Содержание

25 малоизвестных и интереснейших фактов о кольцах Сатурна (26 фото + видео)

Великолепие Солнечной системы

Сатурн является одной из самых загадочных планет как для профессиональных астрономов, так и для любителей. Большая часть интереса к планете происходит от характерных колец вокруг Сатурна. Хотя их и не видно невооруженным глазом, кольца можно разглядеть даже с помощью слабого телескопа.

Состоящие в основном из льда кольца Сатурна удерживаются на орбите благодаря сложным гравитационным воздействиям газового гиганта и его спутников, некоторые из которых фактически находятся в пределах колец. Несмотря на то, что люди очень многое узнали о кольцах с тех пор, как они впервые были обнаружены 400 лет назад, эти знания постоянно дополняются (к примеру, самое удаленное от планеты кольцо было обнаружено только десять лет назад).

1. Галилео Галилей и Сатурн

Телескопы эпохи Ворождения

В 1610 году, известный астроном и «враг церкви» Галилео Галилей был первым человеком, который навел свой телескоп на Сатурн. Он отметил странные образования вокруг планеты. Но, поскольку его телескоп не был достаточно мощным, Галилей не понял, что это кольца.

2. Миллиарды кусков льда

Лед и камень

Кольца Сатурна состоят из миллиардов кусков льда и камня. Размеры этих обломков варьируются от крупицы соли до небольшой горы.

3. Только пять планет

Современный телескоп

Как известно, человек может увидеть пять планет невооруженным глазом: Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. Чтобы увидеть кольца Сатурна, а не просто шар света, понадобится телескоп с, по крайней мере, 20-кратным увеличением.

4. Кольца названы в алфавитном порядке

Ближе всего к Сатурну находится кольцо D

Кольца названы в алфавитном порядке на основании их даты обнаружения. Ближе всего к планете находится кольцо D, а затем по мере удаления — кольца C, B, A, F, Janus / Epimetheus, G, Pallene и Е.

5. Остатки от комет и астероидов

93% от массы колец — лед

Кольца Сатурна, как считают большинство ученых, являются остатками от проходящих мимо комет и астероидов. Ученые пришли к такому выводу потому что около 93% от массы колец составляет лед.

6. Человек, давший определение кольцам Сатурна

Голландский астроном Христиан Гюйгенс

Первым человеком, который на самом деле увидел и дал определение кольцам Сатурна, был голландский астроном Христиан Гюйгенс в 1655 году. На то время он предположил, что у газового гиганта есть одно твердое, тонкое и плоское кольцо.

7. Спутник Сатурна Энцелада

Гейзеры ледяного кольца Е

Благодаря гейзерам, которыми изобилует поверхность спутника Сатурна Энцелада, образовалось ледяное кольцо Е. Ученые возлагают на этот спутник очень большие надежды, потому что на нем есть океаны, в которых может скрываться жизнь.

8. Скорость вращения

Скорость убывает с удалением

Каждое из колец вращается вокруг Сатурна с разной скоростью. Скорость вращения колец убывает с удалением от планеты.

9. Нептун и Уран

Кольца Сатурна не уникальны

Хотя кольца Сатурна являются наиболее известными в Солнечной системе, кольцами могут похвастаться еще три планеты. Речь идет о газовом гиганте (Юпитер) и ледяных гигантах (Нептун и Уран).

10. Возмущения в кольцах

Возмущения напоминают рябь

Кольца планеты могут выступать в качестве свидетельства того, как кометы и метеоры, пролетающие через Солнечную систему, притягиваются к Сатурну. В 1983 году астрономы обнаружили в кольцах возмущения, напоминающие рябь. Они считают, что это было вызвано тем, что обломки кометы столкнулись с кольцами.

11. Столкновение 1983 года

Орбиты колец C и D нарушены

Столкновение 1983 года с кометой массой от 100 миллиардов до 10 триллионов килограммов привело к тому, что были нарушены орбиты колец C и D. Считается, что кольца будут «выравниваться» в течение сотен лет.

12. Вертикальные «бугорки» на кольцах

Вертикальные образования до 3 км

Частицы внутри колец Сатурна иногда могут образовывать вертикальные образования. Это выглядит, как вертикальные «бугорки» на кольцах высотой около 3 км.

13. Второй после Юпитера

Скорость вращения Сатурн — 10 часов и 33 минуты

Не считая Юпитера, Сатурн является самой быстро вращающейся планетой в Солнечной системе — она совершает полный оборот вокруг своей оси всего за 10 часов и 33 минуты. Из-за такой скорости вращения Сатурн более выпуклый на экваторе (и сплющенный на полюсах), что еще больше которые еще больше подчеркивает его знаковые кольца.

14. Кольцо F

Мини-спутники планеты

Расположенное сразу за главной кольцевой системой Сатурна, узкое кольцо F (на самом деле, это три узких кольца), как представляется, имеет в своей структуре изгибы и сгустки. Это заставило ученых предположить, что внутри кольца могут находиться мини-спутники планеты.

15. Запуск 1997 года

Межпланетная станция Кассини

В 1997 году к Сатурну была запущена автоматическая межпланетная станция «Кассини». Перед тем, как выйти на орбиту вокруг планеты, космический аппарат пролетел между кольцами F и G.

16. Крошечные спутники Сатурна

Щели Килера и Энке

В двух щелях или делениях между кольцами, а именно в щелях Килера (ширина 35 км) и Энке (ширина 325 км) есть крошечные спутники Сатурна. Предполагается, что эти щели в кольцах образовались именно из-за прохождения спутников через кольца.

17. Ширина колец Сатурна огромна

Толщина колец Сатурна очень мала

Хотя ширина колец Сатурна огромна (80 тысяч километров), их толщина сравнительно очень мала. Как правило, она составляет около 10 метров и редко доходит до 1 километра.

18. Темные полосы, идущие поперек колец

Странные образования похожие на призраки

В кольцах Сатурна были обнаружен странные образования, похожие на призраки. Эти образования, выглядящие как светлые и темные полосы, идущие поперек колец, назвали «спицами». Было высказано множество теорий относительно их происхождения, но единого мнения нет.

19. Кольца спутника Сатурна

Спутник Сатурна Рея

У второго по величине спутника Сатурна Рея могут быть свои кольца. Их до сих пор не обнаружили, а существование колец предполагается на основании того, что зонд «Кассини» зафиксировал в окрестностях Реи торможение электронов магнитосферы Сатурна.

20. Мизерный вес колец

Видимость обманчива

Несмотря на видимый огромный размер, кольца на самом деле довольно «легкие». Более 90% массы всего вещества, находящегося на орбите Сатурна, приходится на самый большой из 62 спутников этой планеты, Титан.

21. Деление Кассини

Самый большой разрыв между кольцами

Деление Кассини — самый большой разрыв между кольцами (его ширина составляет 4700 км). Находится оно между основными кольцами В и А.

22. Пандора и Прометей

Спутники сдерживают рассеивание колец в космосе

Сила притяжения некоторых из спутников Сатурна — особенно Пандоры и Прометея – также влияет на кольца. Тем самым они сдерживают рассеивание колец в космосе.

23. Кольцо Фебы

Кольцо вращается в противоположном направлении

Астрономы недавно обнаружили новое, огромное кольцо вокруг Сатурна, получившее название «кольцо Фебы». Расположенное на расстоянии от 3,7 до 11,1 млн км от поверхности планеты, новое кольцо наклонено на 27 градусов по сравнению с остальными кольцами и вращается в противоположном направлении.

24. В кольце может поместиться миллиард планет таких, как Земля.

Новое кольцо сильно разреженно

Новое кольцо настолько разреженное, что через него можно пролететь, не заметив ни одного обломка, несмотря на то, что в кольце может поместиться миллиард планет таких как Земля. Его обнаружили случайно в 2009 году с помощью инфракрасного телескопа.

25. Многие из спутников Сатурна ледяные

Спутники образовались из отдаленных колец

Из-за недавних открытий, сделанных в 2014 году, ученые полагают, что по крайней мере некоторые из спутников Сатурна могли образоваться в пределах колец этой планеты. Поскольку многие из спутников Сатурна ледяные, а ледяные частицы являются основным компонентом колец, была выдвинута гипотеза о том, что спутники образовались из отдаленных колец, которые существовали ранее.

nlo-mir.ru

их количество, происхождения, фото, видео

Содержание:

  • Кто открыл кольца Сатурна

  • Из чего состоят кольца Сатурна

  • Кольца Сатурна фото

  • Откуда у Сатурна кольца

  • Система колец Сатурна

  • Сколько колец у Сатурна

  • Цвет колец Сатурна

  • Кольца Сатурна видео
  • Разумеется, кольца есть и у других планет нашей солнечной системы, но только у Сатурна они, можно сказать, стали своего рода «визитной карточкой» этой планеты. Благодаря яркости и красоте, именно Сатурн единственная планета, которая изображается с кольцами, хотя на самом деле, они есть и у Юпитера, Нептуна, Урана, правда не такие яркие и заметные как у Сатурна.

    Кто открыл кольца Сатурна

    Первыми кольца Сатурна увидел в далеком 1610 году великий астроном Галилео Галилей, изобретший телескоп, ставший подлинной научной сенсацией тех времен. Но Галилео Галилей не мог объяснить природу и происхождение колец, с момента открытия, века они оставались загадкой для человечества. Да, впрочем, и остаются по сей день, так как детальное изучение колец Сатурна, предпринятое НАСА в 1980-х годах прошлого века с помощью космических аппаратов Вояджер-1 и Вояджер-2 только прибавило тайн.

    Из чего состоят кольца Сатурна

    Как считают ученые, кольца вокруг Сатурна состоят из многочисленных комет, астероидов и разрушенных спутников, будучи уничтоженными, прежде чем достигли поверхности планеты, они собой пополнили мириады частиц этих самых колец.

    Размеры частиц кольца могут варьироваться от маленьких камушков, до огромных глыб, размером с гору. Также каждое кольцо вращается вокруг планеты со своей скоростью. От чего зависит скорость колец Сатурна, точного ответа пока нет.

    Кольца Сатурна фото

    Предлагаем вашему вниманию красивые фотографии колец Сатурна.



    Откуда у Сатурна кольца

    Сейчас в науке имеется две теории, объясняющие происхождение колец Сатурна. Согласно первой они образовались в результате крушения то ли большого метеорита, то ли неосторожного спутника. Разрушение могло быть вызвано мощными гравитационными воздействиями Сатурна, буквально разорвавшими некий небесный объект на мелкие кусочки.

    Но есть и другая теория на этот счет, согласно ней, кольца являются остатками большого околопланетного облака. Из внешней части этого облака образовались спутники Сатурна (их 62 штуки) а внутренняя так и осталась в виде космической пыли, из которой теперь и состоят знаменитые кольца.

    Система колец Сатурна

    Кольца были названы по алфавиту в порядке их обнаружения. Сами кольца расположены достаточно близко друг к другу, исключение составляет лишь так званое деление Касини, имеющее разрыв в пространстве на 4700 км. Это самый большой разрыв, отделяющий кольцо А от кольца В.

    Далее идут несколько других колец, сменяющихся небольшими разрывами между собой.

    Интересный факт: кольцо F находится между двумя спутниками Сатурна: Прометеем и Пандорой, ученые полагают, что эти спутниками своими гравитационными воздействиями могут изменять форму колец.

    Сколько колец у Сатурна

    Далее попробуем ответить на вопрос о количестве колец Сатурна. Сейчас астрономами зафиксированы кольца D, C, B, A, F, G, E, притом, что самое внешнее кольцо E не видимо для оптических систем, оно регистрировалось с помощью устройств, реагирующих на заряженные частицы и электрические поля.

    Кольца А, В и С можно назвать основными кольцами планеты, они хорошо видимы в телескоп. Кольцо А является условно внешним кольцом, кольцо В — средним и кольцо С – внутренним. Кольца D, E и F являются более слабыми и увидеть их в телескоп не так то просто, а кольцо E и вовсе невозможно.

    Но это еще не все, ведь названые латинскими буками кольца весьма условны, так как при более детальном приближении мы увидим, что каждое из колец Сатурна распадается на более мелкие, а те на еще более мелкие части. В итоге количество колец Сатурна может стремиться к бесконечности.

    Цвет колец Сатурна

    Снимки колец Сатурна с космических аппаратов показывают, что кольца имеют разные цвета.

    Вы сами можете видеть это на картинке. Так как кольца светятся за счет отраженного солнечного света, их излучение должно бы иметь солнечный спектр. Но это при условии, что кольца обладают абсолютной отражательной способностью. На самом деле, частицы, из которых состоят кольца, в свою очередь в основном состоят из водяного льда, с небольшими примесями более темного цвета.

    Кольца Сатурна видео

    И в завершение интересный научно-популярный фильм о появлении колец Сатурна.


    Эта статья доступна на английском языке — Rings of Saturn: the Astronomical Phenomenon.

    www.poznavayka.org

    Кольца Сатурна — это… Что такое Кольца Сатурна?

    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.

    Природа колец

    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.[источник не указан 188 дней]

    Происхождение колец

    Существует несколько гипотез:

    • все планеты образуются из пыли и мелких осколков, 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 теории, 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.[1]

    Состав

    Основные элементы структуры колец Сатурна[2]
    НазваниеРасстояние до центра Сатурна, кмШирина, км
    Кольцо D67 000—74 5007500
    Кольцо C74 500—92 00017500
    Щель Коломбо77 800100
    Щель Максвелла87 500270
    Щель Бонда88 690-88 72030
    Щель Дейвса90 200-90 22020
    Кольцо B92 000—117 50025 500
    Деление Кассини117 500—122 2004700
    Щель Гюйгенса117 680285—440
    Щель Гершеля118 183-118 285102
    Щель Рассела118 597-118 63033
    Щель Джефриса118 931-118 96938
    Щель Койпера119 403-119 4063
    Щель Лапласа119 848-120 086238
    Щель Бесселя120 236-120 24610
    Щель Барнарда120 305-120 31813
    Кольцо A122 200—136 80014600
    Щель Энке133 570325
    Щель Килера136 53035
    Деление Роша136 800—139 3802580
    R/2004 S1137 630300[3]
    R/2004 S2138 900300[3]
    Кольцо F140 21030—500
    Кольцо G165 800—173 8008000
    Кольцо E180 000—480 000300 000
    Составное изображение колец Сатурна D, C, B, A и F (слева направо) в натуральных тонах по снимкам аппарата Кассини на неосвещенной стороне Сатурна, 9 мая 2007.

    Интересные факты

    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[4]. Высказаны гипотезы о влиянии электростатических либо гравитационных сил на формирование спиц.

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

    Наблюдения колец с Земли

    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[5] 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[5] и 2009 гг. До 2016 года раскрытие колец будет увеличиваться, будет виден северный полюс Сатурна и обращённая к нему сторона его колец[6].

    См. также

    Примечания

    Ссылки

    dic.academic.ru

    Кольца Сатурна – Журнал «Все о Космосе»

    Кольца Сатурна, главные обозначены

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

    Волны в кольцах Сатурна. Цвета неестественные

    Природа колец

    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.

    Происхождение колец

    Кольца Сатурна с расстояния 1,8 млн км под углом 30 градусов. Фото межпланетной станции «Кассини», 2006 год

    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.

    Состав

    Основные элементы структуры колец Сатурна
    НазваниеРасстояние до центра Сатурна, кмШирина, км
    Кольцо D67 000—74 5007500
    Кольцо C74 500—92 00017500
    Щель Коломбо77 800100
    Щель Максвелла87 500270
    Щель Бонда88 690—88 72030
    Щель Дейвса90 200—90 22020
    Кольцо B92 000—117 50025 500
    Деление Кассини117 500—122 2004700
    Щель Гюйгенса117 680285—440
    Щель Гершеля118 183—118 285102
    Щель Рассела118 597—118 63033
    Щель Джефриса118 931—118 96938
    Щель Койпера119 403—119 4063
    Щель Лапласа119 848—120 086238
    Щель Бесселя120 236—120 24610
    Щель Барнарда120 305—120 31813
    Кольцо A122 200—136 80014600
    Щель Энке133 570325
    Щель Килера136 53035
    Деление Роша136 800—139 3802580
    R/2004 S1137 630300
    R/2004 S2138 900300
    Кольцо F140 21030—500
    Кольцо G165 800—173 8008000
    Кольцо E180 000—480 000300 000
    Кольцо Феба~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.

    Интересные факты

    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. Высказаны гипотезы о влиянии электростатических либо гравитационных сил на формирование спиц.

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

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

    Наблюдения колец с Земли

    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 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 и 2009 гг. До 2016 года раскрытие колец будет увеличиваться, будет виден северный полюс Сатурна и обращённая к нему сторона его колец.

    По материалам Wikipedia

    aboutspacejornal.net

    Как и из чего появился пояс у Сатурна Сколько колец у Сатурна

     

    Планета Сатурн известна людям уже тысячи лет. Но возможность наблюдать за его кольцами появилась лишь с изобретением телескопа.

    История открытия колец Сатурна

    Галилео Галилей впервые обнаружил кольца

    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.

    Христоф Шейнер

    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.

    Христиан Гюйгенс

    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.

    Структура колец

    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.

    Лаплас

    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.

    С наступлением космической эры открылась новая веха в изучении Солнечной системы.

    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.

    Вояджер-1

    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.

    Аппарат Кассини

    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.

    На этом базируются две следующие теории, о том как появились кольцевые образования Сатурна:

    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.

    Когда гигант «съел» последний спутник, вокруг планеты появилось ледяное облако из больших глыб. Со временем они измельчились. Из всех первичных спутников выжить удалось только Титану.

    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.

    Наличие спиц обусловлено молниями в атмосфере Сатурна. Молнии обнаружены и в самом B. Их мощность достигает 1000 мВт.

    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.

    Лежащее после D кольцо C будет «съедено» планетой за промежуток времени от 700 тыс. до 7 млн 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

    НазваниеРасстояние до центра Сатурна, кмШирина, км
    D67 000—74 5007500
    C74 500—92 00017500
    Щель Коломбо77 800100
    Щель Максвелла87 500270
    Щель Бонда88 690—88 72030
    Щель Дейвса90 200—90 22020
    B92 000—117 50025 500
    Деление Кассини117 500—122 2004700
    Щель Гюйгенса117 680285—440
    Щель Гершеля118 183—118 285102
    Щель Рассела118 597—118 63033
    Щель Джефриса118 931—118 96938
    Щель Койпера119 403—119 4063
    Щель Лапласа119 848—120 086238
    Щель Бесселя120 236—120 24610
    Щель Барнарда120 305—120 31813
    A122 200—136 80014600
    Щель Энке133 570325
    Щель Килера136 53035
    Деление Роша136 800—139 3802580
    R/2004 S1137 630300
    R/2004 S2138 900300
    F140 21030—500
    G165 800—173 8008000
    E180 000—480 000300 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.

    Вопрос о том, какого цвета окружающие Сатурн объекты, вызывает интерес. Они имеют различные цвета. С и деление Кассини имеют синий оттенок, B – красно-жёлтый. Данные различия вызваны неоднородностью химического состава и разной оптической толщей объектов. Они состоят из льда, но количество примесей разнится на разных участках.

    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.

    Частицы вокруг Сатурна

     

     

    oplanetah.ru

    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.

    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.

    www.nkj.ru

    состав, характеристики и хронология исследований

    Кольца Сатурна восхищали астрономов-любителей на протяжении столетий, начиная с того времени, когда люди впервые начали вглядываться в небо через окуляр телескопа.

    Когда Галилео Галилей впервые наблюдал Сатурн в 1610 г., 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 настоящее время мы знаем, что Галилео наблюдал «пересечение плоскости колец». Экватор Сатурна наклонён по отношению к орбите этой планеты вокруг Солнца под углом примерно в 27 градусов (аналогичный угол наклона для Земли составляет 23 градуса). Когда Сатурн обращается вокруг Солнца, то сначала одно, а затем и второе полушария по очереди освещаются Солнцем. Этот наклон отвечает за смену сезонов, так же как и в случае с Землёй, и когда на Сатурне наступает осеннее или весеннее равноденствие, то Солнце попадает в плоскость системы колец, в которой лежит также и экватор планеты. Солнечные лучи освещают кольца «с ребра», и тонкую полоску колец становится трудно различить при помощи телескопов. Кольца Сатурна очень широкие – они достигают 273600 километров в поперечнике – но толщина их составляет не более 10 метров.

    В 1655 г. астроном Кристиан Гюйгенс предположил, что эти странные тела были твёрдыми, наклонёнными кольцами, и в 1660 г. другой астроном предположил, что эти кольца состояли из небольших спутников – догадка, которая не могла получить подтверждения в течение почти 200 последующих лет.

    В эпоху освоения космоса зонд «Пионер-11» прошёл сквозь плоскость колец Сатурна в 1979 г. В 1980-е гг. космические аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» позволили взглянуть на систему колец гигантской планеты.

    В 2004 г. миссия НАСА «Кассини-Гюйгенс» впервые в мире вышла на орбиту вокруг Сатурна и произвела подробные наблюдения не только самой планеты, но и её системы колец.

    Состав и структура

    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.

    Хотя начинающему астроному-любителю может показаться, что Сатурн опоясан единым, твёрдым кольцом, но на самом деле 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.

    Другие, более тусклые кольца открывались по мере того, как совершенствовались технологии изготовления телескопов. «Вояджер-1» обнаружил самое близкое к центру системы кольцо D в 1980 г. Рядом с кольцом А, охватывая его снаружи, находится кольцо F, которое, в свою очередь, охватывается кольцами G и E, лежащими на значительном удалении от остальных колец системы.

    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.

    Сатурн не единственная планета Солнечной системы, имеющая кольца – Юпитер, Уран и Нептун также располагают тусклыми системами колец – но со своими спутниками, система которых простирается на три четверти расстояния от Земли до Луны (282000 километров), он, без сомнения, формирует наиболее впечатляющую и доступную для наблюдения систему колец в Солнечной системе.

    fishki.net

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *