самогравитацией, перестают разрушаться. Так как мы с Фридманом независимо пришли к ТОЧНО таким же выводам, то я полностью согласен с работой Лонгаретти.
Что думают Бриллиантов и др. по поводу дифференциального вращения?
Ничего. Они его не поняли и сочли «дополнительным механизмом», в то время как он является главной пружиной существования колец. У Бриллиантова и др. скорость соударения частиц НЕ ЗАВИСИТ ни от радиуса крупных частиц, ни от расстояния до планеты. Они получили разрушение крупных частиц, представив их неким непрочным скоплением биллиардных шаров, которые разлетаются от ударов более быстрых отдельных шаров. Самогравитация Бриллиантову и др. не мешает, потому что они её не учли. А если бы учли, то закрыли бы свою работу, получив, что такая встряска ничуть не вредит крупным частицам, которые, благодаря своему гравитационному полю, не выпускают обломки из своей сферы Хилла и снова собираются за считанные часы. Это качественно понятно из общих соображений, а количественно было показано численным расчетом в группе Фридмана – и очень давно. Спектр крупных частиц, который получили Бриллиантов и др. - экспоненциальный, а не степенной, как у Лонгаретти. И это большой минус – потому что закон Лонгаретти 1/R^6 объясняет наблюдаемое наличие мелких спутников размером ~ 100-1000 метров, а экспонента Бриллиантова падает так быстро, что из неё нельзя получить никаких тел крупнее десятков метров. Значит, надо создавать ещё одну теорию по образованию микро-спутников. Спектры крупных и мелких частиц в кольцах связаны, так как частицы находятся в процессе постоянного роста и разрушения. Если модель Бриллиантова и др. не может объяснить спектр крупных частиц, это сразу ставит под вопрос её корректность для мелких частиц.
Не понимая, где пролегает внешняя граница колец, Бриллиантов и др. рассчитывают на то, что их анализ применим к кольцам астероидов Карикло и Хирон. Это более чем сомнительно, потому что кольца Карикло и Хирона лежат далеко за пределами внешней границы плотных колец и являются остатками протоспутникового диска, из которого, видимо, растет новый спутник. Это следует из диаграммы, которую я построил для распределения планетных колец и спутников астероидов (см. ниже).
Кинетический подход, при всей своей разработанности, применять к кольцам Сатурна нужно очень осторожно из-за тех ограничений, которые заложены при выводе кинетического уравнения. Забавный момент: пресс-релиз Лестерского университета был украшен картинкой художника из НАСА, где крупные частицы сталкиваются и разрушаются (см. например http://www.sciencedaily.com/releases/2015/08/150805075742.htm) Из картинки можно сделать вывод, что столкновения крупных частиц – нецентральные, и облако обломков растягивается дифференциальным вращением. И это совершенно верно, вот только картинка призвана проиллюстрировать статью Бриллиантова и др., где соударения частиц только ЦЕНТРАЛЬНЫЕ (ограничение кинетического подхода!) и дифференциальное вращение НЕ учитывается.
Честная аннотация статьи Бриллиантова и К была бы такой:
«Предложена третья (за последние четверть века) теоретическая модель, объясняющая наблюдаемый закон 1/R^3 для мелких частиц в кольцах Сатурна. Она самая сомнительная, потому что, в отличие от предыдущих, предложенная модель не учитывает дифференциальное вращение колец и самогравитацию частиц, не объясняет наблюдаемое распределение крупных частиц в кольцах Сатурна, включающих мини-спутники размером до километра, а также не может отличать зону колец от зоны спутников».
Никаких тайн планетных колец, конечно, в статье открыто не было – потому что авторы игнорируют не только реального первооткрывателя законов распределения - Лонгаретти, но и базисные факты динамики колец. Зато эта статья была благополучно скормлена мировой прессе, как крупное достижение - и станет отчетом по нескольким грантам различных стран.
Формат публикаций PNAS предполагает письма к редактору с краткими комментариями к опубликованным статьям с изложением альтернативной точки зрения. Я написал такое письмо редактору. PNAS отказался его публиковать, приведя в качестве аргументов несколько цитат от рецензента. Я получил огромное удовольствие от их чтения. Рецензент PNAS согласился со всеми моими конкретными доводами, но заявил следующее:
1. “I agree that the Brilliantov et al. model does not explain the moonlets in Saturn's rings, but it was not intended to and these may well have arisen from different processes. Nor was it intended to explain the transition from rings to satellites near the Roche limit.” Примерный перевод: «Да, теория Бриллиантова и др. не объясняет микро-спутники и внешнюю границу колец, но такой задачи в этой теории и не ставилось» (!) Значит, одна теория отвергает другую, как «полуколичественную», но тот факт, что отвергаемая теория объясняет гораздо больше наблюдаемых явлений, совершенно ничего не значит! Далее рецензент сделал прелестное и совершенно новое заявление в мировой теоретической науке: «The fact that other approaches can explain a wider variety of phenomena doesn't necessarily make them better». («Факт, что другие модели могут объяснить более широкий набор феноменов, не обязательно делает их лучшими»). Рецензент не сказал, какие дополнительные критерии «лучшести» существуют для теорий. Кстати, математический уровень работы Лонгаретти ничем не уступает работе Бриллиантова, разве что суперкомпьютера Лонгаретти не использовал. Так что, видимо, остались те критерии «лучшести», которые в приличном обществе лучше не озвучивать.
2. “I agree that the Brilliantov et al. model does not take self-gravity into account, but this should not be a problem within or interior to the B ring where the tidal field from the planet is strong." («Я согласен, что модель Бриллиантова и др не учла самогравитацию, но ничего страшного, потому что в кольце B сильны приливные силы от планеты».)
Итак, работа, которая претендует на выведение «универсального» закона для многих систем, при ближайшем рассмотрении оказывается применима только для внутреннего кольца В, а для внешнего кольца А – уже нет. И как модель, которая не учитывает важнейшие факторы динамики колец, можно рассматривать в качестве количественной?
После ответа PNAS, я отправил свой комментарий про работу Бриллиантова и др. на сайт астрономических препринтов: http://arxiv.org/archive/astro-ph#, который размещает ещё неопубликованные статьи, магистерские работы – да все что угодно. Это не рецензируемый сайт. У меня там штук 12 статей – и никогда никаких проблем с размещением не возникало. Тут возникло. Вместо того, чтобы статья появилась на сайте 2 сентября 2015 года (как было обещано роботом при размещении), администрация сайта, где уже появились модераторы, стала расспрашивать меня – в какой журнал представлено моё письмо и т.д., после чего модераторы приступили, видимо, к детальному анализу моего опасного критического письма. На сегодня (15 сентября 2015) письмо так и не появилось на сайте arxiv.org - и я решил разместить это письмо у себя в ЖЖ. Если письмо не будет опубликовано в astro-ph, то я буду вынужден подготовить статью для российского журнала, например, «Астрономического вестника».
Заключительная фраза моего комментария содержит общую научную оценку работы Бриллиантова и др. (2015): «Упрощенная физическая модель, которая не описывает микро-спутники и внешнюю границу колец, делает работу Бриллиантова и др. не шагом вперед, а шагом назад по сравнению с работами 20-30 летней давности».
Безусловно, необходима и этическая оценка работы, которая фактически игнорирует более правильную работу Пьера-Ива Лонгаретти, опередившего авторов на 26 лет. Есть учёные, которые публикуют работы с фальсифицированными результатами, есть учёные, которые в своих статьях фальсифицируют реальное положение вещей в обсуждаемой теме, дезинформируют читателя о результатах других учёных. Я не уверен, какой вид научной фальсификации хуже – в первом случае наносится урон науке, во втором – не только науке, но и учёным, которые честно работают в ней. В одном я уверен: научная общественность должна негативно относиться к любым случаям научной дезинформации.
