Сатурн - Властелин Колец
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Сатурн
 Сатурн
История "колец"
Сатурн: Властелин Колец

Сатурн как планета

История открытия и исследования колец Сатурна

    На протяжении трехсот с лишним лет наука знала о существовании колец Сатурна как уникального в своем роде образования в Солнечной системе. Кольца Сатурна вызывали удивление своей необычной формой, подвергались всесторонним исследованиям, привлекали внимание таких выдающихся ученых, как Гюйгенс, Лаплас, Максвелл. В 1979-81 гг. около Сатурна совершили пролеты один за другим три космических аппарата – «Пионер-11», «Вояджер-1» и «Вояджер-2», которые передали на Землю многочисленные изображения колец, полученные с близкого расстояния. Однако еще, прежде чем это произошло, были открыты аналогичные, хотя и не столь мощные кольца Урана, а «Вояджер-1» впервые зафиксировал существование колец Юпитера. Представление об уникальности колец пришлось отбросить.

    Она тесно связана с первыми шагами телескопической астрономии. В 1609 году Г. Галилею удалось построить телескоп с 30-кратным увеличением, и с помощью этого инструмента он предпринял первый телескопический обзор небесных тел. Были открыты горы на Луне, фазы Венеры, четыре главных спутника Юпитера, пятна на Солнце, обнаружена звездная природа Млечного Пути. Сатурн впервые наблюдался Г. Галилеем в 1610 году. Его первое сообщение об этом событии (июнь 1610 года) гласит: «Отдаленнейшую из планет наблюдал тройную». По разным сторонам от диска планеты ученый увидел два одинаковых симметрично расположенных «придатка», которые в отличие от спутников Юпитера не двигались вокруг центрального тела, а сохраняли свое положение. В действительности же это были ушки колец, но качество оптики было недостаточно высоким, чтобы различить их явно. По образному выражению Галилея, придатки напоминали «двух слуг, которые поддерживают старика Сатурна (бога времени у древних римлян) в его утомительном пути по небу».
    Результаты дальнейших наблюдений Сатурна еще более озадачили Галилея. В 1612 г. он вместо тройной планеты увидел просто одиночный диск. «Возможно ли, что какой-то демон насмешник обманул меня?» - писал он. Через некоторое время изумление ученого еще больше усилилось, когда Сатурн предстал перед ним «снабженный парой ручек». Галилей так и не разгадал формы этой планеты, а потеря зрения оборвала его работу как наблюдателя в 1626 г.
    Наблюдали Сатурн в первые примитивные телескопы и другие ученые того времени, но и им не удалось установить, какова подлинная форма придатков планеты. Нужны были телескопы с лучшей оптикой и большим увеличением. Наблюдатели вскоре научились изготавливать такие приборы. В отличие от телескопа Галилея и других подобных так называемых голландских труб они имели окуляр не в виде вогнутого, а в виде выпуклого стекла, что существенно увеличивало поле зрения, хотя изображение получалось вверх ногами. Такая система, теоретически рассмотренная Кеплером, получила название кеплеровой трубы.
    Х. Гюйгенс, выдающийся физик, механик и математик XVII в., изготовил несколько таких труб. Он и оказался первооткрывателем колец Сатурна. Используя телескоп с объективом 2,5 дюйма, что приметно соответствует размерам современной очковой линзы и фокусным расстоянием 3,7 метров Гюйгенс к 1656 году не только установил, что Сатурн окружен кольцом, но и уточнил форму кольца и положение его в пространстве: кольцо оказалось тонким, плоским не соприкасающимся с планетой и сильно наклоненным к плоскости ее орбиты. Этих данных было достаточно, чтобы объяснить причину исчезновения виденных Галилеем придатков, что и было сделано в книге «Система Сатурна», выпущенной Гюйгенсом в 1659 г.При движении Сатурна по орбите плоскость кольца сохраняет положение в пространстве, т.е. перемещается параллельно самой себе, благодаря чему земной наблюдатель видит кольцо то более, то менее раскрытым. Дважды за одно обращение Сатурна вокруг Солнца кольцо оказывается повернутым к Земле своим ребром, а так как толщина его мала, то в небольшие телескопы его в это время не видно. В 1612 г., когда, по данным Галилея, «слуги» Сатурна исчезли, кольцо было как раз в таком положении.

Устойчивость колец Сатурна

    Итак, было открыто, что вокруг Сатурна парит в пространстве широкое, плоское и тонкое кольцо. Сам этот факт представлялся удивительным: ведь все известные к тому времени тела Солнечной системы имели форму шарообразную или близкую к ней. К тому же древние философы учили, что небесные светила должны иметь совершенную форму, а такой считается шар. Существование кольца Сатурна резко расходилось с этой живучей догмой. Требовалось с позиции новой, не схоластической науки объяснить, почему оно имеет такую форму и «на чем держится». Время этого еще не настало. Для правильного объяснения нужна была механика Ньютона и в особенности закон всемирного тяготения, та как при взаимодействии небесных тел и их частей силы тяготения являются обычно главными по величине. Но знаменитые ньютоновсие «Начала» еще не были написаны; они будут только опубликованы только в 1687 году.

Огромная тень закрывает часть плоскости колец.
Многочисленное разделение на колечки - 10 000.
Огромная тень закрывает часть плоскости колец.
Многочисленное разделение на колечки - 10 000.
Система колец планеты гиганта - Сатурна (уникальность свойств и неповторимость явления)
Многочисленное разделение на колечки - 10 000.
Спицы и темные пятна пыли на кольцах Сатурна.
Многочисленное разделение на колечки - 10 000.
Спицы и темные пятна пыли на кольцах Сатурна.

    Заметим, что в книге Гюйгенса речь шла не о кольцах Сатурна, а лишь об одном кольце. Дальнейший прогресс позволил директору Парижской обсерватории Д. Кассини в 1675 г. обнаружить около середины кольца темную линию, разделяющую его на две части. Этот кольцевой промежуток получил название деления Кассини. Внешнее кольцо обычно обозначаемое буквой А, несколько менее ярко, чем внутреннее кольцо В. Таким образом после открытия Д. Кассини стало необходимо говорить не о кольце, а о кольцах Сатурна. Наблюдая Сатурн, Кассини открыл также четыре его спутника – Япет, Рею, Тефию и Диону, так что вместе с Титаном, обнаруженным ранее Гюйгенсом, из стало известно пять. Д. Кассини также высказал мнение, что кольца Сатурна могут быть в действительности роем мелких спутников, не различимых с Земли по отдельности и поэтому сливающихся для наблюдателя в сплошные круговые пояса. Это была всего лишь догадка, однако в последствии (примерно через 200 лет) выяснилось, что астроном был прав.
    Что могло навести Кассини на подобную мысль? Вероятно, зрелище спутников, которые оборот за оборотом, каждый со своей скоростью, обходят вокруг Сатурна, - эту картину он многие годы наблюдал в свой телескоп. Разве нельзя представить себе, что спутники движутся друг за другом гуськом, цепочкой и что таких цепочек не одна, а несколько или даже много? Что может помешать этому? Отталкивание? В повседневной житейской практике не бывает, чтобы камни отталкивались друг от друга. Наверное, и небесные камни не испытывают взаимного отталкивания. Притяжение? Заметного притяжения между земными телами не наблюдается, да если бы оно и было, то, скоре, не помешало бы, а помогло формированию роя спутников. Различие скоростей? Но для спутников, движущихся на одинаковом расстоянии от планеты, и скорость должна быть одинаковой – это следовало из наблюдений.
    Поэтому спутники, движущиеся гуськом, не будут набегать друг на друга. Рассуждая так, легко было прийти к выводу, что препятствий к образованию вокруг Сатурна роя спутников в виде кольца, по-видимому, нет – вот почему как представляется, и была высказана эта идея. Гипотеза колец как роя спутников содержала в себе в довольно явном виде тезис, что вещество колец может удерживаться около Сатурна, лишь находясь во вращении вокруг него и при том со скоростью, величина которой определенным образом зависит от расстояния до центра Сатурна. Об этом свидетельствовали наблюдения над известными тогда системами спутников (как Сатурна, так и Юпитера): скорость спутника, движущегося по круговой траектории, с увеличением расстояния от планеты убывает. Примерно в это же время Ньютону (1666 год) и независимо от него Х. Гюйгенсу (1673 г.) удалось теоретически решить задачу о круговом движении спутника, показав, что для осуществления такого движения центральное тело должно притягивать его с силой, обратно пропорционально квадрату расстояния спутника. По существу, это были первые формулировки закона всемирного тяготения. Возникла принципиальная возможность теоретически рассчитывать скорости внутреннего и внешнего края колец Сатурна, если только кольца действительно представляют собой рой спутников. Однако наблюдательно проверить такие расчеты можно было в то время только по перемещению тех или иных деталей на кольцах, более темных или более светлых, чем остальное вещество колец. Но таких деталей не замечалось – кольца выглядели однородно яркими.
    Впрочем, большинство астрономов того времени не разделяли мнения Кассини и считали кольца Сатурна монолитными дисками. Очевидно, нужны были исследования относительно того, возможна ли устойчивость таких дисков, если они расположены в пространстве вокруг притягивающей их планеты. Выход в свет «Начал» Ньютона обеспечил теоретическую основу для решения множества задач по механике движения и взаимодействия небесных тел, в том числе и этой. Прошло, однако, почти 100 лет, прежде чем взялись за ее решение. Автором первой такой работы, опубликованной в 1785 г., был выдающийся французский ученый Лаплас, впоследствии известный своим фундаментальным пятитомным трудом «Небесная механика». П. Лаплас пришел к заключению, что широкое монолитное твердое кольцо не будет устойчивым. В самом деле, такое кольцо должно вращаться как твердое тело, т.е. все его точки независимо от их расстояния до центра планеты должны иметь одну и ту же угловую скорость. Но тогда центробежная сила уравновесит силу притяжения к Сатурну только на середине ширины кольца, а на внутреннем и внешнем краях такого равновесия не будет. Возникнут значительные напряжения, стремящиеся сломать кольцо, противостоять которым кольцо не сможет вследствие своей малой толщины.
    Поэтому Лаплас считал возможным, что кольцо разделено на большое число узких концентрических колечек, вложенных друг в друга, так как в узком колечке описанные напряжения малы. Каждое колечко должно вращаться со своей особой скоростью. Эта скорость, кстати говоря, равна скорости спутника на соответствующей круговой орбите, так что Лаплас был близок к модели колец как роя самостоятельных спутников, хотя этого шага он не сделал. Сечение колечек Лаплас принял эллиптическим. Позднее (в 1885 г.) С. В. Ковалевская, первая русская женщина-математик, вернулась к задаче Лапласа и уточнила форму сечения кольца, показав, что оно отличается от эллиптического. Другой ученый Дж. Максвелл проанализировал устойчивость нескольких моделей колец. Он нашел, что для стабилизации концентрических колец, обсуждавшихся Лапласом, необходимо добавить к ним в одной их точке спутник с массой, равной 4,5 массы кольца. Наблюдения свидетельствовали, что такого спутника нет, и, следовательно, эта модель отпадала. Для жидкого кольца Максвелл получил неправдоподобно низкую плотность и поэтому также отверг возможность его существования. В заключение он показал, что кольцо из многих независимо движущихся спутников может быть устойчивым, если средняя плотность вещества в объеме такого кольца меньше 1/300 средней плотности Сатурна. Таким образом, по его данным была приемлема с теоретической точки зрения модель Д. Кассини.
    Осталось подвергнуть этот вывод наблюдательной проверке. Трудность состояла в том, что кольца не имеют каких-либо пятен, по которым можно было бы определить скорость их вращения. На помощь пришел открытый в 1859 г. спектральный анализ, позволивший на основании эффекта Доплера измерять скорость движения небесных тел относительно Земли. Поскольку кольца Сатурна вращаются, то в области восточного ушка колец их скорость направлена к Земле, а в области западного ушка – от Земли. Поэтому в спектре восточного ушка спектральные линии должны быть смещены от своего нормального положения к фиолетовому концу, а в спектре западного – к красному. Измеряя величину смещения, можно найти и величину скорости.
    Такого рода наблюдения были в 1895 г. одновременно и независимо проведены в Пулковской обсерватории А. А. Белопольским, на Ликской обсерватории (США) – Дж. Килером и в Париже – А. Деландром. Измерялась скорость внешнего края кольца А и внутреннего края кольца В, а Дж. Килер, кроме того, измерил и скорость движения середины колец. У всех наблюдателей скорость в пределах точности измерений совпала с той, какую имел бы самостоятельный спутник Сатурна, помещенный в данную точку колец и движущийся по круговой орбите. Если взять среднее из измерений всех трех наблюдателей, то скорость внешнего края кольца А получилось около 16 км/с, а внутреннего края кольца В – около 20 км/с. Для середины колец получилось около 18 км/с. Очевидно, что монолитные диски так вращаться не могут. Сравнительно недавно (в 1964 г.) работа Дж. Максвелла была критически пересмотрена американскими астрономами А. Куком и Ф. Франклином. Было найдено, что не все выводы справедливы.

Изучение свойств типичной частицы

    Размеры частиц колец Сатурна столь малы, что «зернистой структуры» колец не видно в самые крупные телескопы. Увидеть отдельные частицы колец не удалось и с помощью космических аппаратов «Пионер-11» и «Вояджер», первый из которых приближался к Сатурну до 82 тыс. км, т.е. был к планете в 15 000 раз ближе земного наблюдателя. Несмотря на это, свойства типичной частицы колец успешно исследуются. Результаты таких исследований представляют значительный интерес для науки, вызванный, в частности, проблемой происхождения нашей планетной системы. Согласно современным космогоническим гипотезам спутники любой планеты формировались из периферийных частей газопылевого облака, из центральной области которого образовывалась сама планета. Кольца Сатурна - это зона облака, в пределах которой приливные силы воспрепятствовали его веществу сформироваться в единый спутник. В таком случае кольца Сатурна - одно из немногих мест в Солнечной системе, где сохранился остаток до планетной материи. Поэтому заслуживают внимания любые данные о типичных частицах колец: какова их форма, размеры, отражательная способность, химический и минералогический состав.
    В истории исследования колец Сатурна большое значение имели измерения их яркости при различных положениях Сатурна по отношению к Солнцу и Земле. Еще в 80-х годах 19 века наблюдатели заметили, что с отходом планеты от противостояния кольца заметно темнеют. Вообще говоря, подобное потемнение свойственно всем несамосветящимся телам Солнечной системы, но у колец Сатурна оно выражено сильнее всего. Немецкий астроном Г. Зеелигер заподозрил, что причина здесь в «зернистой» природе колец. Пусть мы наблюдаем с Земли кольца, освещенные Солнцем. Каждая частица колец отбрасывает от себя тень. Она падает на частицы, более далёкие от Солнца. Но в момент противостояния мы этих теней не видим: каждая частица закрывает от наблюдателя свою тень собственным диском. С уходом Сатурна от положения противостояния тени частиц начинают выходить из-за их дисков и кольца темнеют - тем больше, чем дальше планета от противостояния.
    В 1887-1893 гг. Г. Зеелигер построил теорию этого явления, получившего название взаимозатенения. Была выведена формула падения яркости колец с отходом от противостояния (в зависимости от так называемого угла фазы, т.е. угла "Солнце - планета - Земля"; в момент противостояния он равен нулю). Но Зеелигер считал тени частиц цилиндрами, поэтому во время проверки обнаружилось большое расхождение. Позднее было уточнено что тени – конические, причем конусы теней имеют конечную длину. Поперечник частицы был оценен из эксперимента по радио затмению «Вояджера-1» кольцами Сатурна. Радиолуч передатчика космического аппарата последовательно пронизывал кольцо А, деление Кассини, кольцо В и находящееся внутри него разреженное кольцо С. При прохождении радиоволн через то или иное кольцо происходило их рассеяние на частицах кольца. Характер рассеяния зависит от соотношения между длиной радиоволны (в данном случае 3,6 см) и поперечником частицы. Поэтому, когда радиоволны были приняты на Земле и подвергнуты анализу, удалось установить, что поперечник типичной частицы кольца А, деления Кассини и кольца С составляет соответственно 10, 8 и 2 м. Для кольца В оценить размер частицы не удалось, так как из-за его малой прозрачности радиоволны сильно в нем поглощались.
    Масса колец оценивалась по влиянию их притяжения на траекторию «Пионера-11», который подходил к Сатурну ближе двух других космических аппаратов – на 82 тыс. км от центра планеты, т.е. ближе внутреннего края кольца В. Трудность состояла в том, что масса колец, по крайней мере, в миллион раз меньше массы Сатурна. Из-за этого траектория движения космического аппарата вблизи Сатурна в громадной степени определяется мощным притяжением самой планеты и лишь ничтожно возмущается слабым притяжением колец. Между тем именно это слабое притяжение необходимо было выявить. Анализ траекторных измерений показал, что в пределах точности измерений кольца на движение «Пионера-11» не повлияли. Точность же измерений соответствовала 1,7*10^-6 массы Сатурна.
    Измерения яркости колец на земных обсерваториях позволили установить, что типичная частица колец – светло-серое тело, которое отражает около 60% падающего на нее солнечного света, и что поверхность частицы весьма шероховатая. Важная физическая характеристика частицы – ее температура. Частицы колец получают тепло от Солнца и от Сатурна и отдают его в окружающее пространство в форме излучения. Надо учитывать, что в любой момент освещена Солнцем только одна сторона колец – северная или южная, другая же находится в тени. Но и на освещенной стороне имеется сектор, где частицы не освещены Солнцем – это область тени Сатурна. Температура освещенной стороны колец А и В (по данным от космических аппаратов) оказалась равной 70-75 К, ночной стороны 50-60 К. Наблюдения указывают на присутствие в кольцах воды в твердом состоянии, причем сопоставление полученного спектра со спектром инея H2O указывает на сходство характеристик. Был сделан вывод, что, поверхность частиц колец представляет собой обычный водяной лед. Состоит ли вся частица изо льда или только покрыта им?
    Инфракрасные наблюдения не позволяют ответить на этот вопрос, так как излучение на этих длинах волн не пронизывает всю частицу, а исходит лишь из слоя, близкого к ее поверхности. Помогли радиоастрономы, работающие с существенно более длинными волнами. Были проведены как пассивные наблюдения – прием собственного радиоизлучения колец, так и активные – радиолокация колец. Частицы колец оказались весьма эффективными отражателями радиоволн и весьма слабо их поглощают. Что же можно сказать об их природе? Каменистая (силикатная) сердцевина частицы исключается, поскольку силикаты поглощают радиоволны сильнее. Годится чистый лед, так как он хороший диэлектрик. Космогонические соображения заставляют предполагать близость хим состава колец и внутренних спутников Сатурна.

Воздействие спутников и тонкая структура

    Кольцо А отделено от кольца В делением Кассини – темным кольцевым провалом шириной 4,5 тыс. км, в котором пространственная плотность вещества много меньше, чем в кольцах А и В. Аналогичное, хотя и гораздо более узкое (320 км), деление на 1/6 ширины кольца А от его внешнего края было открыто в 1888 г. Дж. Килером в США. Позднее выдающийся французский астроном Б. Лио, используя превосходное качество изображений светил на обсерватории Пик дю Миди, смог заметить в кольцах Сатурна более 10 подобных провалов. По-видимому, причину их существования надо искать в возмущении орбит частиц спутниками Сатурна, которое особенно сильно, когда периоды обращения спутника и частицы соизмеримы между собой. Например период обращения частицы в делении Кассини равен половине периода обращения спутника Мимаса. Вследствие такого совпадения каждая частица в делении Кассини будет нагонять Мимас в одном и том же месте своей орбиты. Здесь возмущающее действие Мимаса будет от оборота к обороту суммироваться, подобно тому, как суммируются усилия человека, в такт раскачивающего качели (явление резонанса). Результатом будет выброс частиц из области резонансных орбит, т.е. уменьшение их концентрации в делении.
    Резонансы также приводят к возникновению в кольцах Сатурна спиральных волн сжатия и изгиба. Волны изгиба имеют вид как бы гор и впадин, нарушающих правильность плоскости колец. Эти образования были действительно найдены на изображениях колец, переданных на Землю «Вояджерами» (сейчас подобные снимки присылает Кассини). Для одной такой системы волн изгиба в кольце А сумма высоты «горы» и глубины «впадины» составляет около 1,4 км, что хорошо согласуется со значением наблюдаемой с Земли видимой толщины колец. Следовательно, можно считать доказанным, что видимая толщина колец потому выше истинной, что поверхность колец не идеально плоская.
    Применение теории спиральных волн к кольцам Сатурна позволяет также оценить массу вещества, приходящуюся на единицу площади колец. Она оказывается порядка 45-60 г/см2. Если умножить эту величину на площадь боковой поверхности колец, то получим полную массу колец. Достаточно при этом учитывать только площадь колец А и В, так как масса других колец мала, и ей можно пренебречь. В таком случае искомая масса колец есть 1,5*10^22 г (45) – 2,0*10^22 г (60). Это примерно половина массы спутника Сатурна Мимаса, самого маленького из «классических» спутников. Но все эти расчеты приблизительны, так как сами по себе эти кольца тоже довольно не однородные, поэтому по уточненным данным масса колец сравнима с массой Мимаса. «Вояджеры» дали возможность впервые увидеть в кольцах Сатурна множество деталей, неразличимых в земные телескопы. Телевизионные камеры космических аппаратов смогли показать детали размером до 3-5 км, а в эксперименте по наблюдению звезды через кольца Сатурна радиальное разрешение достигло 300 м. Первые же снимки, переданные «Вояджером-1» на Землю показали, что кольца Сатурна состоят из весьма большого числа узких концентрических колечек, разделенных между собой более темными промежутками. Общее число колечек чрезвычайно велико – порядка 10000. Промежутки между колечками более прозрачны, чем сами колечки, т.е. в промежутках встречается меньше частиц на единицу поверхности кольца. Каковы же причины разбиения колец на узкие колечки? Ответить на этот вопрос оказалось трудно. Первая попытка заключалась в том, чтобы приписать разбиение возмущающему влиянию Сатурна, т.е. резонансам периодов обращения спутников и частиц колец. Однако спутников мало, а колечек – 10000. Очевидно, резонансами со спутниками можно объяснить лишь очень небольшую часть колечек.

Переплетение двойного кольца F Сатурна.
Гравитационное воздейстаие спутника Прометея.
"Переплетение" 2-го внешнего кольца F Сатурна.
Гравитационное воздейстаие спутника Прометея.
Система колец планеты гиганта - Сатурна (уникальность свойств и неповторимость явления)
Гравитационные волны впереди и позади луны.
Фотография - "неоднородность" колеца Сатурна.
Гравитационные волны впереди и позади луны.
Фотография - неоднородность колеца Сатурна.

    Была также выдвинута идея, не может ли существование колечек быть обязано небольшим спутникам поперечником 10-20 км, движущимся прямо среди частиц колец. Если бы такие спутники существовали, они бы расчищали за собой пространство среди частиц, а соседние области ограждали бы от вторжения это пространство. Однако систематический поиск подобных спутников в делении Кассини, где мало частиц и спутники поперечником до 5 км легко могли быть замечены, дал отрицательный результат. Тогда ученые обратили внимание на то, чтокольцо в виде диска, равномерно заполнено частицами, обладает большей потенциальной энергией, чем кольцо, разделенное на колечки. Так как любая система стремится принять конфигурацию, соответствующую минимуму потенциальной энергии, то эволюция колец Сатурна под влиянием небольших возмущений (от спутников и от удара метеоритных тел) привела к их постепенному разбиению на колечки.
    «Вояджеры» обнаружили в кольце В темные полосы, часто клиновидной формы, простирающиеся более или менее радиально как бы поперек ширины кольца. Их стали называть «спицами» из-за внешнего сходства со спицами колеса. Любопытно, что изображения спиц были найдены на некоторых старых зарисовках Сатурна, сделанных еще в прошлом веке на основе визуальных наблюдений. На снимках, полученных космическими аппаратами, обнаружилось, что при подлете к Сатурну «спицы» были темнее кольца, а после сближения космического аппарата с планетой они, наоборот, стали более светлыми, чем окружающий фон кольца. Отсюда был сделан вывод, что «спицы» состоят из мелких пылинок поперечником в десятитысячные доли миллиметра. Это заключение основано на свойстве мелких пылинок, рассеивать падающий на них свет преимущественно вперед, от источника света. Назад же, т.е. в сторону от источника, они рассеивают значительно меньше. До сближения с Сатурном космический аппарат был расположен так, что принимал от колец свет, рассеянный к Солнцу, и «спицы» выглядели темными, после сближения аппарат принимал свет, рассеянный вперед, и они оказались светлыми.
    Вещество спиц как бы плавает на некоторой высоте над плоскостью кольца. По-видимому, оно удерживается там силами электростатического отталкивания, влияние которых на пыль значительно больше, чем на крупные частицы. Отталкивание возникает вследствие того, что и пылинки и крупные частицы при облучении их ультрафиолетовым излучением Солнца приобретают электрический заряд одного знака (за счет отрыва электронов у молекул у поверхностного слоя).
    Газовая оболочка колец. Задолго до запуска космических аппаратов к Сатурну высказывалась мысль, что кольца Сатурна могут обладать своего рода атмосферой. В самом деле, над любой твердой поверхностью всегда существует насыщенный пар из беспорядочно движущихся молекул того же вещества. Твердые поверхности обладают также способностью притягивать к себе молекулы газов из окружающей среды. Следовательно, были все основания предполагать, что близ частиц колец концентрация газов повышена. Однако попытки обнаружить атмосферу колец путем наземных наблюдений не привели к успеху, что указывало на ее большую разреженность. Вопрос решился благодаря данным, полученным ультрафиолетовым спектрометром «Вояждера-1». Прибор отметил присутствие в спектре колец линии Lальфа, принадлежащей атомарному водороду. По интенсивности линии оценили число атомов в кубическом сантиметре атмосферы – их оказалось около 600, т.е. это действительно чрезвычайно разреженная атмосфера. Для сравнения укажем, что даже на высоте 1000 км земная атмосфера содержит около миллиона атомов в кубический сантиметр.


Сколько у Сатурна колец?

    Помимо давно известных и ярких колец А, В и С у Сатурна в прошлом столетии было открыто еще несколько колец, а в 21 веке космический аппарат Кассини открыл еще два новых кольца, ранее не замеченных потому, что концентрация частиц в них очень низка, а следовательно, низка и их яркость. В 1933 г. советский исследователь планет Н. П. Барабашов заметил, что на сделанных им снимках Сатурна в голубых лучах спектра наблюдается слабое свечение между внутренним краем кольца С и диском планеты. Он высказал предположение, что вещество колец простирается до самой облачной поверхности Сатурна, или, другими словами, внутри кольца С имеется еще одно ранее необнаруженное кольцо. Поскольку оно заметно в голубых лучах и незаметно в лучах более длинноволновых, то это указывает, что частицы его очень мелки: короткие световые волны они еще отражают, а более длинные имеют тенденцию в основном огибать эти миниатюрные частицы. В 1969 г. французский астроном П. Герен, не зная о работе Барабашова, вторично описал это самое внутренне из колец Сатурна, сопроводив публикацию фотоснимком. Было предложено обозначить это кольцо буквой D.
    Еще одно кольцо, на этот раз вне кольца А, было открыто в 1966 г. американским астрономом Дж. Фейбельманом в особо благоприятный период, когда кольца были обращены к земному наблюдателю ночной стороной, а раскрытие их приближалось к минимальному. Поэтому на снимках слабому свечению новооткрытого кольца не мешала яркость дневной стороны колец А и В, а само новое кольцо наблюдалось почти вдоль своей ширины, что существенно усиливало его очень низкую яркость. В других положениях плоскости колец относительно Земли это так называемое кольцо Е в земные телескопы обнаружить невозможно. «Вояджеры» своими снимками подтвердили существование колец D и Е и в добавок зафиксировали между кольцами А и Е еще одно разреженное пылевое кольцо – G. За год до «Вояджера-1» космический аппарат «Пионер-11» впервые заснял узкое слабое кольцо F, как бы обнимающее кольцо А, на расстоянии всего 4 тыс. км от него. Таким образом, было открыто 7 колец, которые в порядке удаления от планеты образуют ряд DCBAFGE. Все четыре разреженных кольца, D, F, G и E, пылевой природы. Кольцо Е – самое внешнее из всех и в то же время самое широкое: по данным наземных наблюдений, оно простирается на 300 тыс. км. Таким образом, четыре внутренних спутника Сатурна – Мимас, Энцелад, Тефия и Диона – движутся в среде этого кольца.
    Интересно, что яркость кольца Е заметно варьирует с расстояние от Сатурна, достигая максимума на орбите Энцелада. Отсюда было сделано заключение, что Энцелад, возможно, является поставщиком вещества этого кольца (что и было подтверждено космическим аппаратом Кассини). Большую полемику среди ученых вызвали аномалии строения кольца F. Камеры «Вояджера-1» показали, что кольцо F состоит из нескольких колечек общей шириной 60 км, причем два из них перевиты друг с другом, как шнурок. Некоторое время господствовало мнение, что ответственность за эту необычную конфигурацию несут два небольших новооткрытых спутника, движущихся непосредственно вблизи кольца F, один у внутреннего края, другой у внешнего края. Притяжение этих спутников не дает крайним частицам кольца уходить далеко от его середины, т.е. спутники как бы пасут частицы, за что и получили название «пастухов». Они же, как показали расчеты, вызывают движение частиц по волнистой линии, что и создает наблюдаемое переплетение компонентов кольца. Но «Вояджер-2», прошедший близ Сатурна девятью месяцами позже, не обнаружил в кольце F ни переплетений, ни каких-либо других искажений формы, в частности, и в непосредственной близости от «пастухов». Таким образом, форма кольца оказалась изменчивой. Для суждения о причинах и закономерностях этой изменчивости двух наблюдений, конечно, мало.

 
История "КОЛЕЦ"  
Можно смешивать тосол и антифриз. Тосол и антифриз можно ли смешивать auto-forum.club.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru