Содержание
Планета Сатурн известна людям уже тысячи лет. Но возможность наблюдать за его кольцами появилась лишь с изобретением телескопа.
История открытия колец Сатурна
Первым, кто обнаружил их след, был итальянский ученый Галилео Галилей. Наблюдая в телескоп за звёздным небом, он заметил у Сатурна некую странность.
Сначала Галилей решил, что открыл два новых спутника планеты. Но нестандартное поведение этих небесных тел заставило ученого усомниться в результатах своего наблюдения.
В 1614 г. астроном Христоф Шейнер смог разглядеть полумесяцы близ Сатурна, которые окаймляли планету. Шейнер сравнил их с ручками у чайной чашки.
Истинную природу этих объектов смог выяснить Христиан Гюйгенс. По результатам своих наблюдений он сделал вывод, что Сатурн окружен неким кольцом.
Во второй половине XVII в. появились более мощные телескопы. Через телескоп можно с точностью увидеть кольца Сатурна. Наблюдения позволили накопить много новых сведений.
Выяснились некоторые закономерности. Данные образования Сатурна полностью можно видеть дважды в течение 29,5 лет (столько равен сатурнов год). Оно не изменяет своего положения при обращении планеты вокруг Солнца.
В 1675 г. Джан Доменико Кассини сделал новое открытие. Оказалось, что кольцо Сатурна разделено черной полосой на две части. С тех пор черная полоса носит название деление Кассини. Также астроном выдвинул теорию о том, что кольца состоят из множества отдельных частиц. То из них, которое находится ближе к Сатурну ярче второго. В XIX в. Василий Яковлевич Струве обозначил ближнее к планете кольцо буквой А, дальнее буквой B.
В 1837 г. Иоганн Франц Энке обнаружил, что кольцо А разделено едва заметной полосой. Через год астроном Галле смог заметить ещё одно кольцо, встроенное в кольце B. Этот объект стали обозначать буквой С или креповым кольцом, из-за его плохой различимости.
В 1907 г. была выдвинута теория о наличии ещё одного объекта. Подтвердить её смогли лишь в 1958 г. Кольцевому образованию дали обозначение D. Выделить изображения данного объекта удалось лишь в 1979 г. Многолетние наблюдение позволили сделать вывод, что Сатурн имеет не менее 4 колец.
Ученые делали предположения и о физической природе пояса Сатурна. Долгое время считалось, что они сплошные. Эти взгляды опроверг Лаплас. Основываясь на законе всемирного тяготения, он предположил, что спутник Сатурна – это система из нескольких монолитных узких образований. Джеймс Клерк Максвелл предположил, что кольца образуют множество мелких осколков.
Прорыв в этой области произошел после исследований Христиана Доплера. Он открыл эффект, согласно которому волны, исходящие от источника какого-либо излучения, доходят до наблюдателя с иной частотой, чем та, какую они имели, покидая источник. При приближении источника к объекту частота волн увеличивается, при удалении – уменьшается. Этот принцип назвали принципом Доплера. На его основании А. А Белопольский обнаружил, что с одной стороны частицы колец тянутся к Земле, с другой – удаляются. Дж. Э. Килер вычислил скорость частиц.
Так в 1973 г. был запущен автоматический спутник «Пионер-11». В 1979 г. он достиг Сатурна. С помощью Пионера удалось получить 22 снимка и провести несколько других измерений. Так удалось запечатлеть 3 больших кольца и обнаружить новое, более тонкое. Учёные получили новые данные о составе кольцевых образований, их структуре, температуре и плотности.
Следующим исследователем Солнечной системы стал «Вояджер-1», запущенный в 1977 г. В 1980 г. спутник достиг Сатурна. Он получил информацию о цвете опоясывающих планету объектах и распределении частиц в них. Удалось выяснить и новую особенность – наличие спиц над кольцом B.
Миссию спутника продолжил «Вояджер-2». Он сделал ряд снимков, более качественных, чем другие космические аппараты. Оказалось, что кольца имеют более сложную структуру, чем считалось ранее.
В 1997 г. был запущен аппарат «Кассини». Он стал искусственным спутником Сатурна, пока не прекратил своё существование в 2017 г. Вклад «Кассини» трудно переоценить. Учёные расширили представление о природе круговых образований вокруг Сатурна и о Солнечной системе в целом.
Сколько колец у планеты
В настоящий момент количество наиболее крупных колец Сатурна равняется семи. Они имеют собственную орбиту и обращаются вокруг газового гиганта. Каждое из трёх основных кольцевых объектов имеют в своём составе множество более мелких. Их ширина не больше нескольких десятков километров.
Происхождение кольцевого пояса планеты
Прежде чем перейти к вопросу о происхождении данного явления нужно сделать ряд предварительных замечаний. Согласно закону Э. Роша, как только какой-либо спутник, имеющий плотность, равную плотности какой-либо планеты, приблизится к ней на расстояние, равное 2,44 радиуса планеты и меньшее (предел Роша), он распадётся на обломки. Расстояние от Сатурна до внутреннего кольца равняется 1,28 его радиуса, до внешнего – 2,27 радиуса. Таким образом, вся система находится внутри предела Роша.
1) Возникли в результате разлома какого-либо небесного тела (спутника, астероида, кометы). Причиной разрушения могло стать мощное притяжение, которым обладает планета в силу своих размеров. Тело разлетелось на множество осколков, которые и образовали знаменитые кольца. Эта теория основывается на расчётах ученных, согласно которым, любой спутник, приблизившийся на близкое расстояние, был быть разорван под действием силы притяжения Сатурна.
2) Пояс планеты – остатки большого облака рядом с планетой. Из его внешней части появились спутники, внутренние же остались в виде колец. Их текущее состояние обусловлено притяжением планеты, которое мешает образованию крупных небесных тел. Теория обоснована наличием крупных частиц в кольцах. Система Сатурна — едва ли не единственное место, где можно обнаружить остатки допланетной материи.
Существует и третья теория, выдвинутая Робином Канупом. Она основана на химическом составе кольцевых объектов, на 90% состоящих из льда. Дело в том, что если бы они были образованы из какого-либо небесного тела, то они должны иметь в своём составе 50% и более минералов. Согласно этой теории, кольца появились в результате поглощения Сатурном своих спутников.
На заре появления газового гиганта он имел несколько первичных спутников. Из-за большой силы притяжения Сатурн притягивал их к себе. Теряя свои орбиты, они разрушались. Минералы, находящиеся в составе этих спутников поглотил Сатурн, лёд же остался на орбите.
Помимо происхождения пояса Сатурна, вызывает интерес и вопрос о том, почему он всё ещё существуют. Согласно законам физики, кольца должны постепенно терять своё вещество. Силой, которая удерживает их на месте, являются спутники Сатурна. Они не дают распасться двум самым крупным кольцам (А и В), не пропуская их частицы через свою орбиту.
Обозначение пояса Сатурна
Кольца называются буквами латинского алфавита в порядке их обнаружения астрономами (первое по времени – А, второе В и так далее). По удаленности от планеты они расположены следующим образом: самое ближнее D, затем С, B, А, F, G, Е.
Структура и состав
Структура данных небесных тел довольно сложна. Известно 7 крупных кольцевых объектов. Каждое из трёх самых крупных имеют в своём составе большое количества более маленьких. Эти колечки также состоят из частиц.
Система колец находится в состоянии резонанса, вызванного Сатурном и его спутниками.
Маленькие кольца не равномерны, они имеют разную ширину на отдельных участках. Ширина одной стороны может быть равна 80 км, другой – 25 км.
Два из семи колец являются эксцентричными – планета находится несколько в стороне от их центра.
Особенности отдельных колец
Кольцо F на отдельных участках имеет свитую структуру – оно состоит из трёх жгутов, два из которых завиваются вокруг третьего. Есть два объяснения этому феномену – F состоит из наэлектризованных частиц. Они подвергаются воздействию магнитного поля Сатурна, что и обуславливает такую структуру. На частицы влияют два спутника – Пандора и Прометей орбиты которых находятся на разных концах F.
Интерес вызывают и спицеподобные радиальные образования в B, именуемые спицами. Их образуют частицы, рассеивающие солнечный свет. Маленький размер (около 1 микрометра) позволяет частицам подниматься над поясом планеты. Длина спиц достигает 1000 км, ширина 1000 км. Они возникают на короткий промежуток времени, после чего исчезают. Скорость вращения спиц может превышать скорость колец и совпадать со скоростью вращения планеты.
D — самое близкое к планете. Оно находится на расстоянии 7000 км от облачного покрова. Наблюдатель с Сатурна смог бы рассмотреть много частиц, летающих над облаками. Их примерный состав известен: камень, покрытый льдом, гидрат аммиака и метана. Плотность такого льда примерно равна 0, 6 г/см3.
Полёт аппарата Кассини позволил получить новые данные о составе частиц. Оказалось, что помимо указанных компонентов, частицы содержат бензол, углекислый газ и органику. По своему составу они схожи с кометами. Также частицы поглощаются атмосферой планеты, изменяя её состав. Скорость этого поглощения довольно большая (от 10 до 45 тонн в секунду). Это может привести к исчезновению D через несколько десятков тысяч лет.
Частицы, которые входят в состав C — более крупные. Их диаметр достигает 1 м. 99% солнечного света, падающего на кольца, отражают A и B. Размер частиц, из которых состоят различные кольца, не одинаков. Он разнится от 1 мкм до 1 км. Толщина А, B, C близка к 1,3 км.
Е – самое удалённое кольцо от планеты. Оно находится в зоне, составляющей от 3 до 8 радиусов Сатурна. В центре этой зоны располагается орбита спутника Энцелада. Не исключено, что вулканическая активность этого спутника стала причиной появления частиц Е. Его структура однородна.
Структура колец
| Название | Расстояние до центра Сатурна, км | Ширина, км |
| D | 67 000—74 500 | 7500 |
| C | 74 500—92 000 | 17500 |
| Щель Коломбо | 77 800 | 100 |
| Щель Максвелла | 87 500 | 270 |
| Щель Бонда | 88 690—88 720 | 30 |
| Щель Дейвса | 90 200—90 220 | 20 |
| B | 92 000—117 500 | 25 500 |
| Деление Кассини | 117 500—122 200 | 4700 |
| Щель Гюйгенса | 117 680 | 285—440 |
| Щель Гершеля | 118 183—118 285 | 102 |
| Щель Рассела | 118 597—118 630 | 33 |
| Щель Джефриса | 118 931—118 969 | 38 |
| Щель Койпера | 119 403—119 406 | 3 |
| Щель Лапласа | 119 848—120 086 | 238 |
| Щель Бесселя | 120 236—120 246 | 10 |
| Щель Барнарда | 120 305—120 318 | 13 |
| A | 122 200—136 800 | 14600 |
| Щель Энке | 133 570 | 325 |
| Щель Килера | 136 530 | 35 |
| Деление Роша | 136 800—139 380 | 2580 |
| R/2004 S1 | 137 630 | 300 |
| R/2004 S2 | 138 900 | 300 |
| F | 140 210 | 30—500 |
| G | 165 800—173 800 | 8000 |
| E | 180 000—480 000 | 300 000 |
| Кольцо Феба | ~4 000 000 – >13 000 000 | — |
Размер и цвет
Толщина колец Сатурна не превышает 10-15 км. Они довольно широкие – до 60 000 тыс. км. Угол между плоскостью пояса Сатурна и направлением на Землю колеблется от 0 до 28 градусов. Из трёх самых больших колец (A, B и C) B – наиболее яркое. Самое тусклое – С. Расстояние между A и B равняется 5000 км. Его называют делением Кассини. Существуют и более мелкие деления. Их наличие обусловлено колебаниями орбит частиц спутников. Внутри делений существует множество маленьких колечек. Основной компонент частиц – водяной лёд.
Скорость движения частиц
Скорость частиц колец различна. Она зависит от гравитационного воздействия спутников планеты. Общая скорость движения небесных объектов вокруг планеты достигает 72 км/ч.
Загрузка...
