Кільця Сатурна в умовних кольорах.
Компоненти кілець Сатурна:
Радіальні освіти на кільцях Сатурна.
За однією з гіпотез, поява "спиць" є результатом взаємодії злегка заряджених мікроскопічних часток з магнітним полем Сатурна.
Розподіл температури в головних кільцях Сатурна.
Карта розподілу температури в головних кільцях (A, B, C) Сатурна, складена за результатами інфрачервоного сканування апаратом Кассіні.
Як наразі встановлено, всі чотири газоподібні планети-гіганти Сонячної системи (Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун) мають кільця, але саме Сатурн оточують найпомітніші і красиві кільця.
Розповідь про кільцях Сатурна неможливо почати без екскурсу в історію питання. Спостерігаючи в телескоп Сатурн, Галілей помітив два невеликих тіла, симетрично розташованих по обидві сторони планети. Спочатку він прийняв їх за два великих супутника, але повністю не був в цьому впевнений, а тому публічно не оголосив про своє відкриття. Така обережність великого вченого була тим більш виправданою, що спроби розглядати ці тіла близько диска Сатурна, зроблені ним через деякий час після першого спостереження, виявилися безрезультатними: ніяких тел близько дискапланети Галілей вже не бачив. Для себе ж в журналі спостережень він зробив зашифровану у вигляді криптограми наступний запис: «Найвищу планету потрійним спостерігав».
Найвищою, тобто найбільш віддаленої від Сонця планетою за часів Галілея вважався Сатурн, тому що більш далекі планети були ще невідомі. Отже, через кілька днів спостережень об'єкти по обидва боки диска Сатурна перестали бути видимими. Причина такої події пояснюється просто. Кільця Сатурна розташовані паралельно його екватора, а вісь обертання Сатурна нахилена до площини орбіти майже на 27 градусів. Крім того, орбіта Сатурна нахилена до екліптики на 2,5 °. Значить, в процесі руху по своїй орбіті Сатурн показує земного спостерігача свої кільця під різним кутом. Поміщений тут малюнок добре ілюструє сказане.
Ясно, що всю красу і витонченість кілець Сатурна ми можемо спостерігати тоді, коли ми бачимо їх під максимальним кутом. Коли ж ми спостерігаємо кільця під нульовим кутом зору, тобто фактично з ребра, то в цьому випадку ми не побачимо взагалі ніяких кілець. Товщина всього комплекту кілець становить не більше півтора кілометрів, і при спостереженні кілець під нульовим кутом зору кільця Сатурна виглядають тонкої блискучою лінією, яка подібна до голці, що пронизує диск планети. Але щоб помітити цю «голку», потрібно телескоп з найпотужнішою оптикою.
До речі, Галілей розглядав Сатурн в момент, найбільш зручний для спостереження кілець. Але не побачив він їх з простої причини: його телескоп був надто слабкий для спостереження за кільцями Сатурна, збільшення в 30 з невеликим раз було для цього абсолютно недостатньо.
Секрет кілець Сатурна був розгаданий у 1659 році чудовим голландським ученим Християном Гюйгенсом (1629 - 1695), який використовував для спостережень більш досконалий 92-кратний телескоп. Гюйгенс визначив, що кільце Сатурна зовсім не схоже на монолітне, типу обручального, і припустив, що воно складається з багатьох дрібних кам'яних елементів і пилу. У книзі «Система Сатурна» він так сформулював результат спостережень за Сатурном: «Кільцем оточений тонким, плоским, ніде не торкається, до екліптики нахиленим». Тут же Гюйгенс пояснив, чому кільце Сатурна в різний час займає різне положення, по-різному виглядає або взагалі стає невидимим.
Коль скоро ми згадали ім'я Християна Гюйгенса, то вважаємо просто своїм обов'язком нагадати нашим читачам, що це був великий учений-механік, математик і астроном одночасно. У 1655 р він побудував телескоп і відкрив супутник Сатурна - Титан, в 1657 році він отримує патент на винахід годин з маятником, а 1659 р пояснює феномен кільця Сатурна. В астрономії Гюйгенс був безпосереднім продовжувачем робіт Галілея. Як писав Лагранж, Гюйгенсу «судилося вдосконалити і розвинути найважливіші відкриття Галілея».
Зверніть увагу на те, в якому віці здійснював Гюйгенс відкриття. Це ми до того, що в житті багато чого можна встигнути зробити, якщо все робити вчасно.
Як і припускав Гюйгенс, кільце Сатурна дійсно складається з мільйонів і мільйонів дрібних каменів, покритих льодом і пилом. Тільки Гюйгенс не міг знати, що це не одне кільце, а цілий комплект, що складається не з двох-трьох кілець, а з багатьох сотень кілець. Метеоритна природа цих кілець у вчених сумніву не викликає.
Положення внутрішніх кілець A, B, C.
Структура кілець, зафіксована астрономами, являє собою складну систему. Спочатку кільце вважали одним, але потім побачили, що кільце розділене темним проміжком на внутрішню і зовнішню частини. Ці частини назвали кільцями «А» і «В», а проміжок між ними назвали «роздільником Кассіні» або «щілиною Кассіні» на ім'я вченого, першим його відкрив. Потім в сильніший телескоп побачили вузьку смугу меншою яскравості, яку назвали «Мінім Енке» або «щілиною Енке», а слідом за нею відкрили ледве помітне, майже примарне через слабкої освітленості саме внутрішнє, так зване «креповое кільце» «С» . Проміжок між кільцями «С» і «В» (шириною до 3600 км) називається «французьким роздільником». Наземними засобами спостереження були виявлені кільця «А», «В», «С», «D» і вузьке саме зовнішнє кільце «F», що складається з тонких кілець. Внутрішня частина кільця «D» закінчується в верхніх шарах атмосфери Сатурна. Але після того, як повз Сатурна пролетіли АМС «Піонер-11», «Вояджер-1» і «Вояджер-2», які передали на Землю знімки планети, стало ясно, що кожне кільце є системою, що складається з сотень тонких кілець.
Діаграма, що показує відносне положення кілець Сатурна і його основних супутників.
Астрономічні вимірювання показують, що зовнішнє кільце «A» має ширину 16000 км, центральне, найширше і яскраве кільце «B» - 26000 км, а кільце «C» - 18000 км. Ширина всієї системи кілець оцінюється величиною близько 60000 км, при цьому ширина «щілини Кассіні» дорівнює 5000 км.
Фото кілець Сатурна з орбітального телескопа ім. Хаббла.
Знімки, зроблені з близької відстані зондами «Вояджер-1 і 2», показують, що на кільцях Сатурна є переміщаються по ним радіальні темні смуги або лінії, що віддалено нагадують спиці або годинникові стрілки. Ці радіальні освіти спостерігалися ще до польоту «Вояджер». Асоціацію з «космічними годинами» доповнює ще один, майже фантастичний, факт: таємничий джерело радіохвиль на Сатурні посилає в космос через кожні 10 години 39 хвилин 24 секунди потужний короткий радіосигнал. Це зафіксував «Вояджер-2».
У людей з багатою фантазією може створитися враження, ніби якась радіостанція пропонує розумним мешканцям космосу перевірити годинник. І ще одна загадка виникає в зв'язку з цим. Чому стародавні елліни назвали планету Сатурн по імені бога Часу і Долі Хроноса-Сатурна? Невже вони знали, що на Сатурні можна побачити якусь подобу хронометра Сонячної системи?
Однак не будемо заглиблюватися в міфологію, як-не-як ми люди XXI століття. Адже самі астрономи зізнаються, що вони іноді через аберації і інших оптичних явищ, пов'язаних з впливом земної атмосфери, спостерігають те, чого насправді немає.
Кільця E і G зазвичай не зображують на знімках. Тут вони показані зі збереженням
відносних відстаней. Обробка фото АМС Кассіні з відстані 3 млн. Км.
