что такое кольцо вокруг сатурна

Кольца Сатурна

Обнаружение колец у планеты Сатурна стало настоящим шоком для ученых. Впервые Галилео Галилей заметил их в 1610 году, но и пролет Вояджеров в 1980-х гг. оставил много загадок.

Система колец Сатурна располагает миллиардами частичек. Их размеры могут достигать пылинок, а другие напоминают скалы. Некоторые из них отвечают за формирование зазоров между кольцами, а другие настолько малы, что не просматриваются отдельно, а вплетаются в общую дугу. Ниже представлен список с параметрами и можно узнать, как называются кольца Сатурна.

Моделированное изображение колец Сатурна передает информацию о параметрах частиц в различных участках, основываясь на замере эффектов трех радиосигналов с длиной волны 0.94, 3.6 и 13 см. Их пропустили от корабля Кассини сквозь кольца к Земле

Основные элементы структуры колец Сатурна

Составное изображение колец Сатурна

Составное изображение колец Сатурна. Продолжение

Полагают, что кольца Сатурна – остатки от комет и уничтоженных спутников. Каждое выполняет оборот вокруг планеты на своей скорости. Стоит отметить, что кольцевые системы присутствуют также у Юпитера, Урана и Нептуна. Но по масштабности и зрелищности Сатурн стоит на первом месте. Вместе его кольца в толщине охватывают 282000 км.

Обозначение

В качестве имен используется английский алфавит. Вы легко поймете, как называются кольца Сатурна, ведь именованы в порядке обнаружения и расположены близко. Выделяется лишь пробел Кассини – 4700 км. Главными выступают С, В и А. Зазор Кассини разделяет В и А. Также есть слабые кольца. Наиболее приближенное – D. F – узкое, расположенное возле А. К слабым причисляют G и E.

Чтобы попасть на орбитальную точку Сатурна, Кассини пришлось пройти между F и G. Чтобы обезопасить аппарат, его установили на автономное управление и отключили все камеры и приборы. Но проход позволил добыть огромное количество информации о кольцах и их вид изнутри.

Обнаружение

Человечество тысячелетиями следило за ночным небом, но лишь в 1619 году Галилео Галилею впервые удалось заметить эту планетарную особенность. Но ему показалось, что рядом с планетой находится еще две планеты, которые лишены движения. Он просто описал Сатурн как «планета с ушами». При обзоре в 1612 году заметил, что «уши» исчезли и появились в 1613-м.

В 1655 году Христиан Гюйгенс использовал более мощную аппаратуру и рассмотрел кольца в их истинной природе. Оказалось, что в 1612 году «уши» исчезли, потому что повернулись острием к Земле. Но в 1613-м угол зрения изменился, и они снова появились. Сейчас мы знаем, что это повторяется раз в 14 лет.

В 1675 году Джованни Кассини отметил, что кольцо не выступает сплошным, а представлено несколькими дугами, отделенными зазорами. Крупнейший назвали пробелом Кассини. В 1859 году Джеймс Максвелл рассчитал, что кольца не могут выступать сплошными, потому что рвутся гравитационными силами. Он предположил, что мы столкнулись с миллионами мелких частичек, расположенных на орбите вокруг планеты. Это подтвердили в 1895 году в спектроскопическом обзоре.

Размер и состав

Сколько колец у Сатурна? Наблюдения в современные приборы показывают, что вокруг планеты сосредоточено примерно 13 концентрических колец. Большая часть именована по буквам алфавита в порядке обнаружения (разрыв Кассини отделяет А и В). Часть системы, наблюдаемая в телескоп, начинается с D (66900 км от Сатурна) и движется к F (140180 км). Это дистанция в 73280 км. Но пылевые частички можно зафиксировать и на удаленности в 13 000 000 км.

Видимая часть наблюдается на отдаленности в 280360 км, где ширина колец достигает всего 10 м и 1 км. Несмотря на масштабность кольцевой площади кольца лишены примечательной плотности. Если собрать весь материал вместе, то получили бы примерный объем Мимаса (диаметр – 396 км)

В 1610 году Галилео Галилей первым заметил кольца возле Сатурна

Из чего же состоят кольца Сатурна? Анализ колец показывает, что они на 99.9% наполнены льдом и небольшим количеством минералов. По размеру способны походить на гальку или скалы с параметрами дома. Снимки, добытые зондами, продемонстрировали, что внутри колец можно отыскать сложные узоры, напоминающие паутину. Скорее всего, здесь просматривается гравитационное воздействие планеты и спутников. Некоторые луны-пастухи вращаются вокруг колец и формируют зазоры. К примеру, F-кольцо существует за счет активности Пандоры и Прометея.

Происхождение

Есть несколько теорий происхождения колец. В 19-м веке Эдуард Рош предположил, что это остаточный материал от крупного планетарного спутника, разорванного на части гравитацией. С помощью математических расчетов он определил критическую удаленность гипотетической луны. Теперь это используют как «предел Роша» и его можно применить к любому небесному телу.

Также есть мнение о том, что кольца представлены материей, оставшейся от изначального материала планетарного формирования. В итоге осколки за чертой Роша слились и создали луны, а остальная часть пошла на формирование колец. Или же был крупный спутник, уничтоженный ударом/столкновением.

Приближенные кольца Сатурна с отметками названий. Зазор Кассини расположен между А и В

До 80-х гг. вся информация о кольцевой система поступала исключительно из земных телескопов. Но полеты Вояджеров 1 и 2 прислали первые снимки. А в 2005 году к планете прибыла миссия Кассини-Гюйгенс, где аппарат несколько раз окунался в зазоры и в 2017 году погрузился в планетарную атмосферу.

Точный возраст колец Сатурна остается загадкой, но есть мнение, что кольцам может быть уже 4 млрд. лет.

Источник

Кольца Сатурна — уникальная достопримечательность Солнечной системы

Все знают про существование планеты Сатурн. И хотя многие не могут сказать толком, где она находится и каковы её основные характеристики, все могут назвать основную достопримечательность Сатурна – его кольца. Да, ни одна другая планета Солнечной системы не имеет такого шикарного украшения, делающего её похожей на сомбреро.

Наверняка вы задумывались, что это за странные образования, откуда они появились, из чего состоят. Пришло время узнать ответы на эти вопросы и рассказать про это своим детям.

Что представляют собой кольца Сатурна

Если посмотреть на Сатурн в телескоп, они выглядят, как сплошной диск. Мало того, они выглядят так же и на фотографиях с космических зондов, пролетавших вблизи. На самом деле, конечно, они не могут быть сплошными.

Кольца Сатурна представляют собой огромное количество мелких частиц, вращающихся вокруг планеты в её экваториальной плоскости. Размеры этих частиц разные – от микрометров до сантиметров. То есть, по сути, это пыль и мелкие камни, но не простые, а в основном ледяные. Встречаются там и более крупные камни, размером в несколько метров, и даже глыбы в десятки метров.

Вблизи кольца Сатурна выглядели бы примерно так.

Кольцо Сатурна состоит из множества отдельных колец разной ширины. Они отличаются толщиной, составом. У каждого есть собственное обозначение. Самое крайнее обозначено буквой E.

Ширина колец огромна – внешний край последнего, обозначенного буквой E, находится на расстоянии 480 000 км от центра планеты, а только его ширина достигает 300 000 км. Но есть еще более широкие, хотя они настолько разреженные, что заметить их почти невозможно. Так, кольцо Феба, открытое в 2009 году, имеет диаметр 13 миллионов километров!

При этом толщина этих структур очень мала по сравнению с их шириной – от десятка метров до километра. Поэтому они довольно прозрачные – через них могут просвечивать звёзды.

В некоторых местах между отдельными кольцами есть пустые промежутки разной ширины. У них есть названия – деление Энке, щель Кассини и прочие. В этих промежутках количество частиц гораздо меньше.

Открытие колец Сатурна

Первым кольца Сатурна увидел Галилео Галилей в 1610 году, воспользовавшись своим 20-кратным телескопом. Но он не понял, что это такое – качество изображения его телескопов было далёким от идеального. Поэтому Галилей решил, что видит по бокам от планеты непонятные «придатки», и она «тройная». Он написал:

«Высочайшую планету тройную наблюдал».

В 1612 году Галилей был озадачен, не увидев у Сатурна ничего – в то время кольца были расположены ребром к Земле и были невидимы. Но потом они снова стали видны.

Галилео Галилей, первооткрыватель колец Сатурна.

А вот первым человеком, увидевшим Сатурн во всей красе вполне отчётливо, стал нидерландский астроном Христиан Гюйгенс. Он наблюдал его в 50-кратный телескоп собственного изготовления и хорошо рассмотрел. Результаты наблюдений он опубликовал 5 марта 1656 года.

«Кольцом окружен тонким, плоским, нигде не прикасающимся, к эклиптике наклоненным».

Однако Гюйгенс не мог рассмотреть детали в свой маломощный телескоп. Поэтому он и решил, что странное образование всего одно, твёрдое и тонкое. В принципе, так оно и выглядит при увеличении 50 крат. Учитывая, что до этого никто еще не видел такого невероятного феномена, ничего удивительного в выводах Гюйгенса нет.

Дальше последовали более детальные исследования – Джованни Кассини в 1675 году обнаружил промежуток в кольце, названный потом в его честь щелью Кассини. В 1859 году Джеймс Максвелл высказал теорию, что эти структуры не могут быть сплошными, и должны состоять из множества мелких частиц. Через 10 лет эта версия подтвердилась спектрографическими наблюдениями.

Кольца Сатурна со времени открытия их Галилеем оказались очень необычным явлением, озадачившим многих учёных. В течении нескольких веков их природа оставалась непонятной. Много учёных приложили руку к установлению их истинной природы. Сейчас, когда они довольно детально изучены вблизи, с помощью космических зондов, мы знаем о них немало.

Происхождение колец Сатурна

Многим интересно, почему у Сатурна есть такое образование, а у других планет нет. На самом деле нечто подобное есть у всех планет – гигантов – у Юпитера, Урана и Нептуна. Но их колечки очень слабые и с Земли их нельзя увидеть. Их обнаружили лишь в непосредственной близости с помощью космических зондов.

Насчёт происхождения колец Сатурна существовало немало теорий, но наиболее новой и вероятной представляется одна. Согласно ей, они образовались из-за поглощения Сатурном своих крупных спутников. Когда планеты только сформировались, 4.5 миллиардов лет назад, у Сатурна было несколько крупных спутников, каждый из которых был больше Луны. Постепенно они приближались к планете, разрушались, а их тяжелые минеральные обломки падали на планету.

Но много их мелких частей, преимущественно из ледяной оболочки, оставались на орбите. Их начальные размеры составляли 1-50 км. Всё больше дробясь из-за многочисленных столкновений, они образовали ту мелкую ледяную пыль, которая собралась в виде диска вокруг планеты.

Кольза появились после разрушения нескольких крупных спутников.

В 2006 году стало понятно, что внешнее кольцо Е образовалось благодаря спутнику Энцеладу, орбита которого проходит как раз там. На Энцеладе есть такое явление, как ледяные гейзеры, когда вода выбрасывается из его недр через трещины в коре. Эти гейзеры могут достигать высоты до 500 км, выбрасывая 250 кг водяного пара в секунду. Ледяная пыль образуется из этого пара и обозначает орбиту спутника.

Первоначальная масса колец Сатурна была в 1000 раз больше современной. Со временем планета поглотила большую часть вещества — оно непрерывно оседает в атмосфере. За миллиарды лет мимо пролетело немало астероидов и комет, которые тоже увлекли за собой немало вещества. А некоторые из них сами стали жертвой Сатурна, были захвачены им и раздроблены в мелкую пыль.

Любопытно, что спутник Сатурна Титан, по-видимому, относится как раз к тем первичным спутникам, которые и породили кольца. Титан — последний из них и единственный, который не разрушился. Все остальные исчезли, а их разрушенные ледяные оболочки образовали тот великолепный диск, которые мы видим сейчас. Хотя пару миллиардов лет назад он был гораздо более впечатляющим.

Сколько колец у Сатурна

Сейчас у Сатурна известно 7 более-менее широких колец. Самые большие обозначаются в таком порядке от планеты – D, C, B, A, F, G, и E. Это довольно крупные образования, которые видны в крупный телескоп с Земли. Лишь E невидимо с Земли, так как слишком разреженное и было обнаружено зондами.

Кольца С, B и A хорошо видны в любительские телескопы – именно в таком порядке они расположены от центра планеты. Между B и A расположена щель Кассини – большой промежуток, также хорошо заметный в любительские телескопы.

Область вблизи планеты.

Удалённая от планеты область.

Но на самом деле никто не знает, сколько таких образований в действительности. Дело в том, что эти 7 крупных колец разбиты на неимоверное количество более тонких, как грампластинка, содержащая множество отдельных дорожек. Количество их огромно и подсчитать все практически невозможно. Особенно учитывая, что в ширину весь диск простирается на миллионы километров и не все его части видимы в оптическом диапазоне.

Так что мы можем выделить лишь 7 крупных колец, которые явно отличаются цветом или разделены промежутками, а сколько в них содержится более узких – неизвестно. Причём они при приближении сами делятся на еще более узкие. Ширина некоторых составляет всего 10 метров, а других – 1 км.

Обозначение колец Сатурна

Как вы уже заметили, кольца обозначаются буквами латинского алфавита, начиная с буквы A. Расположены они не по порядку. Самые заметные и крупные обозначены A, B, и C, если смотреть снаружи по направлению к планете. Их и открыли первыми.

Расположение колец Сатурна.

Другие кольца были открыты позже, как ближе к планете, чем C, так и дальше A. Поэтому кольца, обозначенные другими буквами, расположены в разных местах. Так, D ближе к планете, а F – на окраине.

Размер, состав и масса колец Сатурна

Как уже говорилось, размер этих структур – понятие условное. Ведь не все они видны визуально. Так, кольцо Феба, обнаруженное в 2009 году, простирается на расстояние до 13 миллионов километров от центра планеты. Конечно, оно довольно разреженное. Возможно, что мелкие частицы можно обнаружить и на большем удалении.

В составе колец в основном пыль и водяной лёд. Размеры частиц составляют в основной массе от микрометров до нескольких сантиметров. Конечно, встречаются и более крупные глыбы, размером в несколько метров, и даже десятков метров, но их немного в общей массе.

Кольца Сатурна и спутник Титан. Фото зонда «Кассини».

Несмотря на всю грандиозность, в кольцах сейчас не очень много вещества. Если его собрать, то получится кучка размером со спутник Сатурна Мимас, диаметр которого всего лишь около 400 км. Планета миллиарды лет поглощает окружающее её вещество, и его становится всё меньше.

Любопытно, что кольца вращаются вокруг планеты с разной скоростью – чем дальше от центра, тем медленнее. То есть их движение похоже не на вращение твёрдой грампластинки, а напоминает движение воды. Это и неудивительно, ведь они состоят из мириадов отдельных частиц.

Согласно данным зонда «Кассини», потери вещества из колец активнее всего идут в близких к планете областях. Сатурн поглощает из них примерно 40 тонн вещества в секунду. Уже через несколько миллионов лет кольца Сатурна будут напоминать юпитерианские – станут очень тонкими и незаметными.

В кольцах расположено несколько спутников, которые движутся по своей орбите вместе с самим диском. Самые крупные из них расчистили себе путь своей гравитацией.

Некоторые спутники Сатурна расположены внутри колец.

Наблюдение колец Сатурна

Кольца расположены в экваториальной плоскости Сатурна, а он сам наклонён под углом около 27 градусов к эклиптике. Поэтому в разное время мы видим их под разным углом наклона. Иногда они становятся к Земле ребром и тогда вообще невидимы, так как очень тонкие. Так произошло в 1612 году, когда Галилей не смог их обнаружить.

Они исчезают, когда на Сатурне наступает равноденствие, затем в течении 7 лет они раскрываются всё шире, а потом 7 лет угол уменьшается до нуля. Затем процесс повторяется снова.

Наблюдать кольца Сатурна можно даже в небольшой телескоп с диметром объектива 60-70 мм. При обладании отличным зрением их можно обнаружить даже в бинокль, конечно, без деталей, как небольшие выступы сбоку от планеты.

В телескоп же можно увидеть гораздо больше деталей и кольца видны совершенно чётко. При их хорошем раскрытии можно без особого труда увидеть щель Кассини. Если использовать голубой фильтр, проявится больше деталей.

Так выглядит Сатурн и его кольца в любительский телескоп Sky-Watcher BK909.

Лучше всего наблюдать кольца Сатурна, его поверхность и спутники во время противостояний, когда расстояние до этой планеты минимально. Ближайшие противостояния:

Если у вас есть хотя бы небольшой телескоп, обязательно направьте его на Сатурн. Вид его никого не оставляет равнодушным. Пользуйтесь моментом, что живёте в эпоху, когда он всё еще выглядит впечатляюще, ведь продлится это всего каких-то несколько миллионов лет).

Источник

Откуда взялись кольца у Сатурна и у других планет-гигантов

Кольца Сатурна – давняя загадка для учёных, с самого момента их открытия. И хотя Галилео Галилей в 1610 году не смог их рассмотреть, но уже к 1656 году Христиан Гюйгенс провёл свои наблюдения и написал, что планета окружена кольцом. Да, это было невиданное чудо, странное и загадочное.

Остаётся это загадкой и сейчас, потому что происхождение колец Сатурна до конца так и не выяснено. А ведь они есть и у других планет-гигантов – у Юпитера, у Урана, и у Нептуна. При этом наблюдаются большие различия как в их размерах, так и в составе.

У Сатурна кольца очень широкие и на 90-95% состоят из льда – от микроскопических частиц до крупных ледяных камней и даже настоящих глыб. У других планет кольца тусклые, практически не заметные. Их и обнаружили только благодаря космическим зондам, которые оказались непосредственно вблизи планет. А состав их смешанный – кроме льда, там много и каменистой породы, в основном пыли.

Понятно, что планеты получили свои кольца примерно одинаковым путём, но как именно происходил этот процесс? И почему они получились такими разными, да ещё и с разным составом? Всё это много лет занимает умы учёных, и они разработали разные теории. Самая реалистичная основана на модели Ниццы и компьютерном моделировании.

Модель Ниццы

Чтобы лучше понять, откуда у Сатурна и других планет кольца, обратим внимание на модель Ниццы. Она была разработана в городе обсерватории, расположенной в городе Ницце во Франции, откуда и получила своё название. В ней прорабатывается эволюция Солнечной системы от самого её возникновения. Хотя в ней и есть некоторые труднообъяснимые места, в целом она считается самой правдоподобной и полной на данный момент.

Итак, когда Солнечная система была ещё молодой, примерно 4 миллиарда лет назад, планеты-гиганты располагались на других орбитах, чем сейчас. Они были гораздо ближе к Солнцу и друг к другу. Так, расстояние от Солнца до Нептуна составляло всего примерно 17 а.е, против современных 30 а.е.

Сразу за планетами начинался древний пояс Койпера, где было множество планетезималей, состоящих из льда и камня. Дальняя граница этого пояса располагалась на расстоянии 35 а.е. от Солнца – примерно там, где сейчас Нептун.

Понятно, что планетезимали, которые находились на внутреннем краю этого пояса, взаимодействовали с ближайшими к ним планетами – гигантами – Ураном и Нептуном. В итоге они обычно забрасывались их гравитацией внутрь планетной системы. Там в дело вступали и другие планеты – Сатурн и Юпитер. Происходили столкновения, планетезимали разрывались на части и дробились, некоторые забрасывались на внутренние орбиты, а другие вовсе выбрасывались из Солнечной системы.

Все эти катаклизмы продолжались сотни миллионов лет, но в итоге этого грандиозного «футбола» планеты – гиганты отдалились от Солнца и заняли современное положение. И заодно они получили свои кольца.

Как Сатурн и планеты-гиганты получили свои кольца

Теперь рассмотрим такое понятие, как предел, или радиус Роша. Это такое расстояние от планеты, на котором гравитация спутника уравновешивает действие гравитации планеты, то есть существует гравитационное равновесие. Если этот спутник вдруг окажется к планете ближе, чем предел Роша, то будет разрушен её гравитацией.

А теперь вспомним, что в далёком будущем планеты-гиганты взаимодействовали с большим количеством планетезималей, которые прибывали к ним из раннего пояса Койпера по самым разным траекториям. Многие из них пролетали и ближе, чем предел Роша, а потому разрушались, образуя много обломков разного размера. Вероятно, они достигали в поперечнике 100 км и даже больше.

Часть этих обломков падала в атмосферу, а часть оставалась на орбите. Сталкиваясь между собой и дальше, эти обломки всё больше дробились и приобретали более круговую орбиту. Так они постепенно и образовали кольца. В них сейчас можно обнаружить очень мелкие части бывших обломков, практически микроскопическую пыль.

Но почему же кольца Сатурна состоят в основном из льда, а кольца других планет – преимущественно из каменной пыли? Дело в том, что Сатурн – планета с меньшей плотностью, поэтому гравитация у него меньше, несмотря на большие размеры. И предел Роша у него расположен ближе. Поэтому для разрушения телу нужно приблизиться ближе к Сатурну. Но на такой низкой траектории процесс разрушения не завершается полностью – планета успеет только сорвать верхний слой льда и мантии, а ядро упадёт в атмосферу.

А вот у Урана и Нептуна предел Роша находится далеко от самой планеты. Поэтому они в состоянии разрушить даже тело, которое пролетает далеко от них. При этом они могут разорвать его полностью, не только оболочку, но и само ядро. И все эти куски останутся на орбите. Поэтому в их кольцах больше различных горных пород, чем льда.

Вот такая теория по происхождению колец у планет-гигантов существует сейчас. Конечно, в ней много своих нюансов и сложностей, но на данный момент она лучше всего объясняет весь процесс. Мы рассмотрели его очень упрощённо, и надеемся, что всё было понятно. Кстати, эта теория была смоделирована на компьютере и показала убедительные результаты, а итоги были опубликованы в журнале Icarus.

Источник