Сатурн - Властелин Колец
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Сатурн
 Сатурн
Великолепие колец
Страница: Великолепие колец, Особенности колец;
Сатурн: Властелин Колец

Сатурн как планета

Кольца и полукольца Сатурна

    Начиная с открытия Галилеем колец Сатурна этот удивительный феномен привлекал внимание и поэтов, и ученых. Тем более что до сих пор их происхождение остается загадкой, а исследования лишь усложняют этот вопрос.

    Сегодня известно, что кольца Сатурна состоят из примерно 35 трлн. тонн льда, пыли и камней. Работающий близ планеты зонд Cassini и его предшественники миссии Voyager зафиксировали и тот факт, что структура колец не так неизменно, как это кажется с Земли. В них появляются и исчезают дугообразные арки, а некоторые из многочисленных спутников выбрасывают в космос потоки ледяных частиц, которые со временем формируют новые небольшие кольца или вливаются в старые.

Кольца Сатурна
Кольца Сатурна только выглядят твердыми. По сути, это масса мелких обломков.
КОЛЬЦА САТУРНА

    А не так давно было замечено и то, как некий объект врезался в одно из колец, оставив за собой глубокий след раскиданных обломков. Все это подтверждает, что процесс формирования колец шел постепенно, и сегодня они являются динамичной системой. Но и по сегодня детали и сроки появления каждого из колец остаются невыясненными.
    Кстати, собственной системой колец обладают и некоторые другие планеты Солнечной системы – Юпитер, Уран и Нептун – хотя и не могут похвастаться таким великолепием, как Сатурн. И пока объяснить, почему и как именно у него появился набор, состоящий из 7-ми крупных колец (начиная с внутреннего, в порядке открытия: D, C, B, A, F, G и E).

Кольца Сатурна
Замечательная панорама Сатурна, снятая Cassini за 3 часа работы: Солнце скрылось за планетой, и та оказалась в глубокой тени, зато кольца сияют во всем великолепии. Благодаря этому снимку удалось открыть малые, ранее неизвестные кольца.
КОЛЬЦА САТУРНА

    По одной теории, кольца появились в результате разрушения крупного спутника, случившегося из-за произошедшей около 4 млрд лет назад мощной метеоритной бомбардировки. Впрочем, с тем же успехом со спутником могла столкнуться крупная комета или астероид. Разрушение «чужеродного» тела могло произойти из-за влияния самого гигантского Сатурна, буквально разорвавшего его своим мощным притяжением. Кстати, наличие «брешей» в кольцах, которые оставили крупные и твердые фрагменты, говорят в пользу именно этой гипотезы.
    Сторонники другой версии считают, что материал, сформировавший кольца, это останки околопланетного облака материи, которое из-за непостоянства притяжения Сатурна не смогли, как у некоторых других планет, сформировать полноценный спутник или спутники. Точнее говоря, в спутники превратились лишь внешние области облака, а частицы внутренних областей, вращаясь слишком быстро и беспорядочно, соударялись слишком мощно, постепенно лишь дробясь и становясь все более рыхлыми.
    Открытым также остается вопрос о возрасте колец. Первые тщательные исследования этого вопроса дали цифру в 4,6 млрд лет – выходит, кольца Сатурна почти что ровесники Солнечной системы! Однако собранные миссией Voyager данные привели к совершенно иному результату: 200 млн лет – то есть, они сформировались тогда, когда на Земле уже обитали динозавры.

Кольца Сатурна
Плоская форма колец - результат работы центробежной и гравитационной сил: притяже-ние сжимает кольца, а центробежная сила препятствует сжатию поперек оси вращения.
КОЛЬЦА САТУРНА

    Ясности в этом деле не прибавила и работа зонда Cassini: судя по его данным, разные кольца вполне могли сформироваться независимо друг от друга, в разное время и по разным причинам. Так, кольцо Е постоянно «подпитывает» поток ледяных частиц, на манер гейзера бьющий с одного из спутников, Энцелада. Некоторые небольшие внутренние луны Сатурна вращаются прямо в пределах полных (или молодых и еще не замкнувшихся) колец, из-за постоянных столкновений и ударов микрометеоритов тоже постоянно внося новую материю в их состав.
    Более того, некоторые самые «древние» кольца оказались способны к постоянному обновлению. Так, фрагменты, входящие в состав кольца В, претерпевают непрерывный процесс слипания в более крупные частицы и следующего за ним нового разлома, то и дело демонстрируя астрономам свеженький, как будто совсем недавно появившийся лед.
    Впрочем, нельзя не сказать, что за последние годы в изучении колец Сатурна произошло немало важных событий. Так, пока Солнце скрылось за планетой, тот же Cassini впервые снял с великолепным качеством полную панораму всех колец. Еще одно редкое событие произошло уже в августе 2009: местное равноденствие, которое случается примерно раз в 15 земных лет и во время которого кольца освещались почти строго с ребра, позволило получить данные об их толщине.
    Однако до сих пор вопросов о кольцах остается куда больше, чем ответов. Возможно, поэтому миссия Cassini недавно продлена до 2017 г. Возможно, это позволит уточнить возраст колец и раскрыть их многочисленные загадки.

ЛЕДЯНЫЕ ГОРЫ

    Кольца Сатурна являются скоплениями ледяных и каменистых обломков, имеющих форму почти плоских дисков диаметром в сотни тысяч километров. Толщина их в некоторых областях составляет не более 10 м, зато в других она может достигать нескольких километров – так свидетельствуют недавно полученные снимки Cassini.

Кольца Сатурна
Этой весной с Земли кольца Сатурна были почти неразличимы, но Cassini не имел подобных проблем.
КОЛЬЦА САТУРНА

    К всеобщему удивлению астрономов, на блестящих кольцах Сатурна недавно были обнаружены горы высотой в несколько километров.
    Свежие изображения колец Сатурна, присланные зондом Cassini, открыли у них новые необычные особенности. Кольца, которые вообще-то являются довольно тонкими и плоскими образованиями, в некоторых местах внезапно утолщаются, формируя высокие горы. Судя по всему, эти структуры – продукт массового столкновения образующих кольца фрагментов, столкновения, окутанного целыми облаками ярко сверкающий в солнечных лучах ледяной пыли.

Кольца Сатурна
Гравитация спутника Дафниса создала на плоскости одного из колец пик высотой около 4 км, который оказался легко различим на снимках из-за длинной тени, которую отбрасывал.
КОЛЬЦА САТУРНА

Боб Паппалардо, один из работающих с миссией Cassini ученых так описал недавнюю находку: «Это как надеть 3D-очки и внезапно обнаружить у картинки третье измерение. Это одно из самых важных открытий, сделанных за все время работы Cassini».

    Полученные и обработанные изображения были сделаны аппаратом в течение недели, в районе 11 апреля 2009 года, когда на Сатурне было равноденствие. В этот период блестящие кольца планеты повернуты к Солнцу ребром, и с Земли практически невидимы. Стоит сказать, что для Сатурна равноденствие – куда более редкое явление, чем для нашей планеты, поскольку полный круг по своей огромной орбите он совершает за целых 30 наших лет.

Кольца Сатурна
«Вершина» обнаружилась в кольце А близ Щели Энке.
КОЛЬЦА САТУРНА

    Во время местного равноденствия, когда Солнце подсветило кольца с ребра, все неровности на их поверхности стали видны – и Cassini не растерялся. Высота «горных пиков» установлена по длинной тени, которую они отбрасывали.

Еще одна ученая, занятая изучением окрестностей Сатурна, Каролин Порко (Carolyn Porco) говорит: «Мы считали, что плоскость колец имела в высоту не больше пары этажей, если сравнивать их с современными зданиями. На деле же она может достигать 3 километров – для нас это звучит, как воплотившаяся научная фантастика».

    Действительно, одна из «вершин» на кольцах поднимаются почти на 4 км – земные горы аналогичной высоты уже покрываются снегом. Ученые считают, что она создается влиянием Дафниса, одной из многочисленных лун Сатурна.

ПРИРОДА КОЛЕЦ

    Кольца Сатурна занимают воображение и профессионалов, и просто любознательных людей еще с момента их открытия Галилео Галилеем в 1610 г. А современные наблюдения сделали их еще более интригующими.
    Вокруг гигантской газовой планеты Сатурна вращаются тысячи колец, состоящих из фрагментов льда и каменистых пород. Фрагменты эти имеют самые разные форму и размеры: одни из них не превышают крупинки соли, другие достигают величины небольшого дома. Считается, что это – обломки комет, астероидов и метеоров, а также лун, захваченных и уничтоженных колоссальным притяжением огромной планеты. Каждое из колец вращается вокруг Сатурна на своем расстоянии и со своей скоростью. Они плоские и блестящие: силы гравитации заставляют их стягиваться во всех направлениях, а противодействующие им центробежные силы вытягивают только в одном, что и «сплющивает» кольца. В толщине они имеют около 1 км, а то и менее, тогда как диаметр их достигает 282 тыс. км – более 3/4 расстояния от Земли до Луны.

Кольца Сатурна
Кольца Сатурна
    1. Приближаясь к радиусу Роше, спутник начинает все более деформироваться гравитацией планеты.
    2. У предела Роше его собственное притяжение уже не в силах противостоять притяжению планеты, и спутник начинает разрушаться.
    3. Чем ближе к планете обломки спутника, тем быстрее они начинают двигаться.
    4. Различная скорость обломков понемногу разделяет их и образуются кольца
КОЛЬЦА САТУРНА

    Кольца именуются в алфавитном порядке, в той последовательности, в которой они были открыты. Они расположены довольно близко друг к другу, за исключением так называемой «щели Кассини» (промежутка примерно в 4,7 тыс. км между кольцами А и В). Главные (то есть, самые крупные) – это кольца С, В и А (если считать от планеты). В последние годы открыта масса более мелких колец, самое близкое к планете – кольцо D. Детальная структура всех колец, рождающаяся из сложных гравитационных взаимодействий и кинематики их движения, во многом остается загадочной. Но нет и ясного понимания того, откуда у Сатурна такие большие кольца.
    Недавно группа французских астрономов во главе с Себастьяном Шарно (Sebastien Charnoz) высказала предположение, что кольца Сатурна образовались в ходе «поздней тяжелой бомбардировке», случившейся спустя примерно 700 млн лет после образования самой планеты. В ходе этого события поток «космического мусора» столкнулся с одним из спутников Сатурна. Как правило, разорванная на части луна просто разлетается на куски, одни из которых падают на планету, другие улетают в космос, и лишь немногие (и ненадолго) остаются на орбите.

Кольца Сатурна
Кольца Сатурна

    Догадка же, высказанная группой Шарно, состоит в том, что тот погибший спутник обращался вокруг Сатурна близ предела Роше (это радиус орбиты спутника, ниже которого приливные силы гравитации планеты превысят собственную гравитацию спутника и понемногу разрушат его). Это и позволило его обломкам «удержаться» на околопланетной орбите.
    Эта догадка, кстати, позволяет объяснить, почему ни у Юпитера, ни у Нептуна с Ураном нет таких массивных колец, как у Сатурна. Даже если эти планеты некогда имели спутник с орбитой близ предела Роше, расчеты показывают, что надолго они там не смогли бы задержаться. С Сатурном другая история, поскольку его аномально быстрое вращение способно на большее время стабилизировать орбиту спутника на нужном расстоянии.
    Впрочем, специалисты отмечают, что для подтверждения или опровержения гипотезы французских ученых потребуется время – прежде всего, необходимо лучше понять всю эволюцию Солнечной системы.
    Поразительным кольцам Сатурна посвящена масса современных исследований. Так, недавно было установлено, что они со временем уменьшаются, а поблизости от них можно увидеть еще и арки – разомкнутые кольца.

РАЗОМКНУТЫЕ КОЛЬЦА

    В ближайших окрестностях Сатурна найдены не только кольца, но и арки – те же кольца, только разомкнутые. Пускай и не такие красивые, они, все же, по-своему интересны.
    Спутники Сатурна – это настоящий зоопарк. Паноптикум. Здесь найдутся и гиганты, и крошки вроде Анфы или Метоны, размерами не больше крупного астероида. Тем интересней исследования этой части нашей Солнечной системы, которые уже больше 10 лет ведет миссия Cassini-Hyugens. Недавно зондом было сделано очередное открытие – наличие разомкнутых колец, или арок в окрестностях небольших спутников Анфы и Метоны. Находка эта проливает новый свет на то, как сложны, на самом деле, «внутренние отношения» 60-ти с лишним спутников Сатурна друг с другом.

Кольца Сатурна
Присланные Cassini снимки показывают разомкнутое кольцо близ Анфы, крохотной луны Сатурна.
КОЛЬЦА САТУРНА

    Дело в том, что оба небольших спутника вращаются в непосредственной близости от значительно более крупной луны – Мимаса, который существенно влияет на их орбиты и заставляет их колебаться на пути вокруг Сатурна. Как показали исследования Cassini, колебания эти происходят по дугам, напоминающим арки земных строений. «Когда мы заметили светящиеся арки близ Анфы и Метоны, - говорит Ник Купер (Nick Cooper), - мы не могли не подумать, что между их колебаниями и этими следами имеется связь».

Кольца Сатурна
Стрелками отмечены положения Анфы (слева вверху) и Метоны (справа внизу).
КОЛЬЦА САТУРНА

    Ранее зонд Cassini уже присылал снимки арки возле Метоны, но близ Анфы она замечена впервые. Ученые склоняются к тому, что арки эти образуются из вещества самих Анфы и Метоны, из материи, выбитой из этих малюток ударами микрометеоритов. Из-за гравитационного воздействия Мимаса вещество это не растягивается в замкнутые кольца вокруг Сатурна, а остается в сравнительно узкой дугообразной области.
    Считается, что Мимас ответствен и за возникновение значительно более крупной арки в G-кольце Сатурна. Более того, можно предположить, что если какая-нибудь катастрофа полностью разрушит Анфу, ее останки образуют такую большую дугу. В отличие от этого, вещество, выбитое с некоторых других лун Сатурна – в частности, Януса или Эпифемея – никакому «стороннему» влиянию не подвергается и может свободно образовывать прекрасные кольца вокруг планеты.

КОЛЬЦО G

    Работая в окрестностях Сатурна, зонд-ветеран Cassini различил в одном из колец планеты крохотную и подвижную яркую точку. Судя по всему, это – до сих пор неизвестный ученым спутник Сатурна, основной источник этого кольца.
    Внимательно изучая присланные зондом Cassini данные, астрономы обнаружили на нем небольшой объект – по их оценкам, не более 500 м в диаметре, почти незаметный на фоне кольца G, одного из неполных колец Сатурна. «До сих пор, - говорит один из авторов работы Мэттью Хедмен (Matthew Hedman), - кольцо G было единственным из колец Сатурна, для которого была неизвестна связанная с ним луна. Теперь же все стало ясным».

Кольца Сатурна
Последовательность из 3-х снимков, сделанных зондом Cassini в течение 10-ти минут. На них виден путь, которые за это время преодолела открытая недавно луна Сатурна в его ярком кольце G.
КОЛЬЦА САТУРНА

    Впечатляющие кольца Сатурна получают названия в том порядке, в котором они открыты, а не в том, в каком они расположены. Реальный порядок их, начиная с самого внутреннего, такой: D, C, B, A, F, G и E. Понятно, что G – одно из самых внешних колец, оно же и одно из самых нечетких и слабых. Однако в его пределах есть область намного более плотная и, соответственно, яркая на фотографиях – дуга шириной около 250 км, протянувшаяся примерно на 150 тыс. км, то есть 1/6 часть всей окружности кольца. Именно внутри этой области и сделана недавно находка.
    В принципе, ученые не сомневались, что где-то должен находиться спутник, ответственный за появление кольца G, так что фактическое его обнаружение – прекрасный пример четкой связи теории с практикой.

Кольца Сатурна
На сегодня известно около 60-ти спутников Сатурна, и еще несколько предполагаются.
КОЛЬЦА САТУРНА

    Впервые признаки ранее неизвестного спутника Сатурна были замечены на снимке, сделанном в середине августа 2008 года. И они тут же получили подтверждение на паре фотографий, сделанных непосредственно перед тем. Новые подтверждения появились и позднее, уже на снимках, которые датируются концом февраля 2009 г. Сама по себе эта луна чересчур крохотная, чтобы камеры Cassini могли сфотографировать ее напрямую, так что оценки размеров тела сделаны, исходя из его яркости, а отношение яркости и величины взято на основе данных по другому малому спутнику Сатурна, Паллене.
    Внимательно исследуя снимки Cassini, Хедман и его соавторы пришли к выводу о том, что на траекторию полета новооткрытого спутника влияет и притяжение его более крупного собрата, Мимаса. Более того, и сам этот спутник может оказаться не единственным «обитателем» дуги в кольце G. Некоторые более ранние данные Cassini показали наличие в ней обломков размерам от 1 до 100 м, «приложить руку» к появлению которых может и еще одно неизвестное тело.
Источник материала: портал Space.Com 

Ремонт принтеров в Красногорске ремонт принтеров. Обслуживание компьютеров.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru