Из чего сделаны кольца сатурна. Кольца Сатурна: Почему и из чего состоят
Кольца Сатурна - система плоских концентрических образований изо льда и пыли, располагающаяся в экваториальной плоскости Сатурна. Кольцевая система Сатурна является самой известной в Солнечной системе.
История открытия колец Сатурна
В 1610 году Галилео Галилей был первым, кто увидел кольца Сатурна, он наблюдал их в свой телескоп с 20-кратным увеличением, но не идентифицировал их как кольца. Он подумал, что эти кольца представляли собой гигантские спутники планеты, находившиеся по разные стороны от неё. Однако дальнейшие наблюдения, проводившиеся учёным в течение нескольких последующих лет, показали, что эти кольца меняли свою форму и даже исчезали полностью, по мере того как менялся их наклон по отношению к Земле.
В 1655 году Христиан Гюйгенс стал первым человеком, который предположил, что Сатурн окружён кольцом. Он соорудил телескоп-рефрактор с 50-кратным увеличением, намного большим, чем телескоп Галилея, в который он наблюдал Сатурн. Астроном Кристиан Гюйгенс предположил, что эти странные тела были твёрдыми, наклонёнными кольцами.
В 1660 году другой астроном предположил, что эти кольца состояли из небольших спутников – догадка, которая не могла получить подтверждения в течение почти 200 последующих лет.
В 1675 году Джованни Доменико Кассини определил, что кольцо Сатурна состоит из двух частей, разделённых тёмным промежутком, который позднее был назван делением (или щелью) Кассини.
В 1837 году Иоганн Франц Энке заметил промежуток в кольце A, который назвали делением Энке.
В 1838 году Иоганн Готтфрид Галле обнаружил кольцо внутри кольца B, однако его открытие не было принято всерьёз, и получило признание лишь после переоткрытия этого кольца в 1850 году У. К. Бондом, Д. Ф. Бондом и У. Р. Дейвсом, его стали называть кольцом C, или креповым кольцом.
В 1859 году Джеймс Клерк Максвелл показал, что кольца не могут быть цельными твёрдыми, ибо тогда они оказались бы нестабильными и были бы разорваны на части. Он предположил, что кольца состоят из множества мелких частиц. В своей единственной астрономической работе, опубликованной в 1885 году, Софья Ковалевская показала, что кольца не могут быть ни жидкими, ни газообразными. Предположение Максвелла было доказано в 1895 году благодаря эффекту Доплера спектроскопическими наблюдениями колец, выполненными Аристархом Белопольским в Пулково и Джеймсом Эдуардом Килером в обсерватории Аллегени.
Составное изображение колец Сатурна D, C, B, A и F (слева направо) в натуральных цветах по снимкам аппарата Кассини на неосвещённой стороне Сатурна, 9 мая 2007. 
Название
Расстояние до центра Сатурна
67000 — 74500 км.
74500 — 92000 км.
Щель Коломбо
Щель Максвелла
Щель Бонда
88690 — 88720 км.
Щель Дейвса
90200 — 90220 км.
92000 — 117500 км.
Деление Кассини
117500 — 122200
Щель Гюйгенса
Щель Гершеля
118183 — 118285 км.
Щель Рассела
118597 — 118630 км.
Щель Джефриса
118931 — 118969 км.
Щель Койпера
119403 — 119406 км.
Щель Лапласа
119848 — 120086 км.
Щель Бесселя
120236 — 120246 км.
Щель Барнарда
120305 — 120318 км.
122200 — 136800 км.
Щель Энке
Щель Килера
Деление Роша
136800 — 139380 км.
165800 — 173800 км.
180000 — 480000 км.
Система колец разделена на несколько частей. Эти кольца получили свои названия по алфавиту в соответствии с датами их открытия. Таким образом, главные кольца, если двигаться от периферии системы к центру, называются соответственно A, B и С. Щель шириной в 4700 километров, известная как Щель Кассини, разделяет между собой кольца A и B.
Кольцо A (внешнее из классических) обладает очень резким краем, что трудно объяснить в рамках старых представлений о динамике колец. Кроме того, в нескольких тысячах километров от внешнего края кольца A находится одно из самых удивительных колец Сатурна - кольцо F. Оно очень узкое, причем иногда удается наблюдать его свитым из нескольких колец-«шнуров». Исследование динамики этих колец и близких к ним небольших спутников показало, что именно спутники поддерживают резкую границу колец F и А (а возможно, определяют и другие их особенности). Своим гравитационным воздействием спутники как бы фокусируют движение отдельных частиц в кольцах, не допуская их выпадения из общего ансамбля.
Кольца Сатурна состоят из миллиардов частиц, размеры которых колеблются от нескольких миллиметров до десятка километров. Состоящие преимущественно из водяного льда, эти кольца также втягивают в свою систему каменистые метеороиды, движущиеся сквозь космическое пространство. Сами кольца содержат значительное число щелей и структур. Некоторые из них созданы многочисленными небольшими спутниками Сатурна, в то время как природа других из них до сих пор продолжает ставить в тупик астрономов.
Две крошечные луны вращаются в промежутках (щели Энке и Килера) между колец и держат промежутки открытыми. Другие частицы (от десятков до сотен метров) слишком малы, чтобы их увидеть, но они создают винтовые объекты в кольцах, которые позволяют нам их видеть.
Происхождение колец Сатурна
Согласно новой модели, было несколько последовательных поглощений Сатурном его спутников, миллиарды лет назад обращавшихся вокруг молодого газового гиганта. Расчеты Кануп показывают, что после формирования Сатурна, примерно 4,5 миллиарда лет назад, на заре Солнечной системы, вокруг него вращалось несколько крупных спутников, каждый из которых был в полтора раза больше Луны. Постепенно из-за гравитационного воздействия эти спутники один за другим «сваливались» в недра Сатурна. Из «первичных» спутников на сегодняшний день остался только Титан. В процессе схода со своих орбит и вхождения в спиральную траекторию эти спутники разрушались. При этом легкая ледяная составляющая оставалась в космосе, тогда как тяжелые минеральные компоненты небесных тел поглощались планетой. Впоследствии лед захватывался гравитацией следующего спутника Сатурна, и цикл вновь повторялся. Когда произошел захват Сатурном последнего из своих «первичных» спутников, ставшего гигантским ледяным шаром с твердым минеральным ядром, вокруг планеты образовалось «облако» изо льда. Фрагменты этого «облака» имели от 1 до 50 километров в диаметре и сформировали первичное кольцо Сатурна. По массе это кольцо превышало современную систему колец в 1 тысячу раз, однако в течение последующих 4,5 миллиарда лет соударения образующих кольцо ледяных глыб привели к измельчению льда до размеров градин. При этом большая часть вещества была поглощена планетой, а также утрачена при взаимодействии с астероидами и кометами, многие из которых также стали жертвами гравитации Сатурна.
Начиная с XVII века человек по крупицам собирал информацию о кольцах Сатурна, странном образовании, окружающим вторую по величине планету Солнечной Системы. Ширина колец огромна: они в пять раз превосходят диаметр Земли!
С началом космической эры Сатурн посетили пять космических аппаратов. Последний из них, «Кассини», работает до сих пор. Благодаря его снимкам перед нами постепенно открывается абсолютно уникальная, фантастическая по красоте картина, которую не найти больше нигде в Солнечной системе.
Галилей, первый человек, увидевший Сатурн в телескоп, был поражен его видом. Нет, кольца он не увидел — первый телескоп давал увеличение всего 30 крат, да и оптика была, мягко говоря, не слишком хороша. Но Галилей заметил вокруг планеты «уши», которые придавали Сатурну вытянутую форму, и долго не мог понять, что они собой представляют.
В конце концов он решил, что это спутники планеты. Лишь через несколько десятков лет астрономы установили природу этих «ушей» и были поражены. Этот снимок — один из первых цветных, полученных станцией НАСА «Кассини» после прибытия в систему Сатурна в 2004 году. Великолепные кольца на протяжении 7 лет будут одним из интереснейших предметов исследования в этой далекой, непохожей на другие, системе
Точка отмеченная на фото - наша планета Земля
Волны внутри щели Энке. То, что у Сатурна не одно кольцо, стало ясно уже в XVII веке, когда итальянский астроном Кассини открыл щель, названную его именем. Позже, по мере совершенствования телескопов, астрономы находили все больше и больше зазоров в кольце планеты-гиганта. Оказалось, что вместо сплошного кольца Сатурн опоясывают великое множество колец и колечек. Щель Энке, открытая в XIX веке, тоже оказалась не пустой. На фото видно отчетливо два колечка внутри щели Энке. Кроме того в 1990 году был открыт спутник Сатурна Пан, орбита которого проходила целиком внутри щели. Этот спутник-пастух и расчистил пространство в кольцах, а его гравитационное влияние порождает изменчивые волны и неровности внутри щели Энке. Снимок получен 7 октября 2006 года космическим аппаратом НАСА «Кассини»
Глядя на кольца Сатурна под небольшим углом, можно различить множество зазоров, щелей и щелочек между кольцами. Сами кольца различаются друг от друга как по ширине, так и по яркости. Обратите внимание на звездочку у дальней «оконечности». Это 32-километровый спутник Атлас; его орбита проходит между кольцами A и F.
Система Сатурна похожа на Солнечную систему в миниатюре. Спутники кружат вокруг планеты-гиганта подобно планетам вокруг Солнца. Но есть и одно существенное различие: у Солнца нет таких роскошных колец. Кольца Сатурна очень тонкие. Толщина их обычно составляет всего несколько метров, и уж во всяком случае нигде не бывает больше 10 километров. Тем не менее, кольца способны отбрасывать тень. На этой фотографии видно, что тень от колец в одних местах черная, а в других серая. Это значит, что они по-разному пропускают свет.
Лучше всего волны в кольцах Сатурна наблюдать на примере кольца F. Сила притяжения Прометея, 86-километрового спутника, который виден на фото, искажает структуру кольца, порождая диагональные образования. Снимок получен 30 августа 2008 года с расстояния 1,2 миллиона км.
Орбита космического аппарата «Кассини» была выбрана так, что 3 марта 2005 года кольца заслонили собою Землю. Тогда «Кассини» послал на нашу планету три радиосигнала на длинах волн 0,94, 3,6 и 13 сантиметров. Сигналы, проходя сквозь кольца Сатурна, несколько искажались. По этим изменениям ученые получили представление как о толщине колец, так и о материале, из которых они сложены. Это изображение сконструировано из радиоизмерений щели Кассини и кольца A. Оказалось, что толщина кольца А равнялась примерно 10 км, а во внешних кольцах и вокруг щели Энке наблюдались волны плотности, порожденные спутниками-пастухами. Искусственные цвета предоставляют информацию о размерах частиц, из которых состоят кольца. Пурпурный цвет показывает частицы менее 5 см в диаметре. Зеленый и голубой цвета показывают частицы 1-5 см и менее 1 см в диаметре
Цветные нити и тени. Удивительная картина предстала перед камерами «Кассини» 30 июля 2004 года, вскоре после прибытия в систему Сатурна. Атмосфера газового гиганта была окрашена в ровные безмятежные тона, а тонкие полупрозрачные кольца пересекали собственную тень. На снимке видно кольцо C, ближайшее к Сатурну, и широкую щель Кассини, которую можно увидеть даже в любительский телескоп.
Изысканные оттенки золотого демонстрируют нам внутреннее кольцо B. На снимке видна щель Кассини, заполненная тусклыми и очень узкими колечками. Края щели Кассини оказываются размытыми, когда смотрим на нее с относительно небольшого расстояния.
Не только кольца могут отбрасывать тень на Сатурн, но и Сатурн на кольца. Посмотрите как резка и отчетлива тень планеты в безвоздушном пространстве!
«Открылась бездна, звезд полна...» — писал великий Ломоносов о ночном небе. Замените «звезды» на «луны» и вы получите картину, запечатленную зондом «Кассини» в системе Сатурна. Целых пять спутников, Янус, Мимас, Пандора, Прометей и Атлас (слева направо) мы видим на этом великолепном снимке. А если бы позволяло разрешение, то заметили бы еще несколько. К сожалению, многие из спутников Сатурна слишком малы для масштабных полотен. Это просто неправильной формы куски скал 5-15 км в поперечнике. Этот снимок сделан 13 декабря 2008 года в ближнем инфракрасном свете.
Странные «спицы» в кольцах Сатурна. В кольцах Сатурна наблюдаются необычные образования — «спицы», представляющие собой светлые и тёмные полосы, идущие поперёк колец. Впервые спицы были обнаружены еще «Вояджерами». Странно то, что эти полосы ведут себя как единое тело, в то время как кольца Сатурна единым телом не являются. Внутренние слои колец вращаются вокруг планеты быстрее внешних. По всем законам небесной механики «спицы» должны быстро разрушаться, однако этого не происходит. В чем причина их долговечности, астрономам еще предстоит выяснить.
Самая большая виниловая пластинка в мире. Кольца Сатурна во всем великолепии открылись камерам «Кассини» 7 февраля 2008 года. В результате мы видим сложную мозаику, хитросплетение множества дуг, в которых теряется огромная щель Кассини, разделяющую главные кольца А и B. А вот узкую, с четкими краями щель Энке слева видна отлично. Как и расположенное еще дальше чрезвычайно узкое кольцо F. Это ветвящееся образование с волнами и петлями целиком и полностью обязано своим существованием спутникам-пастухам, Пандоре и Прометею.
Если бы в туристическом агентстве можно было заказать путёвку к планетам Солнечной системы, то главной достопримечательностью Сатурна, несомненно, оказались бы его замечательные кольца. О, эти кольца всегда вызывали множество вопросов – начиная с их открытия. Г.Галилей первым заметил, что с Сатурном «что-то не так», правда, кольца ему разглядеть не удалось – телескоп был недостаточно мощным, он подумал, что имеет дело со спутниками. А вот Х.Гюйгенс уже был уверен, что видит именно кольца. Окончательная ясность была внесена в 1660 году. Для наблюдения Сатурна использовали линзу, когда-то изготовленную Э.Торричелли, который знал какой-то секрет изготовления практически идеальных линз (линзы Торричелли превосходят даже современные), какой именно – неизвестно до сих пор, и вот – такая линза позволили разглядеть и кольца, и даже тень, которую они отбрасывают на планету.
Поначалу кольца Сатурна считались твёрдыми и сплошными, но в 1715 году французский учёный Ж.Кассини с уверенностю заявил: если бы это было так, кольца давно были бы разрушены гравитацией Сатурно, и если они до сих пор целы, это означает, что они не «кольца» как таковые, не обручи, «надетые» на планету, а сборище мелких спутников.
В начале ХХ века благодаря данным спектрального анализа стало известно, из чего состоят частицы, составляющие кольца Сатурна: они состоят из льда с примесью пыли.
Как же удалось Сатурну заполучить столь шикарное «украшение»? На этот счёт существуют разные гипотезы.
Возможно, это своего рода «строительный мусор», оставшийся со времён формирования планеты: притянуть эти частицы на себя Сатурн не смог, гравитационной силы не хватило, но и отпустить от себя не может – для этого гравитация его слишком сильна.
Возможно, это результат столкновения с каким-то другим космическим телом, и довольно большим, которое в результате столкновения разбилось вдребезги. Примерно то же самое произошло когда-то и с Землёй. Правда, осколки «нашей» Тейи после столкновения сложились в Луну, а осколки того небесного тела, которое разбилось о Сатурн, не сложились в спутник, а равномерно распределились по орбите.
Наконец, это могут быть остатки спутников Сатурна, вращавшихся вокруг него в незапамятные времена. Учёные предполагают, что каждый из этих спутников был в полтора раза крупнее Луны, но вращались они слишком близко, и в конечном итоге сошли со своих орбит, притянутые мощной гравитацией Сатурна и попросту «утонули» в недрах газового гиганта (ну как тут не вспомнить миф о Хроносе-Сатурне, пожиравшем своих детей!). Но падали они не сразу – это было довольно долгий процесс, когда спутники по спирали спускались всё ближе и ближе к планете, и по пути гравитация разрушала их, а обломки сложились в кольца. В общем, образно можно сказать, что кольца Сатурна состоят из «капель крови» детей Хроноса-Сатурна, поглощённых своим «отцом».
Впрочем, сегодня Сатурн уже не выглядит таким уж особенным в «семье» газовых гигантов: оказалось, что такие кольца есть у всех этих планет, только у Сатурна они самые крупные, вот их и открыли раньше. Впрочем, есть основания полагать, что через пару миллиардов лет у Нептуна будут такие же. Это случится, когда его спутник Тритон, неумолимо приближающийся к Нептуну, будет в конечном итоге разрушен его гравитацией.
Сатурн - одна из самых завораживающих планет как для профессиональных, так и для астрономов-любителей. Наибольший интерес к этой планете у нас вызывают его характерные кольца. Хоть их и не увидеть невооружённым глазом, любой желающий может разглядеть эти впечатляющие кольца даже через самый слабый телескоп.
И хотя нам эта система образований видится, как одно массивное широкое кольцо, вращающееся по орбите планеты, кольцевая система Сатурна состоит из множества различных колец, отличающихся друг от друга плотностью, толщиной и шириной.
Состоящие преимущественно изо льда и пыли, кольца Сатурна удерживаются на орбите сложными гравитационными воздействиями газового гиганта и его спутниками, причём некоторые из них фактически расположены в пределах колец.
Факты про кольца Сатурна приобретают ещё большую яркость и реальность, если сопровождаются фотографиями, сделанными бесчисленными телескопами и пролетающими мимо них космическими аппаратами. Несмотря на то, что человечество узнало немало о кольцах с тех пор, как они были впервые обнаружены четыре столетия назад, учёные продолжают исследовать их, чтобы пополнить свои знания.
Вдохновитесь их красотой и величием, прочитав эти 25 фактов про кольца Сатурна и посмотрев столько же замечательных фотографий!
25. В 1610 году знаменитый астроном и враг церкви Галилео Галилей стал первым человеком, направившим свой телескоп на Сатурн. Он увидел странные, нечёткие формы возле планеты. А поскольку его телескоп был недостаточно мощным, он не понял, что это были кольца Сатурна.
24. Кольца Сатурна состоят из миллиардов частиц льда и осколков, размеры которых варьируются от одного сантиметра до десяти метров.
23. Невооружённым глазом мы можем увидеть пять планет: Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. Но чтобы разглядеть кольца Сатурна, понадобится телескоп, как минимум, с 20-кратным увеличением.
22. Кольцам дают названия в алфавитном порядке, основываясь на дате их обнаружения. Ближайшее к планете - кольцо D, затем идут кольца C, B, A, F, Янус/Эпиметей, G, Паллена и E.
21. Кольца Сатурна, как полагают, являются остатками проходящих планет (в основном), астероидов или разрушившихся спутников - в значительной степени потому, что 93% их массы состоят из воды в форме льда с незначительными примесями.
20. Первым, кто разглядел и определил кольца Сатурна, был нидерландский астроном Христиан Гюйгенс в 1655 году. Тогда он предположил, что газовый гигант имеет одно твёрдое, тонкое и плоское кольцо.
19. Источником материи кольца Е - льда - по мнению учёных, является шестой спутник Сатурна Энцелад, на поверхности которого активны гейзеры, выбрасывающие в космос огромные струи воды. Этот спутник очень важен для нас, поскольку под его поверхностью, предположительно, находится океан, в котором возможно существование жизни.
18. Каждое кольцо обращается вокруг Сатурна с разной скоростью.
17. Кольца Сатурна наиболее известны в Солнечной системе, однако другой газовый гигант, Юпитер, и ледяные гиганты Нептун и Уран также имеют кольца.
16. Кольца планеты могут служить своеобразной исторической записью, демонстрирующей свидетельства комет и метеоритов, пролетающих через них на своём пути столкновения с планетой. Учёные, изучающие кольцо С, обнаружили в его слоях зыбь, которая, как они предполагают, вызвана попаданием осколков комет или астероидов.
15. В то время как комета может оставить после себя в кольце отверстие, некое массивное тело - весом от 100 миллионов до 10 миллиардов тонн - столкнувшееся с кольцами в 1983 году, заставило их колебаться. Они будут колебаться ещё сотни лет.
14. Частицы в пределах колец Сатурна иногда могут собираться в вертикальные скопления, формируя образования высотой более 3 километров.
13. Сатурн является второй по скорости вращения планетой после Юпитера, делая полный оборот вокруг собственной оси за 10 часов 34 минуты 13 секунд. Из-за своей скорости планета приобретает выпуклую форму на экваторе (и более сплющенную на полюсах), что ещё больше подчёркивает её кольца.
12. Узкое кольцо F (хотя в действительности это три узких кольца), расположенное сразу за главной кольцевой системой Сатурна, по-видимому, имеет изгибы, изломы и скопления. Учёные предполагают, что в пределах структуры могут оказаться захваченными миниспутники, придавая кольцу скрученный и плетёный вид.
11. Чтобы оказаться на орбите Сатурна, автоматическая межпланетная станция "Кассини" аккуратно пролетела между кольцами F и G, прежде чем стать искусственным спутником планеты.
10. Щели в кольце А - щель Килера и щель Энке - имеют свои крошечные спутники: Дафнис внутри щели Килера и Пан внутри щели Энке.
9. Хотя кольца Сатурна отбрасывают тень в космос на 280.000 километров, их толщина, как правило, не превышает 9-ти метров.
8. В кольцах Сатурна были обнаружены образования, идущие поперёк колец и похожие на призраки, которые учёные назвали "спицами". Преобладает научное мнение, что это - заряженные электричеством слои мельчайших пылевидных частиц, которые могут формироваться и рассеиваться в течение всего нескольких часов.
Хотя учёным не понятно, что обуславливает их образование, существуют теории, включающие метеориты, ударяющиеся о кольца, или пучки электронов от молний в атмосфере Сатурна, вбрасываемые в кольца.
7. Второй по величине спутник Сатурна, Рея, может иметь собственную систему колец. Вокруг спутника никогда ранее не было обнаружено колец, и на настоящий момент существуют слабые доказательства этого, однако признаки торможения электронов возле Реи и наличие льда на поверхности спутника (от образований льда с кольца, которые выпадают с орбиты) оставляют этот вопрос нерешённым.
6. Несмотря на свой кажущийся размер, эти кольца в действительности являются довольно лёгкими. Крупнейший из 62 спутников Сатурна, Титан, составляет более 90% всей массы спутников, обращающихся по орбите этой планеты.
5. Деление Кассини - это промежуток в кольце, образовавшийся между главными кольцами B и A, разрыв пространства которого составляет 4700 километров.
4. Некоторые спутники Сатурна - особенно Пандора и Прометей - удерживают крайние частицы колец, не позволяя им уходить от них в стороны, то есь рассеиваться в космосе. Такие спутники называют спутниками-"пастухами", потому что они как бы "пасут" эти частицы.
3. Недавно вокруг Сатурна астрономами было обнаружено новое гигантское кольцо. Расположенное от поверхности планеты на расстоянии 3,7-11,1 миллиона километров, это кольцо наклонено на 27 градусов по отношению к плоскости остальных колец. Кроме того, его вращение происходит в обратном направлении.
2. Новое кольцо является настолько разреженным, что, попав в него, это трудно заметить, даже несмотря на то, что в его пределах может поместиться миллиард планет, по размеру сравнимых с Землёй. Кольцо было обнаружено лишь недавно, потому что его холодные частицы (около -193°С) можно заметить только с помощью инфракрасного телескопа.
1. Согласно открытиям, сделанным в 2014 году, учёные полагают, что, по крайней мере, несколько спутников Сатурна могли сформироваться на границах его колец.
Изображения границы кольца А демонстрируют то, что могло бы быть формированием небольшого спутника под воздействием гравитации. Поскольку многие спутники Сатурна являются ледяными, а частички льда являются основными компонентами колец, существует гипотеза, что спутники были сформированы отдалёнными кольцами, существовавшими в далёком прошлом.
Существует 3 основных кольца, названных A, B и C. Они различимы без особых проблем с Земли. Есть и более слабые кольца – D, E, F. При ближайшем рассмотрении колец оказывается великое множество. Между кольцами существуют щели, где нет частиц. Та из щелей, которую можно увидеть в средний телескоп с Земли (между кольцами А и В), названа щелью Кассини. В ясные ночи можно даже увидеть менее заметные щели. Внутренние части колец вращаются быстрее внешних.
КОЛЬЦА САТУРНА |
Ширина колец равна 400 тыс. км, однако в толщину они составляют всего несколько десятков метров. Сквозь кольца можно увидеть звезды, хотя свет их при этом заметно ослабевает. Все кольца состоят из отдельных кусков льда разных размеров: от пылинок до нескольких метров в поперечнике. Эти частицы двигаются с практических одинаковыми скоростями (около 10 км/с, их скорости так хорошо уравнены, что соседние частицы кажутся неподвижными по отношению друг к другу), иногда сталкиваясь друг с другом. Под действием спутников кольцо немного выгибается, переставая быть плоским: видны тени от Солнца. Все же частицы медленно перемещаются в разных направлениях - со скоростью 1-2 мм/с.
Внешний вид колец меняется от года к году. Это обусловлено наклоном плоскости колец к плоскости орбиты планеты. Плоскость колец наклонена к плоскости орбиты на 26°. Поэтому в течение года мы видим их максимально широкими, после чего их видимая ширина уменьшается, и, примерно через 15 лет, они превращаются в слабо различимую черту. В 1610 году Галилео Галилей впервые увидел в телескоп кольца Сатурна, но не понял, что это такое, поэтому записал, что Сатурн состоит из частей.
В июле 1610 г. Галилео Галилей опубликовал зашифрованное сообщение такого содержания: "Отдаленнейшую из планет наблюдал тройную". "Отдаленнейшей из планет" в то время считали Сатурн, а его кольца выглядели в телескопе Галилея двумя туманными пятнами по краям планеты.
Полвека спустя Христиан Гюйгенс сообщил о наличии у Сатурна кольца, а в 1675 году Кассини обнаружил между кольцами щель.
Кольца Сатурна постоянно будоражили воображение исследователей своей уникальной формой. Кант первым предсказал существование тонкой структуры колец Сатурна. Пользуясь своей моделью протопланетного облака, он представлял себе кольцо в виде плоского диска из сталкивающихся частиц, вращающихся дифференциально вокруг планеты по закону Кеплера. Именно дифференциальное вращение, согласно Канту, является причиной расслоения диска на серию тонких колечек. Позднее Симон Лаплас доказал неустойчивость твердого широкого кольца. В середине прошлого века астрономы обнаружили десять колечек вокруг Сатурна. Выдающийся вклад в исследование устойчивости колец Сатурна внес Джеймс Максвелл, получивший премию Адамса за труд, в котором он показал, что такие узкие кольца также неустойчивы и будут падать на планету. И хотя вывод Maксвелла о падении гипотетического сплошного ледового кольца на планету был неправильным (такое кольцо гораздо раньше должно развалиться на куски), следствие из него – метеорное строение колен Сатурна – оказалось верным. Так, к концу XIX века гипотеза метеорного строения колец Сатурна, высказанная впервые Жаном Кассини, получила теоретическое, а в 1893 году – и наблюдательное подтверждение. В течение XX века шло постепенное накопление новых данных о планетных кольцах: получены оценки размеров и концентрации частиц в кольцах Сатурна, спектральным анализом установлено, что кольца – ледяные, открыто загадочное явление азимутальной переменности яркости колец Сатурна.
В течение 29,5 лет с Земли кольца Сатурна дважды видны в максимальном раскрытии и дважды наступают периоды, когда Солнце и Земля находятся в плоскости колец, и тогда кольца либо освещаются Солнцем "с ребра", либо оно для земного наблюдателя видно "с ребра". В этот период кольца почти совсем не видны, что свидетельствует об их очень малой толщине. Разные исследователи, основываясь на визуальных и фотометрических наблюдениях и их теоретической обработке, приходят к заключению, что средняя толщина колец составляет от 10 см до 10 км. Конечно, кольцо такой толщины увидеть с Земли "с ребра" невозможно.
В соответствии с законами Кеплера частицы на разных радиусах кольца движутся с различными соростями: чем ближе к планете, тем быстрее. В наиболее плотном кольце есть область, где частицы обращаются с периодом 10,5 ч, т.е. с той же угловой скоростью, с какой вращается Сатурн. Это значит, что относительно поверхности планеты они остаются неподвижными.
Что узнали "Вояджеры"?
Уже первые снимки колец, переданные АМС "Вояджер-1", показали небольшие цветовые вариации в кольцах, щель в кольце С, наличие вещества в делении Кассини и изменения в распределении и яркости вещества в кольцах С и В. Наиболее интересными деталями на первых снимках были "спицы" - радиальные тёмные образования, пересекающие некоторые участки яркого кольца В. Иногда "спицы" наблюдались в течение нескольких часов, хотя внутренний край кольца у основания "спицы" вращается вокруг планеты с большей скоростью, чем внешний край у вершины "спицы", и эти образования должны бы были разрушиться.
Позже были получены снимки "спиц" при рассеивании солнечного света вперед. На этих снимках области спиц светлые, а не темные, как на первых снимках, сделанных при рассеивании света назад. Это позволило предположить, что области "спиц" содержат очень мелкие пылевидные частицы. Область, где наблюдаются "спицы", перекрывает зону кольца, обращающуюся вокруг Сатурна с такой же скоростью, как его магнитное поле. Это, по мнению некоторых ученых, может объяснить устойчивость спиц, несмотря на различную скорость движения частиц. Ученые предположили, что в результате взаимодействия между этими могшими частицами и электростатическими силами частицы могут концентрироваться в определенных областях или подниматься над плоскостью колец. Если кольцо заряжено, частицы в нем должны отталкиваться друг от друга, но силы гравитации удерживают их в кольце. Для крупных частиц силы гравитации больше сил отталкивания, и они остаются в кольце, для мелких частиц силы отталкивания больше, и они поднимаются над плоскостью кольца. Была высказана гипотеза, что магнитное поле планеты воздействует на заряженные мелкие частицы, находящиеся над кольцом В, "выстраивая их подобно железным опилкам" или заставляя слипаться. Еще одна гипотеза объясняет существование спиц волновыми явлениями вокруг кольца, оказывающими влияние на мелкие частицы, находящиеся на пути волны. Механизм, обуславливающий заряженность кольца, неясен. Предлагались гипотезы о том, что это происходит под влиянием атмосферы Сатурна или высокоэнергетического ультрафиолетового излучения Солнца.
Снимки показали, что каждое из наблюдавшихся ранее шести колец Сатурна (D, С, В, A, F, Е - в порядке увеличивающегося удаления от планеты) состоит из большого числа узких колец. Полагали, что после полной обработки снимков могут насчитать 500 - 1000 узких колец. Несколько узких колец было обнаружено и в делении Кассини, которое ранее считали пространством, относительно свободным от вещества.
Съемка при рассеивании света вперед показала, что частицы в кольцах имеют размеры от нескольких микронов до нескольких метров. На основании характера прохождения радиосигналов АМС "Вояджер-1", через кольцо С сделан вывод, что размер частиц в этом кольце составляет от 10 см до 10 м, причем на каждую частицу размером 10 м приходится примерно 1000 частиц размером 1 м и примерно миллион мелких частиц. Мелкие частицы, по-видимому, состоят изо льда, а более крупные - из снега с включениями льда. Позже сообщалось, что, по данным радиозондирования, средний размер частиц в кольце С 1 м, а некоторые достигают 10 м. При этом отмечалось, что ранее предполагали меньший средний размер частиц. Сообщалось также, что, как показали радиозондирование и измерения в инфракрасном диапазоне, частицы являются кусками льда или силикатами с ледяным покрытием. Все же основная масса колец заключена в частицах метровых размеров.
Время от времени можно наблюдать эффективное зрелище - столкновение двух крупных частиц. Вот две глыбы размером с садовый домик начинают медленно соприкосаться друг с другом, сдвигая с поверхности целые сугробы рыхлого снега. Им не повезло: они не выдержали взаимного давления при ударе и медленно развалились на части. Типичная для колец"катастрофа" при скорости миллиметр в секунду! Два остатка первоначальных тел продолжают движение, а сброшенные с них сугробы снега, комки и снежная пыль неспешно разлетается в разные стороны, сверкая в лучах далекого Солнца. Через несколько дней "пострадавшие" частицы снова вырастут, поймав и поглотив огромное количество более мелких снежкой в кольцах.
Кольцо С - наименее яркое из трех "классических" колец (А, В и С). По-видимому, там вещество более рассредоточено. Самым ярким является кольцо В, где должна быть наибольшая плотность вещества. В кольце В частицы расположены так густо, что, залетев серидину, мы потеряем из виду звезды.
Помимо классических колец на снимках, переданных АМС "Вояджер-1", видно самое близкое к планете кольцо D. Предполагают, что оно образовано веществом, которое проникло через барьер, формирующий внутренний край кольца С.
Кольцо F, судя по снимкам, может иметь несколько эллиптическую форму: некоторые участки этого тонкого кольца расположены ближе к планете, чем другие участки. Это кольцо, по-видимому, образовано двумя, а возможно, и тремя свободно переплетенными "прядями". Ученые затрудняются объяснить это явление. Согласно одной гипотезе, поскольку кольцо F состоит из пылевидных частиц, они могут приобрести электрический заряд от солнечного света или от частиц солнечного происхождения и получить свойства миниатюрных электромагнитов. В этом случае взаимодействие их с магнитным полем Сатурна способно привести к переплетению колец. Вокруг кольца F обнаружены сгустки вещества. Один из них был настолько плотным, что его первоначально приняли за спутник. Последующий анализ показал, что это - область концентрации вещества, имеющая характерный размер 100 - 200 км. Высказывалось предположение, что более широкая часть этого сгустка в какой-то мере контролируется спутниками S-13 и S-14 или что сгусток содержит крупное тело, от которого откалываются куски в результате соударений, и поэтому в данной области наблюдается увеличенная плотность вещества. Сгустки, по-видимому, движутся по орбите вокруг Сатурна. Предполагают, что упомянутые спутники S-13 и S-14, расположенные по обе стороны кольца F, контролируют движение частиц в этом кольце.
Съемка колец при рассеивании света вперед обнаружила еще одно кольцо, которому предварительно присвоено обозначение G. Орбитальный радиус кольца G 150000 км. Полагают, что оно находится близ орбит "коорбитальных" спутников S-10 и S-11. Наблюдавшаяся на одном из этих спутников тень, возможно, отбрасывалась именно этим кольцом. На снимках видно также кольцо Е, простирающееся, возможно, на расстояние до 480000 км от планеты.
Вообще система колец, по-видимому, является относительно стабильным явлением для Сатурна. В отличие от этого, кольцо Юпитера, как полагают, представляет собой динамическую систему, которая постоянно саморегулируется, но имеет ограниченную продолжительность существования. Кольцо Юпитера, видимо, существует благодаря тому, что какие-то тела непрерывно подпитывают кольцо веществом или же в самом кольце есть необнаруженные тела, которые генерируют частицы. Что касается колец Урана, то о них известно относительно мало.
Возвращаясь к колечкам, среди них есть узкие потоки, отклоняющиеся от круговой орбиты. Края некоторых колец зазубриваются, а сами они колышутся под гравитационным напором спутников, изгибаясь и образуя волны. Спиральные волны, эллиптические кольца, странные переплетения узких колечек... все сюрпризы колец трудно перечислить.
Что узнал "Кассини"?
Станция "Кассини" была запущена 15 октября 1997 года. Для того чтобы оказаться на сатурнианской орбите, «Кассини» предстояло выполнить долгожданный и ответственный маневр торможения. Часть этого маневра вы можете наблюдать в этой таблице изображений.
Маневр был давно и тщательно рассчитан, и вся программа действий помещена в память бортового компьютера. И вот долгожданный день 1 июля 2004 года, которого так ждали конструкторы и ученые, настyпил. В 2:11 по Гринвичу «Кассини» прошел так называемый восходящий узел траектории и преодолел плоскость колец Сатyрна, причем проскочив точно между двумя тонкими внешними колечками, обозначаемыми как F и G. |
|||
Неправда ли, впечатляет? (даже такие маленькие изображения). На данный момент космический аппарат Кассини получил уже очень много изобржений и информации о планете, и о кольцах, и о спутниках Сатурна.
Происхождение колец Сатурна Долгое время считалось, что к Сатурну приблизился неосторожный спутник и был разорван его приливными силами "в клочки". Но данные "Вояджеров" опровергли это распространенное мнение. Сейчас установлено, что кольца Сатурна (и других планет тоже) представляют собой остатки огромного околопланетного облака протяженностью во многие миллионы километров.
|