Процес утворення кілець Сатурна до кінця неясний. Вважається, що кам'яні фрагменти, з яких складаються кільця, були колись матеріалом супутника (або декількох супутників), що зруйнувалися і у вигляді осколків прилетіли до планети. Чому гіпотетичні супутники зруйнувалися і перетворилися в метеорити? Це науці поки не відомо. Згідно з іншою гіпотезою, освіта кілець Сатурна відбулося одночасно з утворенням самої планети.
Розміри метеоритів і шматочків льоду, з яких складаються кільця, незначні - від декількох сантиметрів до одного метра і дуже рідко - до декількох метрів. І тільки тіла, складові центральне кільце «B» можуть досягати декількох сот метрів і навіть декількох кілометрів. Тому гравітаційний вплив на них з боку Сатурна мінімально. Розрахунки вчених показують, що існування навколо Сатурна суцільного твердого кільця неможливо, тому що воно було б неминуче зруйновано силою тяжіння самої планети і її великих супутників.
Альбедо (тобто відображає здатність) кілець Сатурна дуже висока. На цій підставі вважається, що частки, що становлять кільця, складаються з льоду і з каменів - уламків метеоритів, покритих шаром льоду або інею. Весь комплект кілець Сатурна відображає більше світла, ніж диск самої планети.
Вид кілець з ребра. Фото АМС Кассіні. Зліва видно один із супутників Сатурна.
Кільця Сатурна дуже тонкі, їх товщина, як зазначалося вище, не досягає і півтора кілометрів. І це при зовнішньому діаметрі в майже 250000 км! крізь деякі кільця видно зірки і супутники Сатурна. Кількості речовини, що становить кільця, в порівнянні з планетою, дуже небагато. Любителі статистики проводять такий розрахунок: якщо вся речовина кілець зібрати в один монолітний шар, то діаметр такого кулі не перевищив би 100 км.
На знімках, переданих АМС «Кассіні» система вузьких кілець Сатурна виглядає як система борозенок на грамплатівці.
Рядового спостерігача, пригорнувся до окуляра телескопа, вражає насамперед зовнішній вигляд кілець Сатурна, їх яскравість, краса і пишність. У більш вдумливих спостерігачів, крім захоплення видовищем, напевно виникають питання: чому, як і за рахунок яких сил кам'яні уламки астероїдів, шматочки льоду і космічний пил перетворилися в струнку, геометрично правильну систему з кількох широких і тисяч вузьких кілець? За рахунок чого ця система зберігається мільйони, а може бути, мільярди років в такому дивовижному стані? На ці питання у астрономічної науки є цілком задовільну відповідь.
Виявляється, вся справа в так званому гравітаційному резонансі. Це означає, зокрема, що рух невеликих супутників Сатурна погоджено з рухом його великих супутників. Ряд супутників має взаємно кратні орбіти, наприклад, період обертання навколо планети одних супутників становить рівно половину періоду звернення інших. Деякі супутники, їх іноді називають «пастушими», рухаючись по межах кілець Сатурна, забезпечують утримання кілець на їх місцях, при цьому рух «пастуших» супутників погоджено з рухом великих супутників. Наявність, наприклад, супутника Мимаса діаметром більше 390 км забезпечує відсутність речовини в «щілини Кассіні», а супутник Пан «контролює» розділову смугу Енке.
Іншими словами, сумарна гравітаційне поле ряду супутників призводить до узгодження між їх рухом і наявністю (або відсутністю) речовини в кільцях Сатурна. Це означає, що будова кілець має чисто резонансне походження. Такий природний феномен кілець Сатурна, і ми повинні приймати це як даність.
При цьому наука не вважає систему кілець Сатурна абсолютно стабільною, тому що речовина, з якого вони складаються, все-таки поступово заміщається речовиною руйнуються астероїдів або інших небесних тіл, що потрапляють в гравітаційне поле Сатурна.
>>> Читайте далі: Супутники Сатурна. Титан.