Кольца шестой планеты
Путеводитель по окрестностям Сатурна, куда направилась космическая станция «Кассини»
На прошлой неделе космический аппарат «Кассини» приступил к выполнению финальной части своей научной программы: «ныркам» между кольцами Сатурна. Первые 20 погружений в плоскость колец будут происходить вдали от газового гиганта, за F-кольцом, затем, после гравитационного маневра, аппарат перейдет к орбитам, вплотную приближающимся к планете. К середине сентября 2017 года «Кассини» войдет в плотные слои атмосферы и закончит свою многолетнюю миссию. По случаю старта этой опасной, но очень интересной программы исследований мы подготовили путеводитель по кольцам Сатурна, который поможет вам разобраться в том, что же будет изучать аппарат.
Всем известно, что Сатурн, шестая планета от Солнца и вторая по размерам после Юпитера, обладает самой роскошной (читайте: развитой и массивной) системой колец во всей Солнечной системе.
Для начала немного о том, как называют кольца Сатурна. Основные системы были названы латинскими буквами в порядке их открытия. Именно поэтому, считая от верхних слоев атмосферы, кольца располагаются так: D, C, B, A, F, G, E. Кроме того, есть кольца, названные в честь спутников планеты: Януса-Эпитметея и Фебы.
Существуют разные теории о происхождении и возрасте колец. Одни из них предполагают, что возраст колец составляет всего 100 миллионов лет — около двух процентов возраста Солнечной системы. В других вариантах кольца могут быть ровесниками самого Сатурна. Одна из распространенных теорий говорит о том, что кольца когда-то были сравнительно крупным спутником, орбита которого приблизилась слишком близко к планете. Это привело к его разрушению гравитацией Сатурна. Общая масса материала в кольцах планеты оценивается в 3×10
D-кольцо
Начнем с ближайшего к Сатурну кольца — D. Несмотря на то, что оно довольно тусклое и не относится к основной системе колец, его близость к гиганту создает на нем необычные узоры. Внутренняя кромка кольца отстоит от облаков планеты примерно на семь тысяч километров: в масштабах Земли оно бы располагалось всего в два раза выше, чем МКС, — в 800 километрах над поверхностью. Ширина кольца — 7,5 тысячи километров. При подлете к нему в 1980 году «Вояджер-1» заметил в нем несколько отдельных колец, которые при более близком рассмотрении оказались волнами. Стоит заметить, что толщина колец невелика, особенно по сравнению с шириной — во многих случаях она не превосходит нескольких метров. Высота волн составляла от двух до двадцати метров. Физики утверждают, что источник волн — гравитационное возмущение, например, от пролетевшей кометы — подобное наблюдалось позднее в кольцах Юпитера после падения кометы Шумейкера-Леви 9.
C-кольцо
Сразу после D-кольца располагается яркое кольцо C, шириной 17,5 тысяч километров.
Оно было открыто еще в 1850 году американскими астрономами Уильямом и Джорджем Бондами. Как и на D, на нем также наблюдались волны от гравитационных воздействий. В C-кольце сосредоточена 1/3000 всей массы осколочного материала колец Сатурна. Среди внутренних структур можно выделить Щель Коломбо, внутри которой есть небольшое кольцо, находящееся в орбитальном резонансе с Титаном (крупнейший спутник Сатурна). Ширина щели — около 150 километров. Помимо нее в кольце есть еще три меньших «разрыва» — Максвелла, Бонда и Дейвиса
B-кольцо
Следующим идет самое яркое и самое массивное из всех колец Сатурна — B. По суммарной массе оно сопоставимо с Мимасом (седьмой по величине спутник планеты), а толщина объекта насчитывает от пяти до пятнадцати метров. Ширина B-кольца достигает 25,5 тысячи километров, около трети диаметра Сатурна. Внутри него, кстати, располагается самый близкий к гиганту спутник, так до сих пор и не получивший тривиального названия, — S/2009 S 1.
Самой примечательной особенностью B-кольца являются вертикальные образования на его внешней кромке. Они имеют в высоту свыше 2,5 километра — «Кассини» заметил их по длинным теням, которые те отбрасывали во время сатурнианского равноденствия.
Щель Кассини
Между кольцами B и A располагается одна из самых выразительных структур системы — Щель (или Деление) Кассини. Она доступна для наблюдения с Земли в любительские телескопы классом выше среднего. Ее ширина составляет 4,5 тысячи километра — сопоставимо с шириной D-кольца. Открыт объект был еще в XVII веке французским астрономом итальянского происхождения Джованни Доминико Кассини. Наблюдения с помощью «Вояджера-1» показали, что внутри щели есть материал, напоминающий собой материал кольца C, а также «настоящие» Щели (например, 300-километровая Щель Гюйгенса).
A-кольцо
На расстоянии свыше 60 тысяч километров от поверхности Сатурна находится кольцо A — внешнее из основной системы колец.
Оно тусклее кольца B, и в 7 раз легче его. Ширина объекта составляет 14,6 тысячи километра, толщина — 10–30 метров. Считается, что это одно из самых молодых колец Сатурна — на это указывает неравномерное распределение температуры в нем.
Внутри кольца A располагается несколько сравнительно крупных спутников: 20-километровый Пан, 7-километровая Дафнис и 32-километровый Атлас. Их гравитационное влияние формирует края объекта. Как и внутри других колец, в нем есть крупные щели, например — 325-километровая щель Энке.
F-кольцо
На расстоянии в 2,6 тысячи километра от внешнего края A-кольца и 140 тысяч километров от центра Сатурна находится самое изменчивое кольцо Сатурна — F. При ширине всего в 30–500 километров оно привлекает к себе внимание астрономов как необычная динамическая система. F-кольцо гравитационно удерживается лунами-«пастухами»: Прометеем и Пандорой. По одной из теорий, оно возникло при частичном разрушении двух столкнувшихся друг с другом спутников, которые и стали затем «пастухами».
Кольцо Януса-Эпиметея
За кольцом F следует очень тусклый объект — кольцо Януса-Эпиметея. Оно примечательно во многом тем, что было открыто благодаря «Кассини». Именно сквозь кольцо Януса-Эпиметея аппарат недавно пролетел, исследуя состав и размер частиц в нем. Кстати, следующее «погружение» запланировано на 11 декабря 2016 года.
G-Кольцо
Между кольцами F и E находится тусклое G-кольцо (166-175 тысяч километров от центра Сатурна). Его ширина составляет около девяти тысяч километров. Вблизи его внешнего края располагается полукилометровый спутник Эгеон, собравший вокруг себя небольшую плотную арку из материала кольца, простирающуюся на одну шестую окружности.
E-кольцо
Предпоследнее из колец Сатурна — E-кольцо. Оно находится между орбитами Мимаса и Титана (180–480 тысяч километров от центра газового гиганта).
Кольцо Фебы
Самое большое из колец Сатурна было открыто лишь в 2009 году с помощью инфракрасного космического телескопа «Спитцер». Из-за своей разреженности кольцо Фебы почти невозможно увидеть в оптическом диапазоне. По недавним оценкам оно простирается на 10 миллионов километров, на расстоянии от 6 до 16,3 миллиона километров от газового гиганта. Анализ данных с телескопа WISE показал, что кольцо состоит в основном из небольших частиц диаметром до 10 сантиметров. Размеры частиц в основных кольцах планеты колеблются от одного сантиметра до десяти метров.
Кроме своего гигантского размера кольцо примечательно тем, что оно наклонено на 27 градусов по отношению к другим кольцам. Это связано с источником его материала — пыли, сдуваемой с Фебы, 240-километрового спутника Сатурна.
Интересно, что ранее астрономы предполагали, что кольца есть не только у Сатурна, но и у одного из его спутников — Реи.
Эта догадка, к сожалению, не нашла подтверждения.
В течение следующих девяти месяцев команда «Кассини» надеется узнать о кольцах, их структуре и возрасте еще больше, чем известно сейчас. А мы будем следить за научными данными миссии и готовить новую версию нашего путеводителя — расширенную и дополненную.
Владимир Королёв
ЗАГАДКА КОЛЕЦ САТУРНА | Наука и жизнь
Одним из самых удивительных феноменов Солнечной системы, несомненно, следует считать кольца Сатурна. Сразу после того как они были открыты, у астрономов возник первый вопрос: почему они плоские и тонкие? Ответ на него искали почти двести пятьдесят лет и, наконец, нашли, однако к тому времени накопились десятки новых вопросов, которые лишь продолжали множиться по мере изучения планеты и околосолнечного пространства…
Примерные диаметры колец Сатурна.
Сатурн вместе с двумя из 22-х своих спутников.
Рис. 1. Динамика формирования планетных колец в гравитационном и магнитном полях планеты.
Рис. 2. Зависимость температуры протопланетного диска Т,К от расстояния от Солнца R.
Рис. 3. Строение магнитного поля вблизи кольца F. Вещество кольца локализовано в границах от 0 до 60 км. Магнитное поле в этих пределах искажено. Точно так же ведут себя магнитные силовые линии сверхпроводящего диска (на вставке).
Рис. 4. Ориентация призмы сверхпроводящего льда перпендикулярно силовым линиям полоидальной Hр и тороидальной Нt составляющих магнитного поля Сатурна.
‹
›
Открыть в полном размере
ВОПРОСЫ, ВОПРОСЫ…
Честь считаться первооткрывателями колец история астрономии делит между Галилео Галилеем и Христианом Гюйгенсом, хотя первый в 1610 году сумел уловить с помощью своего далекого от совершенства оптического прибора лишь некую аномалию в изображении планеты, которую счел спутником Сатурна, тогда как спустя 46 лет, в 1656 году, Гюйгенс впервые действительно четко разглядел кольцо. Еще через 19 лет, в 1675 году, Джованни Кассини установил, что кольцо не сплошное.
Телескоп позволил ему увидеть две части — А и В, разделенные пустым пространством, названным в честь первооткрывателя «делением Кассини».
Столетия исследований наполняли досье далекой планеты новой информацией, не только не разъяснявшей природу колец и причину их образования, но и ставившей перед астрономами все больше и больше загадок.
Долгое время после открытия Кассини астрономы считали, что колец у Сатурна всего два, они тонкие и твердые. В 1787 году Лаплас на основе расчетов предположил, что колец должно быть много — тысячи или даже миллионы, иначе гравитационное поле их разрушит. Впрочем, он тоже полагал, что кольца сплошные, похожие на гигантские гимнастические обручи. В 1848 году французский астроном Э. Рош рассчитал минимальное расстояние, на котором спутники могут существовать, не разрушаясь под воздействием гравитационного поля планеты. Это расстояние — названное по имени исследователя «пределом Роша» — составляет 2,44 радиуса планеты. Никакие спутники и луны, твердые или жидкие, не могут циркулировать над поверхностью небесного тела ближе этого расстояния.
Но внешний радиус колец Сатурна равен 2,3 R, то есть находится внутри критического предела. Отсюда Рош сделал вывод, что кольца не могут быть: а) сплошными и б) жидкими. Остается единственно возможный вариант: они должны состоять из достаточно мелких твердых частиц. А в 1859 году гениальный английский физик, основатель электромагнетизма Джеймс Клерк Максвелл поставил некую предварительную точку, математически доказав, что спортивным снарядам в космосе не место и кольца Сатурна действительно представляют собой скопления твердых частичек.
Д. Килер и У. Кемпбелл, измеряя в 1895 году доплеровские сдвиги, нашли, что частички, из которых состоят кольца, движутся по кеплеровским орбитам и что скорость их движения по внутренним орбитам выше, чем по внешним, что совпадает с выводами и Кеплера и Максвелла. То есть в поведении частиц нет отклонений от привычного понимания физической природы орбитального движения.
В 1952 году исследование спектральных характеристик колец позволило сделать вывод, что они содержат большое количество замерзшей воды.
Это был очень важный момент, поскольку наконец-то была определена природа материальной составляющей. Несколько позже установили, что кроме льда кольца содержат водород, аммиак, метан, серные соединения и ферросиликаты. Огромную информацию о кольцах собрали американские космические зонды «Пионер» (1979 г.), «Вояджер-1» (1980 г.) и «Вояджер-2» (1981 г.), пролетевшие мимо планеты. А в 1997 году стартовал самый дорогой научный эксперимент в истории человечества — миссия «Кассини-Гюйгенс», которая готовилась в течение 10 лет и стоила 3,3 млрд долларов; результаты ее будут анализироваться, исследоваться и осмысляться достаточно долгое время. Одна из задач миссии — установить природу колец Сатурна, до сих пор являющуюся загадкой (об экспедиции «Кассини — Гюйгенс» см. «Наука и жизнь № 3,2005г.).
Тем не менее следует признать, что, кроме огромной базы данных о свойствах колец, на сегодняшний день не существует полноценной физической модели этого объекта. С точки зрения классических теорий, учитывающих гравитационные и центробежные силы, поведение солнечного ветра и плазменные эффекты, невозможно ответить на множество вопросов: как кольца образовались, как они были сжаты в диск и как этот диск был разбит на сотни отдельных колец; почему частички колец, не перемешиваются, почему микроволны круговой поляризации отражаются от колец, как от магнитного зеркала; почему магнитное поле выталкивается из кольца А; почему образуются «спицы» в кольце В; почему кольца существуют у планет после пояса астероидов и почему их нет у планет земной группы; чем объяснить сильное отражение радиоволн и низкую яркость колец Сатурна, дискретное неполяризованное электромагнитное излучение в диапазоне от 20,4 килогерца до 40,2 мегагерца, существование около колец атмосферы неизвестного происхождения, наличие в кольцах так называемых «волн плотности», и на многие другие.
Различные попытки объяснить загадочные явления на протяжении 400 лет предпринимались постоянно. Например, высокую отражательную способность кольца в микроволновом диапазоне, обнаруженную межпланетной станцией «Пионер» и подтвержденную исследованиями «Вояджеров», объясняли наличием большого количества металлических включений в веществе колец. Поскольку отражение носит диффузный характер, то измерения проводились на круговой поляризации. Оказалось, что волна отражается не как от металла, а как от магнитного зеркала — поверхности, обладающей абсолютной отражающей способностью. И, следовательно, предложенное объяснение несостоятельно. Предлагались и достаточно сложные математические теории, рассматривающие кольца во взаимодействии с солнечным ветром и как образования из пылевой плазмы. Но пылевая плазма не является устойчивым стабильным образованием.
Но самым важным недостатком, на наш взгляд, является то, что существующие теории колец очень разнородны и для объяснения различных эффектов, наблюдаемых в кольцах, требуют привлечения различных физических подходов, не объединенных единой физической природой их возникновения.
Кроме того, подобные теории никак не разъясняют множество других вопросов.
Попытаемся по мере возможности все же ответить на них.
СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ ЛЕД
В 1986 году в журнале РАН «Физика твердого тела» была опубликована статья российского коллектива авторов из Уральского госуниверситета под руководством Н.А. Бабушкиной о сверхпроводимости льда. Ученые экспериментально показали, что лед может обладать сверхпроводимостью. К сожалению, это фундаментальное открытие, которое безусловно следует отнести к выдающимся, осталось не очень замеченным в научной среде. Нужно сказать, что лед — достаточно сложное физическое образование (как, впрочем, и вода). В лабораторных условиях мы можем получить как минимум 11 различных модификаций льда в диапазоне от аморфного до кристаллического, каждая из которых обладает собственными свойствами.
Одна из его модификаций — лед космический. Считается, что вырастить такой лед можно, если охладить воду до минус 100 градусов Цельсия и держать при такой температуре года три, а возможно, и больше.
Теория предполагает, что космический лед — это микроскопические частички льда, способные образовать снег в сотни раз более пушистый, чем выращенный в земных условиях, потому что в условиях сверхнизких температур частички по-особому взаимодействуют друг с другом, не слипаясь. Кстати, диаметр снежного кома, слепленного из колец Сатурна, составил бы 600 км. И если предположить, что ледяные частички колец обладают сверхпроводящими свойствами, многочисленные экспериментальные данные о природе колец Сатурна начинают складываться в единую, непротиворечивую картину.
Прежде всего нужно упомянуть, что Сатурн не единственная планета Солнечной системы, обладающая кольцами. Они обнаружены также у Юпитера, Урана и Нептуна. Гораздо менее заметные, эти кольца, скорее всего, имеют ту же природу.
Большинство специалистов склоняются к мнению, что частицы колец — реликты ранних дней Солнечной системы, не подвергшиеся нагреву и слипанию, когда планеты только-только формировались из протопланетных облаков.
С появлением у протопланеты магнитного поля сверхпроводя щая частица начинает проявлять идеальный диамагнетизм (эффект Мейсснера-Оксенфельда, обнаруженный в 1933 году). Под действием силы магнитной левитации частица увлекается магнитным полем в дополнительное азимутально-орбитальное движение вокруг планеты и в результате, как показывают математические расчеты, начинает дрейфовать в плоскость экватора, оказываясь на такой орбите, где складывается баланс трех радиальных сил: гравитационной, центробеж ной и силы левитации (порожденной выталкиванием сверхпроводника из магнитного поля). Действие силы левитации было продемонстрировано в 1933 году, а с 1986 года, после открытия высокотемпературной сверхпроводимости для сверхпроводящей керамики, стало возможным показывать его широкой аудитории. Нужно сказать, что опыты по магнитной левитации куска керамического высокотемпературного сверхпроводника, когда он, охлажденный до азотных температур, парит в магнитном поле Земли, выглядят настолько эффектно, что даже у подготовленных зрителей неизменно вызывают восторг.
В случае с кольцами под воздействием силы левитации частицы образуют в зоне Роша чрезвычайно сплющенный диск, что мы и наблюдаем на примере Сатурна.
Если частицы протопланетного облака действительно обладают сверхпроводящими свойствами, то становится понятным, почему кольцами не обладают внутренние планеты — от Меркурия до Марса. Естественно, что кольца могут существовать у планет, обладающих магнитным полем. Но их разрушает тепловой нагрев Солнца. Можно предположить, что пояс астероидов, где температура вещества менее 100 К, является той границей, за которой возникает естественная сверхпроводимость в космосе. На более близких к Солнцу расстояниях температура выше критической и сверхпроводники не образуются.
ЦВЕТ И ЯРКОСТЬ. ТОНКАЯ СТРУКТУРА КОЛЕЦ
Известный школьный опыт, когда равномерно рассыпанные на плоскости металлические опилки мгновенно распределяются под действием приложенного магнитного поля, образуя участки концентрации и разрежения, служит своего рода иллюстрацией к пониманию тонкой структуры сатурнианских колец.
Сверхпроводящие порошки обладают таким же свойством, они собираются в областях с низкой плотностью магнитного поля, поскольку внутреннее магнитное поле выталкивается из сверхпроводника. Именно поэтому сверхпроводящий лед — идеальный диамагнетик — формируется в отдельные кольца, чередующиеся с зонами разрежения. При этом частицы удерживаются в кольцах магнитным давлением, которое загоняет их в области с меньшим магнитным полем. Поэтому в данном случае можно говорить об «отрицательном» давлении. Так что Лаплас, предполагавший, что колец у Сатурна бесконечно много, был, в сущности, не слишком далек от истины.
Но почему кольца различаются цветом? Объяснить это явление можно так. Как мы уже установили, положение сверхпроводящей частицы в гравитационном и магнитном полях планеты определяется балансом трех сил: гравитационной, центробежной и силы левитации.
Рассмотрим три частицы — a, b, c — с разным химическим составом. Пусть частица а — чистый лед, b — имеет примесь клатрат-гидратов — аммиака или метана, с — имеет примесь серо- или железосодержащих силикатов.
Для каждой частицы будет своя сила левитации, поэтому для каждой из трех частиц баланс сил будет соблюдаться на орбитах с разными радиусами. Так, по-видимому, и образуются кольца или группы колец из частиц, отличающихся друг от друга химическим составом, а значит, и цветовыми характеристиками.
Не менее загадочным для исследователей представляется эффект переменной азимутальной яркости колец. Проще говоря, яркость кольца «с ребра» для наблюдателя, находящегося в космосе строго над экватором Сатурна, будет изменяться по мере того, как направление его взгляда станет смещаться от центра планеты к границе диска. Для объяснения этого феномена выдвигались гипотезы, предполагающие, что частицы вещества колец в виде вытянутых эллипсоидов, направленных под небольшим углом к орбите, имеют либо несимметричную форму, либо несимметричное альбедо (отражающую способность) поверхности. Причем положение их друг относительно друга и планеты должно оставаться неизменным, что в рамках традиционных представлений выглядит весьма проблематичным.
Однако если частицы — сверхпроводящие диамагнетики, картина становится много проще и понятней.
Если в магнитное поле поместить стерженек сверхпроводника, в нем возникает дополнительный магнитный момент, направленный противоположно полю. Хорошо известно, что при температурах ниже -22оС растущие снежинки приобретают форму призм. Сверхпроводящая частица такой формы ориентируется в магнитном поле перпендикулярно его координатным составляющим. Соответственно яркость ее, в зависимости от угла зрения наблюдателя, будет меняться.
«ГОЛОС» КОЛЕЦ, А ТАКЖЕ ИХ «СПИЦЫ»
Во время пролета возле Сатурна вначале «Вояджера-1», а потом и «Вояджера-2» американские ученые зафиксировали чрезвычайно интересное явление. Кольца словно заговорили с земными пришельцами, испуская примерно каждые 10 часов короткие широкополосные радиоимпульсы в диапазоне от 20,4 кГц до 40,2 МГц. Они были названы Сатурнианскими Электростатическими Разрядами (СЭР). Однако, попав в прессу, сообщения об этом феномене спровоцировали настоящую сенсацию: уфологи немедленно заподозрили существование в кольцах Сатурна разумной жизни или по крайней мере орбитальной станции пришельцев, пытающейся установить с нами контакт.
Увы, встречи с неземным разумом до сих пор так и не произошло, а гипотеза сверхпроводимости вещества колец, к сожалению, делает вероятность контакта (по крайней мере, в области Сатурна) равной нулю.
Само по себе постоянное фоновое излучение электромагнитных волн кольцами достаточно легко объяснить взаимодействием заряженных частиц, трением и разрушением кусочков льда при соударениях.
При сближении частиц-сверхпроводников на достаточно малое расстояние или при их точечном контакте образуется слабая связь, через которую могут перетекать сверхпроводящие электроны. Это явление называется нестационарным эффектом Джозефсона. И тогда при возникновении разности фаз между сверхпроводниками генерируется электромагнитное излучение с частотой, пропорциональной падению напряжения при переходе. Магнитное поле Сатурна имеет аномалии. Логично предположить, что именно эти аномалии и являются «спусковым крючком» зафиксированных сатурнианских радиосигналов.
Те же аномалии определяют существование и срок жизни «спиц» в кольце В.
«Спицы» были обнаружены относительно недавно и тут же словно бы превратились в очередной вопросительный знак. Эти образования длиной 10 000 км и шириной 1000 км, в самом деле напоминающие спицы колеса и состоящие из микронных и субмикронных частиц, вращаются почти синхронно с магнитосферой Сатурна, что лишний раз подтверждает связь их природы не только с гравитационными, но и с электромагнитными силами. Тем более что согласно законам Кеплера любое подобное радиальное образование в пределах гравитационного поля Сатурна должно искривляться, размываться и исчезать за двадцать-тридцать минут. Между тем жизнь отдельных «спиц» достигает почти трех часов. Трудно дать детальный анализ причин образования «спиц», однако гипотеза сверхпроводимости может подсказать ответ и в этом случае. Скорее всего, дело выглядит так.
Сверхпроводящие льдинки вращаются по орбите в полном соответствии с кеплеровскими законами. А магнитное поле планеты имеет аномалии. Попадая в зоны этих аномалий, частицы вещества меняют свои оптические свойства, что и фиксирует наблюдатель.
Список явлений, свойственных только кольцам Сатурна и зарегистрированных в процессе изучения планеты, конечно же не ограничивается перечисленными в статье. Продолжая его, можно назвать и открытие слабой атмосферы около колец, и существование волн плотности и изгибных волн, аномальное отражение микроволн с круговой поляризацией и другие. И хотя автор не претендует на истину в последней инстанции, все эти явления находят научные, без примеси мистики, объяснения с точки зрения гипотезы об изначальной сверхпроводимости вещества колец.
Впрочем, чуть-чуть мистики (исключительно ради развлечения), связанной с Сатурном, все же не помешает. Некоторые люди, называющие себя астрологами, утверждают, что зодиакальному знаку Весы соответствуют Венера и Сатурн. Первоначально запуск ракеты с аппаратами «Кассини-Гюйгенс» планировался на конец сентября, по техническим причинам его отложили на 5 октября, затем на 7-е и 11-е, но произошел он только 15 октября — под знаком Весов. Добавлю также, что мой день рождения — 16 октября, день рождения моего аспиранта Андрея Поспелова, с которым мы проводили это исследование, — 14 октября.
А первый официальный доклад на заседании Американского астрономического общества о возможной сверхпроводимости колец состоялся 13 октября. Сплошные Весы.
Но это конечно же шутка и к проблеме колец Сатурна непосредственного отношения не имеет…
Иллюстрация «Рис. 1. Динамика формирования планетных колец в гравитационном и магнитном полях планеты».
Рис. 1. Динамика формирования планетных колец в гравитационном и магнитном полях планеты: I — стадия образования протопланетного облака; II — стадия возникновения планетного магнитного поля и увлечения частиц в круговое движение; III — стадия формирования планетных колец. (FG — гравитационная сила; FW — центробежная сила; FL — сила левитации — сила диамагнитного выталкивания.)
Иллюстрация «Рис. 2. Зависимость температуры протопланетного диска Т,К от расстояния от Солнца R.»
Рис. 2. Зависимость температуры протопланетного диска Т,К от расстояния от Солнца R. Кривая представляет температуру газопылевого диска в центральной плоскости.
Заштрихованные прямоугольники обозначают температуры, вычисленные по наблюдаемому расположению планет. На вставке: зависимость сопротивления от температуры для сверхпроводника.
Информационный бюллетень о кольцах Сатурна
| Радиус (км) | Радиус/ Экв. радиус | Оптический Глубина | Альбедо | Толщина (м) | Прибой. Плотность (г/см 2 ) | Эксцентриситет | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Сатурн Экватор | 60 268 | 1.000 | |||||
| D внутренний край | 66 900 | 1.110 | 10 -5 | ||||
| D внешний край | 74 510 | 1,236 | 10 -5 | ||||
| C внутренний край | 74 658 | 1,239 | 0,05 — 0,35 | 0,12 — 0,30 | 5 | 1,4 — 5 | |
| Колечко из титана | 77 871 | 1,292 | 17 | 0,00026 | |||
| Зазор/колечко Максвелла | 87 491 | 1,452 | 17 | 0,00034 | |||
| C внешний край | 91 975 | 1,526 | 0,05 — 0,35 | 0,2 | 5 | 2 — 7 | |
| B внутренний край | 91 975 | 1,526 | 0,4–2,5 | 0,4 — 0,6 | 5 — 10 | 20 — 100 | |
| B внешний край | 117 507 | 1,950 | 0,4–2,5 | ||||
| Кассини дивизия | 0 — 0,1 | 0,2 — 0,4 | 20 | 18 — 20 | |||
| A внутренний край | 122 340 | 2. 030 | 0,4 — 1,0 | 0,4 — 0,6 | 10 — 30 | 30 — 40 | |
| Зазор Энке | 133 410 | 2,214 | |||||
| Зазор Килера | 136 487 | 2,265 | |||||
| Внешний край | 136 780 | 2,270 | 0,4 — 1,0 | 0,4 — 0,6 | 10 — 30 | 20 — 30 | |
| Кольцо F | 139 826 | 2.320 | 0,1 | 0,6 | 0,0026 | ||
| G внутренний край | 166 000 | 2,754 | 10 -6 | 10 5 | |||
| G внешний край | 173 000 | 2,874 | 10 -6 | ||||
| E внутренний край | 180 000 | 2,987 | 10 -6 | 10 7 | |||
| E внешний край | 480 000 | 7,964 | 10 -6 | 10 7 | |||
Кольца, кольца и бреши шириной менее 1000 км перечислены по внутреннему радиусу края.Для получения более подробной информации о кольцах и полного списка всех маленьких колец и очень слабых колец см. Статистика жизненно важных узлов PDS Rings.
Информационный бюллетень о Сатурне
Домашняя страница Сатурна
Примечания к информационным бюллетеням
Справочник по другим планетарным информационным бюллетеням
Автор/куратор:
д-р Дэвид Р. Уильямс, [email protected]
NSSDCA, почтовый индекс 690.1
Центр космических полетов имени Годдарда НАСА
Greenbelt, MD 20771
+1-301-286-1258
Официальный представитель НАСА: Дэйв Уильямс, [email protected]
V1.0, 17 июля 1995 г.
Последнее обновление: 19 апреля 2022 г., DRW
В масштабе, тоньше бумаги.
Кольца Сатурна настолько тонкие, что при наблюдении с ребра они практически исчезают даже для космического корабля «Кассини». Они почти не показывают свое присутствие на этом снимке, хотя тени, которые они отбрасывают на саму планету, делают это легче.
Фото NASA/JPL/Институт космических наук
Примечание. Версия этой статьи первоначально появилась на моей странице Google Plus, но ходят слухи, что G+ может пойти по пути флогистона и N-лучей. Я не хотел потерять эту статью, так как это один из самых крутых фактов о нашей Солнечной системе, поэтому я решил обновить ее и разместить здесь, в блоге. Таким образом, я могу ссылаться на него, когда говорю о кольцах Сатурна.
Планета Сатурн, несомненно, является жемчужиной Солнечной системы. Его великолепная система колец внушает благоговейный трепет, она состоит из бесчисленных крошечных частиц водяного льда, каждая из которых вращается вокруг газового гиганта по отдельности.
Созданные гравитацией планеты и орбитальными танцами десятков лун, кольца разделены на несколько основных колец и тыс. более узких колечек.
Они также огромны: основная система колец простирается на 300 000 километров (180 000 миль), а некоторые более тусклые кольца отбрасываются еще шире! Но они также удивительно плоские. Серьезно, действительно плоский: наблюдения показывают, что в некоторых местах они имеют толщину всего 10 метров (32 фута), а в других — до километра (0,6 мили).
Это больше, чем просто квартира. Это практически двухмерный! Позвольте мне показать вам, почему.
Возьмем большее число и предположим, что кольца имеют толщину в километр.
Если главные кольца имеют диаметр 300 000 километров, то отношение толщины к ширине составляет 1 к 300 000, или 0,0000033.
Насколько он тонкий? Ну, обычное сравнение, используемое для тонкости, — это лист бумаги (т. е. «тонкий как бумага»). Но насколько тонкий ? Стандартный лист писчей бумаги США имеет размеры 8,5 x 11 дюймов (около 22 x 28 см) в ширину и высоту и (для 20-фунтовой бумаги) всего около 0,004 дюйма (0,1 мм) в толщину.
Даже если мы используем больший размер 11 дюймов, отношение толщины листа бумаги к ширине будет тогда 0,00036, более 100 умножить на соотношение колец Сатурна!
Другими словами, в масштабе лист бумаги в 100 раз толще колец Сатурна.
И это при использовании более толстого числа для колец, 1 км вместо 10 метров. Если мы выберем более тонкое число, отношение увеличится еще в 100 раз, поэтому лист бумаги будет в 90 360 раз толще кольца Сатурна в 10 000 раз в 90 361!
Хотите думать об этом по-другому? Если вы хотите сделать масштабную модель колец Сатурна из бумаги, вам понадобится лист размером 10 000 x 11 дюймов = 1,7 мили 9.0361 через!
Мы используем неправильную фразу. Мы должны сказать что-то вроде «Кольца Сатурна тонкие».
Поистине удивительно, что такая огромная, такая обширная структура — она простирается более чем на три четверти расстояния от Земли до Луны! — может быть такой неземно тонкой.
Но это физика в действии. Частицы, образующие кольца, могли когда-то иметь разные наклоны, вращаясь вокруг Сатурна, но если бы они были, они бы столкнулись друг с другом. Детали немного сложны, но столкновения лишают частицы углового момента, а их орбиты имеют тенденцию к выравниванию. Это продолжалось до тех пор, пока частицы не разлетались настолько тонко, что столкновения прекращались, что происходит, когда кольца были всего в несколько раз толще, чем размер самых больших частиц в них — несколько метров в поперечнике. Поэтому кольца такие тонкие.
Еще раз повторюсь, процессы в физике одновременно обширны и тонки, и то, что кажется удивительным для нашей интуиции, на самом деле неизбежно. Это одна из многих причин, по которым я больше полагаюсь на науку, чем на наш собственный человеческий мозг, которого легко обмануть!
