Кольца Сатурна

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Кольца Сатурна, главные обозначены
Волны в кольцах Сатурна. Цвета неестественные
Кольца Сатурна с расстояния 1,8 млн км под углом 30 градусов. Фото межпланетной станции «Кассини», 2006 год

Кольца Сатурна — система плоских концентрических образований изо льда и пыли, располагающаяся в экваториальной плоскости Сатурна.

История[править | править вики-текст]

Галилео Галилей был первым, кто увидел кольца Сатурна, он наблюдал их в свой телескоп с 20-кратным увеличением в 1610 году, но не идентифицировал их как кольца. Он считал, что видит Сатурн «тройным», с двумя придатками неизвестной природы по бокам и зашифровал это в виде анаграммы smaismrmilmepoetaleumibunenugttauiras. Расшифровывалась она как лат. Altissimum planetam tergeminum obseruaui «Высочайшую планету тройною наблюдал»[1], расшифровка опубликована в письме Галилея Джулиано де Медичи 13 ноября 1610 года[2]. В 1612 году кольца были видны с ребра, поэтому они стали незаметны при наблюдении в телескоп, что озадачило Галилея. Позднее они появились вновь[3].

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. Результаты наблюдения он опубликовал 5 марта 1656 года в виде анаграммы aaaaaaacccccdeeeeeghiiiiiiillllmmnnnnnnnnnooooppqrrstttttuuuuu[1] в своём сочинении «De Saturni Luna observatio nova»[4]. Расшифровку анаграммы Гюйгенс даёт в 1659 году в своём сочинении «Systema Saturnium»: лат. Annulo cingitur, tenui, plano, nusquam cohaerente, ad eclipticam inclinato[5] (Кольцом окружён тонким, плоским, нигде не прикасающимся, к эклиптике наклонённым[1]).

В 1675 году Джованни Доменико Кассини определил, что кольцо Сатурна состоит из двух частей, разделённых тёмным промежутком, который позднее был назван делением Кассини. В XIX веке В. Я. Струве предложил назвать внешнюю часть кольцом A, а внутреннюю — кольцом B[6].

В 1837 году Иоганн Франц Энке заметил промежуток в кольце A, который назвали делением Энке[6]. Через год Иоганн Готтфрид Галле обнаружил кольцо внутри кольца B,[7][8] 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,[9] его стали называть кольцом C, или креповым кольцом[10].

В своё время Лаплас предположил, что кольца Сатурна состоят из большого числа меньших цельных колечек[10]. В 1859 году Джеймс Клерк Максвелл показал, что Лаплас был не совсем прав, 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[10]. В своей единственной астрономической работе, опубликованной в 1885 году, Софья Ковалевская показала, что кольца не могут быть ни жидкими, ни газообразными[11]. Предположение Максвелла было доказано в 1895 году благодаря эффекту Доплера спектроскопическими наблюдениями колец, выполненными Аристархом Белопольским в Пулкове и Джеймсом Эдуардом Килером в обсерватории Аллегени[12].

С начала космической эры 4 октября 1957 года по 2016 год в районе колец Сатурна пролетало четыре АМС. 1 сентября 1979 года АМС «Пионер-11» приблизилась к облачному покрову Сатурна на расстояние 20900 км. По данным, переданным АМС «Пионер-11» были открыты кольцо F[13] и кольцо G[14]. Была измерена температура колец: -203°C на Солнце и -210°C в тени Сатурна[15]. 12 ноября 1980 года АМС «Вояджер-1» приблизилась к облачному покрову Сатурна на расстояние 64200 км[16]. По снимкам АМС «Вояджер-1» было установлено, что кольца Сатурна состоят из узеньких колечек, число которых измеряется сотнями[14]. С внешней и внутренней стороны кольца F открыты два спутника-«пастуха» (позднее им присвоили имена Прометей и Пандора), пасущие частицы кольца[17]. 26 августа 1981 года АМС «Вояджер-2» приблизился к Сатурну на расстояние 161000 км от его центра[18]. С помощью фотополяриметра, который не сработал на АМС «Вояджер-1», АМС «Вояджер-2» была способна наблюдать кольца с намного большим разрешением и открыть много новых колечек[19]. Наконец, 1 июля 2004 года АМС «Кассини» приблизился к облачному покрову Сатурна на расстояние в 18000 км и стал искусственным спутником Сатурна[20]. На 2016 год снимки АМС «Кассини» являются самыми детальными, по ним открыты новые колечки[21].

Природа колец[править | править вики-текст]

Плоскость обращения системы колец совпадает с плоскостью экватора Сатурна. Размер частиц материала в кольцах — от микрометров до сантиметров и (реже) десятков метров. Состав главных колец: водяной лёд (около 99 %) с примесями силикатной пыли. Толщина колец чрезвычайно мала по сравнению с их шириной (от 7 до 80 тысяч километров над экватором Сатурна) и составляет от одного километра до десяти метров. Общая масса обломочного материала в системе колец оценивается в 3×1019 килограммов[22].

Происхождение колец[править | править вики-текст]

Существует несколько гипотез:

  • все планеты образуются из пыли и мелких осколков, но, возможно, гравитационной силы Сатурна недостаточно для того, чтобы вещество из своих колец использовать для строительства своей планеты, но вполне достаточно, чтобы не отпускать их от себя.
  • по другой гипотезе, Сатурн столкнулся с другим довольно большим телом, в результате чего оно было уничтожено и развалилось на мелкие кусочки, а потом со временем равномерно распространилось по орбите.
  • Согласно новой модели, виной всему 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.[23]

Состав[править | править вики-текст]

Основные элементы структуры колец Сатурна[24]
Название Расстояние до центра Сатурна, км Ширина, км
Кольцо D 67 000—74 500 7500
Кольцо 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
Кольцо 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
Кольцо 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[25]
R/2004 S2 138 900 300[25]
Кольцо F 140 210 30—500
Кольцо G 165 800—173 800 8000
Кольцо E 180 000—480 000 300 000
Кольцо Феба[26] ~4,000,000 – >13,000,000 ?
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.
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.

Интересные факты[править | править вики-текст]

30 июня 2004 г. исследовательский аппарат Кассини успешно пролетел через кольца Сатурна между двумя внешними кольцами F и G. Для защиты от микрометеоритов использовалась радиоантенна диаметром 4 метра. При пролёте аппарат получил более 100 тысяч ударов микрометеоритами, но серьёзно не пострадал.

В кольцах Сатурна наблюдаются необычные образования — «спицы», представляющие собой светлые и тёмные полосы, идущие поперёк колец. Впервые спицы были обнаружены аппаратами серии «Вояджер». Поскольку кольцо Сатурна не является единым телом и внутренние слои вращаются вокруг планеты быстрее внешних, то спицы должны быстро разрушаться, однако этого не происходит. Хотя спицы не являются долговечными образованиями, они могут существовать существенно дольше, чем можно было бы предположить, исходя из законов небесной механики[27]. Высказаны гипотезы о влиянии электростатических либо гравитационных сил на формирование спиц.

Страница из книги Х.Гюйгенса 1659 года, на верхнем рисунке показаны изменения вида Сатурна и его колец с Земли на протяжении года на Сатурне.

В 2009 году было открыто ещё одно кольцо — кольцо Феба[26] диаметром более 13 миллионов километров.

Также ученые предполагают наличие системы колец у спутника Сатурна Реи — кольца Реи.

Вид Сатурна в телескоп с Земли в 2015 году, обсерватория Ла-Каньяда, Авила, Испания (код J87)

Наблюдения колец с Земли[править | править вики-текст]

Поскольку плоскость колец совпадает с плоскостью экватора Сатурна, а он, в свою очередь, сильно наклонён к плоскости орбиты Сатурна — почти на 27 градусов, вид колец с Земли сильно зависит от расположения Сатурна на орбите вокруг Солнца[28] и в значительно меньшей степени — от положения Земли на своей орбите (из-за того, что орбита Сатурна наклонена к плоскости эклиптики на 2,5 градуса). Год на Сатурне длится 29,5 земных лет, на протяжении этого периода:

  • примерно в равноденствие на Сатурне его кольца при наблюдении с Земли исчезают совсем — они становятся видны «с ребра», затем примерно 7 лет раскрытие колец увеличивается, и становится всё больше видна их плоскость с одной стороны;
  • вблизи солнцестояния на Сатурне раскрытие его колец достигает максимума, и следующие 7 лет раскрытие колец Сатурна уменьшается;
  • вблизи следующего равноденствия на Сатурне его кольца исчезают, после чего раскрытие колец примерно 7 лет увеличивается, становится всё больше видна вторая сторона плоскости колец;
  • вблизи следующего солнцестояния на Сатурне раскрытие колец достигает максимума, потом примерно 7 лет уменьшается, и кольца исчезают.

В каждый следующий год на Сатурне для земных наблюдателей с его кольцами происходит то же самое. На 2012 год последние максимальные раскрытия были в 1988 и 2002 гг., исчезновения — в 1995[28] и 2009 гг. До 2016 года раскрытие колец будет увеличиваться, будет виден северный полюс Сатурна и обращённая к нему сторона его колец[29].

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 Перельман Я. И. Астрономические анаграммы // Занимательная астрономия. — 7-е изд. — М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1954. — С. 120—122.
  2. 427. Galileo a Giuliano De' Medici in Praga. Firenze, 13 Novembre 1610 // Le Opere di Galileo Galilei. — Firenze, 1900. — Vol. X. Carteggio. 1574-1610. — P. 474.
  3. Силкин, 1982, с. 123.
  4. Huygens, Christiaan. Christiani Hugenii Zulichemii Opera mechanica, geometrica astronomica et miscellanea : quatuor voluminibus contexta. — 1751. — Т. 3. — С. 526.
  5. Huygens, Christiaan. Christiani Hugenii Zulichemii Opera mechanica, geometrica astronomica et miscellanea : quatuor voluminibus contexta. — 1751. — Т. 3. — С. 566.
  6. 1 2 Силкин, 1982, с. 128.
  7. Encke Über den Ring des Saturn // Mathematische Abhandlungen der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Aus dem Jahre 1838. — 1840. — С. 8-9.
  8. Dawes, W. R. Remarks on the observations of the obscure portion of Saturn's ring, made by Dr. Galle at Berlin in 1838 // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — Т. 11. — С. 184-186. — Bibcode1851MNRAS..11..184D.
  9. Michele Dougherty, Larry Esposito, Stamatios Krimigis. Saturn from Cassini-Huygens. — Springer Science & Business Media, 2009. — С. 376.
  10. 1 2 3 Силкин, 1982, с. 132.
  11. Kowalewsky, Sophie Zusätze und Bemerkungen zu Laplace's Untersuchung über die Gestalt der Saturnsringe // Astronomische Nachrichten. — 1885. — Т. 111. — С. 37-48. — Bibcode1885AN....111...37K.
  12. Силкин, 1982, с. 134.
  13. Силкин, 1982, с. 138—139.
  14. 1 2 Силкин, 1982, с. 145.
  15. Силкин, 1982, с. 142.
  16. Voyager 1. JPL/NASA web site. Проверено 15 марта 2016.
  17. Силкин, 1982, с. 146.
  18. PDS: Mission Information. JPL/NASA web site. Проверено 15 марта 2016.
  19. Voyager 2: In Depth. NASA web site. Проверено 15 марта 2016.
  20. Michael Meltzer. The Cassini-Huygens Visit to Saturn: An Historic Mission to the Ringed Planet. — Springer, 2015. — P. 205.
  21. Cassini Solstice Mission: About Saturn & Its Moons. JPL/NASA web site. Проверено 15 марта 2016.
  22. Jerome Brainerd, «Saturn’s Rings», The Astrophysics Spectator, Issue 1.8, 24 November 2004, retrieved 08 июня 2014.
  23. теория формирования колец Сатурна. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011.
  24. Saturnian Rings Fact Sheet (NASA).. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011.
  25. 1 2 C. C. Porco и др. Cassini Imaging Science: Initial Results on Saturn's Rings and Small Satellites.. Архивировано из первоисточника 21 августа 2011.
  26. 1 2 Кольца Сатурна оказались еще крупнее
  27. Saturn’s spokes: lost and found
  28. 1 2 Цесевич В.П. § 46. Сатурн и его система // Что и как наблюдать на небе. — 6-е изд. — М.: Наука, 1984. — С. 158—162. — 304 с.
  29. Фридман А.. 6 лет из жизни Сатурна // Астронет.

Литература[править | править вики-текст]

  • Силкин Б.И. В мире множества лун. — М.: Наука, 1982. — 208 с. — 150 000 экз.

Ссылки[править | править вики-текст]