Кем были открыты кольца сатурна. Почему вокруг сатурна кольца? Когда сформировались кольца

Существует 3 основных кольца, названных A, B и C. Они различимы без особых проблем с Земли. Есть и более слабые кольца – D, E, F. При ближайшем рассмотрении колец оказывается великое множество. Между кольцами существуют щели, где нет частиц. Та из щелей, которую можно увидеть в средний телескоп с Земли (между кольцами А и В), названа щелью Кассини. В ясные ночи можно даже увидеть менее заметные щели. Внутренние части колец вращаются быстрее внешних.

КОЛЬЦА САТУРНА

Ширина колец равна 400 тыс. км, однако в толщину они составляют всего несколько десятков метров. Сквозь кольца можно увидеть звезды, хотя свет их при этом заметно ослабевает. Все кольца состоят из отдельных кусков льда разных размеров: от пылинок до нескольких метров в поперечнике. Эти частицы двигаются с практических одинаковыми скоростями (около 10 км/с, их скорости так хорошо уравнены, что соседние частицы кажутся неподвижными по отношению друг к другу), иногда сталкиваясь друг с другом. Под действием спутников кольцо немного выгибается, переставая быть плоским: видны тени от Солнца. Все же частицы медленно перемещаются в разных направлениях - со скоростью 1-2 мм/с.
Внешний вид колец меняется от года к году. Это обусловлено наклоном плоскости колец к плоскости орбиты планеты. Плоскость колец наклонена к плоскости орбиты на 26°. Поэтому в течение года мы видим их максимально широкими, после чего их видимая ширина уменьшается, и, примерно через 15 лет, они превращаются в слабо различимую черту. В 1610 году Галилео Галилей впервые увидел в телескоп кольца Сатурна, но не понял, что это такое, поэтому записал, что Сатурн состоит из частей.
В июле 1610 г. Галилео Галилей опубликовал зашифрованное сообщение такого содержания: "Отдаленнейшую из планет наблюдал тройную". "Отдаленнейшей из планет" в то время считали Сатурн, а его кольца выглядели в телескопе Галилея двумя туманными пятнами по краям планеты.
Полвека спустя Христиан Гюйгенс сообщил о наличии у Сатурна кольца, а в 1675 году Кассини обнаружил между кольцами щель.
Кольца Сатурна постоянно будоражили воображение исследователей своей уникальной формой. Кант первым предсказал существование тонкой структуры колец Сатурна. Пользуясь своей моделью протопланетного облака, он представлял себе кольцо в виде плоского диска из сталкивающихся частиц, вращающихся дифференциально вокруг планеты по закону Кеплера. Именно дифференциальное вращение, согласно Канту, является причиной расслоения диска на серию тонких колечек. Позднее Симон Лаплас доказал неустойчивость твердого широкого кольца. В середине прошлого века астрономы обнаружили десять колечек вокруг Сатурна. Выдающийся вклад в исследование устойчивости колец Сатурна внес Джеймс Максвелл, получивший премию Адамса за труд, в котором он показал, что такие узкие кольца также неустойчивы и будут падать на планету. И хотя вывод Maксвелла о падении гипотетического сплошного ледового кольца на планету был неправильным (такое кольцо гораздо раньше должно развалиться на куски), следствие из него – метеорное строение колен Сатурна – оказалось верным. Так, к концу XIX века гипотеза метеорного строения колец Сатурна, высказанная впервые Жаном Кассини, получила теоретическое, а в 1893 году – и наблюдательное подтверждение. В течение XX века шло постепенное накопление новых данных о планетных кольцах: получены оценки размеров и концентрации частиц в кольцах Сатурна, спектральным анализом установлено, что кольца – ледяные, открыто загадочное явление азимутальной переменности яркости колец Сатурна.
В течение 29,5 лет с Земли кольца Сатурна дважды видны в максимальном раскрытии и дважды наступают периоды, когда Солнце и Земля находятся в плоскости колец, и тогда кольца либо освещаются Солнцем "с ребра", либо оно для земного наблюдателя видно "с ребра". В этот период кольца почти совсем не видны, что свидетельствует об их очень малой толщине. Разные исследователи, основываясь на визуальных и фотометрических наблюдениях и их теоретической обработке, приходят к заключению, что средняя толщина колец составляет от 10 см до 10 км. Конечно, кольцо такой толщины увидеть с Земли "с ребра" невозможно.
В соответствии с законами Кеплера частицы на разных радиусах кольца движутся с различными соростями: чем ближе к планете, тем быстрее. В наиболее плотном кольце есть область, где частицы обращаются с периодом 10,5 ч, т.е. с той же угловой скоростью, с какой вращается Сатурн. Это значит, что относительно поверхности планеты они остаются неподвижными.

Что узнали "Вояджеры"?

Уже первые снимки колец, переданные АМС "Вояджер-1", показали небольшие цветовые вариации в кольцах, щель в кольце С, наличие вещества в делении Кассини и изменения в распределении и яркости вещества в кольцах С и В. Наиболее интересными деталями на первых снимках были "спицы" - радиальные тёмные образования, пересекающие некоторые участки яркого кольца В. Иногда "спицы" наблюдались в течение нескольких часов, хотя внутренний край кольца у основания "спицы" вращается вокруг планеты с большей скоростью, чем внешний край у вершины "спицы", и эти образования должны бы были разрушиться.

Позже были получены снимки "спиц" при рассеивании солнечного света вперед. На этих снимках области спиц светлые, а не темные, как на первых снимках, сделанных при рассеивании света назад. Это позволило предположить, что области "спиц" содержат очень мелкие пылевидные частицы. Область, где наблюдаются "спицы", перекрывает зону кольца, обращающуюся вокруг Сатурна с такой же скоростью, как его магнитное поле. Это, по мнению некоторых ученых, может объяснить устойчивость спиц, несмотря на различную скорость движения частиц. Ученые предположили, что в результате взаимодействия между этими могшими частицами и электростатическими силами частицы могут концентрироваться в определенных областях или подниматься над плоскостью колец. Если кольцо заряжено, частицы в нем должны отталкиваться друг от друга, но силы гравитации удерживают их в кольце. Для крупных частиц силы гравитации больше сил отталкивания, и они остаются в кольце, для мелких частиц силы отталкивания больше, и они поднимаются над плоскостью кольца. Была высказана гипотеза, что магнитное поле планеты воздействует на заряженные мелкие частицы, находящиеся над кольцом В, "выстраивая их подобно железным опилкам" или заставляя слипаться. Еще одна гипотеза объясняет существование спиц волновыми явлениями вокруг кольца, оказывающими влияние на мелкие частицы, находящиеся на пути волны. Механизм, обуславливающий заряженность кольца, неясен. Предлагались гипотезы о том, что это происходит под влиянием атмосферы Сатурна или высокоэнергетического ультрафиолетового излучения Солнца.
Снимки показали, что каждое из наблюдавшихся ранее шести колец Сатурна (D, С, В, A, F, Е - в порядке увеличивающегося удаления от планеты) состоит из большого числа узких колец. Полагали, что после полной обработки снимков могут насчитать 500 - 1000 узких колец. Несколько узких колец было обнаружено и в делении Кассини, которое ранее считали пространством, относительно свободным от вещества.
Съемка при рассеивании света вперед показала, что частицы в кольцах имеют размеры от нескольких микронов до нескольких метров. На основании характера прохождения радиосигналов АМС "Вояджер-1", через кольцо С сделан вывод, что размер частиц в этом кольце составляет от 10 см до 10 м, причем на каждую частицу размером 10 м приходится примерно 1000 частиц размером 1 м и примерно миллион мелких частиц. Мелкие частицы, по-видимому, состоят изо льда, а более крупные - из снега с включениями льда. Позже сообщалось, что, по данным радиозондирования, средний размер частиц в кольце С 1 м, а некоторые достигают 10 м. При этом отмечалось, что ранее предполагали меньший средний размер частиц. Сообщалось также, что, как показали радиозондирование и измерения в инфракрасном диапазоне, частицы являются кусками льда или силикатами с ледяным покрытием. Все же основная масса колец заключена в частицах метровых размеров.
Время от времени можно наблюдать эффективное зрелище - столкновение двух крупных частиц. Вот две глыбы размером с садовый домик начинают медленно соприкосаться друг с другом, сдвигая с поверхности целые сугробы рыхлого снега. Им не повезло: они не выдержали взаимного давления при ударе и медленно развалились на части. Типичная для колец"катастрофа" при скорости миллиметр в секунду! Два остатка первоначальных тел продолжают движение, а сброшенные с них сугробы снега, комки и снежная пыль неспешно разлетается в разные стороны, сверкая в лучах далекого Солнца. Через несколько дней "пострадавшие" частицы снова вырастут, поймав и поглотив огромное количество более мелких снежкой в кольцах.
Кольцо С - наименее яркое из трех "классических" колец (А, В и С). По-видимому, там вещество более рассредоточено. Самым ярким является кольцо В, где должна быть наибольшая плотность вещества. В кольце В частицы расположены так густо, что, залетев серидину, мы потеряем из виду звезды.
Помимо классических колец на снимках, переданных АМС "Вояджер-1", видно самое близкое к планете кольцо D. Предполагают, что оно образовано веществом, которое проникло через барьер, формирующий внутренний край кольца С.

Кольцо F, судя по снимкам, может иметь несколько эллиптическую форму: некоторые участки этого тонкого кольца расположены ближе к планете, чем другие участки. Это кольцо, по-видимому, образовано двумя, а возможно, и тремя свободно переплетенными "прядями". Ученые затрудняются объяснить это явление. Согласно одной гипотезе, поскольку кольцо F состоит из пылевидных частиц, они могут приобрести электрический заряд от солнечного света или от частиц солнечного происхождения и получить свойства миниатюрных электромагнитов. В этом случае взаимодействие их с магнитным полем Сатурна способно привести к переплетению колец. Вокруг кольца F обнаружены сгустки вещества. Один из них был настолько плотным, что его первоначально приняли за спутник. Последующий анализ показал, что это - область концентрации вещества, имеющая характерный размер 100 - 200 км. Высказывалось предположение, что более широкая часть этого сгустка в какой-то мере контролируется спутниками S-13 и S-14 или что сгусток содержит крупное тело, от которого откалываются куски в результате соударений, и поэтому в данной области наблюдается увеличенная плотность вещества. Сгустки, по-видимому, движутся по орбите вокруг Сатурна. Предполагают, что упомянутые спутники S-13 и S-14, расположенные по обе стороны кольца F, контролируют движение частиц в этом кольце.
Съемка колец при рассеивании света вперед обнаружила еще одно кольцо, которому предварительно присвоено обозначение G. Орбитальный радиус кольца G 150000 км. Полагают, что оно находится близ орбит "коорбитальных" спутников S-10 и S-11. Наблюдавшаяся на одном из этих спутников тень, возможно, отбрасывалась именно этим кольцом. На снимках видно также кольцо Е, простирающееся, возможно, на расстояние до 480000 км от планеты.
Вообще система колец, по-видимому, является относительно стабильным явлением для Сатурна. В отличие от этого, кольцо Юпитера, как полагают, представляет собой динамическую систему, которая постоянно саморегулируется, но имеет ограниченную продолжительность существования. Кольцо Юпитера, видимо, существует благодаря тому, что какие-то тела непрерывно подпитывают кольцо веществом или же в самом кольце есть необнаруженные тела, которые генерируют частицы. Что касается колец Урана, то о них известно относительно мало.
Возвращаясь к колечкам, среди них есть узкие потоки, отклоняющиеся от круговой орбиты. Края некоторых колец зазубриваются, а сами они колышутся под гравитационным напором спутников, изгибаясь и образуя волны. Спиральные волны, эллиптические кольца, странные переплетения узких колечек... все сюрпризы колец трудно перечислить.

Что узнал "Кассини"?

Станция "Кассини" была запущена 15 октября 1997 года. Для того чтобы оказаться на сатурнианской орбите, «Кассини» предстояло выполнить долгожданный и ответственный маневр торможения. Часть этого маневра вы можете наблюдать в этой таблице изображений.



		Маневр был давно и тщательно рассчитан, и вся программа действий помещена в память бортового компьютера. И вот долгожданный день 1 июля 2004 года, которого так ждали конструкторы и ученые, настyпил. В 2:11 по Гринвичу «Кассини» прошел так называемый восходящий узел траектории и преодолел плоскость колец Сатyрна, причем проскочив точно между двумя тонкими внешними колечками, обозначаемыми как F и G.

Неправда ли, впечатляет? (даже такие маленькие изображения). На данный момент космический аппарат Кассини получил уже очень много изобржений и информации о планете, и о кольцах, и о спутниках Сатурна.

Происхождение колец Сатурна

Долгое время считалось, что к Сатурну приблизился неосторожный спутник и был разорван его приливными силами "в клочки". Но данные "Вояджеров" опровергли это распространенное мнение. Сейчас установлено, что кольца Сатурна (и других планет тоже) представляют собой остатки огромного околопланетного облака протяженностью во многие миллионы километров.
Из внешних областей этого облака сформировались спутники, а во внутренней образование спутников было "завершено". Так как скорости взаимных соударений растут при приближении к планете, возле каждой планеты имеется область, где частицы, достигнув определенныз размеров, начинают разваливаться от взаимных столкновений. Миллиарды лет соударений - и 10-метровые частицы дошли до такого рыхлого состояния, что рассыпаются от малейшего толчка на скорости мм/с. Любая крупная частица за несколько дней или недель проходит полный цикл от разрушения до восстановления.
Эта взаимная конкуренция, не дающая образоваться крупным спутникам, ослабевает по мере удаления от планеты, и на некотором расстоянии часть вещества превращается в спутники, а часть все еще пребывает в раздробленном состоянии - в виде колец. Кстати, кольца за время своего существования сделали уже триллион оборотов - гораздо больше, чем спутники или планеты по своим орбитам. Суммарная масса ледяных колец Сатурна сравнима с массой его спутника Мимаса, радиус которого 200 км.
Почему кольца плоские? Их сплющивание - это результат противоборства двух основных сил: гравитационной и центробежной. Гравитационное притяжение стремится сжать систему со всех сторон, а вращение препятствует сжатию поперек оси вращения, но не может помешать ее сплющиванию вдоль оси. Таково происхождение различных космических дисков, включая планетарные кольца.

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).

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.

Сатурн, шестая по счету планета от Солнца. Кольца Сатурна, представляют из себя систему плоских концентрических образований изо льда и пыли, находящуюся в экваториальной плоскости планеты. Планета имеет семь основных (A, B, C, D, E, F, G) и множество мелких колец.

Открытие колец Сатурна

1610 год – Галилео Галилей был первым, кто смог увидеть кольца Сатурна в свой телескоп с 20-ти кратным увеличением, но не распознал их как кольца.

1655 год – ученый из Нидерландов Христиан Гюйгенс первый смог распознать кольцо в странных выступах, сопровождавших Сатурн. Но только через 4 года, убедившись в своей правоте, он рассказал со страниц книги «Система Сатурна», что Сатурн «кольцом окружен тонким, плоским, нигде не прикасающимся, к эклиптике наклоненным».

1675 год – директор Парижской обсерватории Джованни Доменико Кассини обнаружил внутри кольца черную полосу (поздней ее назовут «делением Кассини»). Она рассекала его на две части – их начали называть кольцами А и В. Он же первым сделал предположение, что кольца состоят из отдельных частиц.

Происхождение колец

Теперь гипотезы начали появляться одна за другой. В течении нескольких веков загадочные кольца Сатурна неизменно привлекали внимание астрономов. Чем совершенней становились телескопы, тем сложней казалась структура колец. В наши дни – с помощью межпланетных зондов, побывавшим близ Сатурна, – мы знаем о них очень многое. Кроме основных, астрономы насчитали уже больше 100 тыс. отдельных колец, окружающих планету. Они различны по своему химическому составу и окраске. Происхождение колец как и прежде вызывает немало вопросов. Исследователи не перестают выдвигать все новые гипотезы, объясняющие природу колец.

Гипотезы

В XIX столетии астроном из Франции Эдуард Альбер Рош выдвинул гипотезу, что один из спутников Сатурна до такой степени сблизился с планетой, что был разорван приливными силами, и из его обломков образовались кольца, окружающие теперь Сатурн. Ни один спутник, который преодолел так называемый «предел Роша», не может уцелеть; рано или поздно он распадется, образуя очередное кольцо, которое в последствии осядет на планету. Как бы там ни было, кольца, считают сторонники этой гипотезы, явление временное. Нам повезло жить в то время, когда сразу несколько крупных планет окружены ими.

Согласно другой гипотезе, кольца могли образоваться после столкновения одного из спутников Сатурна с крупным метеоритом. Множество осколков, усеявших окрестности планеты после коллизии, и стали материалом, из которого сформировались кольца. Расчеты показали, что их возраст не более 100 миллионов лет.

Из чего состоят кольца

Теперь мы знаем, что кольца Сатурна на 90–95% состоят из водяного льда. А вот небесные тела, которые могли бы послужить материалом для них, хотя бы наполовину состоят из разных силикатов и металлов. Потому кольца Сатурна также должны были бы содержать хотя бы несколько десятков процентов этих материалов. Разрешить это противоречие могут лишь новые гипотезы.

А что если кольца Сатурна, как и ближние к нему спутники, образовались из за одной и той же катастрофы? Такая версия была выдвинута в 2010 г. американским астрофизиком Робином Канупом. Он предположил что, в далеком прошлом вокруг Сатурна обращался еще один такой же крупный спутник, как Титан. Его ядро состояло из силикатов и железа, его покрывал мощный ледяной панцирь. Приблизившись к планете на расстояние, равное пределу Роша, он под воздействием приливных сил сбросил с себя эту ледяную оболочку, и та, постепенно распадаясь на все более мелкие части, начала кружить возле Сатурна, образовав многочисленные кольца. Что же до железокаменного ядра спутника, оно рухнуло на Сатурн.

Согласно расчетам, кольца Сатурна некогда весили в тысячи раз больше, чем сейчас. Однако астероиды и кометы, временами врезавшиеся в них, выбивали часть материала. Из него могли быть сформированы внутренние спутники Сатурна – к примеру, Тефия. Тем временем силикаты и металлы, содержавшиеся в астероидах, пополняли материал колец – так появились те 5-10% примесей, которые там обнаружили.

Когда сформировались кольца?

Впрочем, у этой гипотезы, как и у других, о которых упоминалось, имеются одни и те же недостатки. К примеру, после разрушения спутника появляются обломки самых различных размеров – от кубиков льда до ледяных гор, тянущихся десятки километров. На деле же ни одна из льдин, образовавших кольца, в длину не больше 10 метров. Другое дело, если кольца Сатурна появились вместе с планетой! Тогда – из-за мощного противодействия гравитации – мелкие льдинки не смогли бы сбиться даже в комья размером с дом. Кроме этого, разрушение спутника, – это все-же случайность, а кольцами окружены все планеты-гиганты, потому в случайность не очень-то верится. Многие астрономы считают, что кольца вокруг планет сформировались одновременно с ними.

Значит, эти кольца состоят из вещества, которое сохранилось со времен возникновения Солнечной системы? В то время вокруг Солнца обращался огромный газопылевой диск, из материала которого одна за другой рождались планеты. Остатки же космических заготовок – все эти ледышки и пылинки – теперь вращались среди новоиспеченных планет, со временем скатываясь в комья спутников. Но те могут возникнуть только в некотором отдалении от планеты, иначе быстро разрушатся. Потому поблизости планет-гигантов какое-то время сохранялись фрагменты газопылевого диска, образовавшие в последствии отдельные кольца.

Из-за частых столкновений друг с другом, а также воздействия мощных приливных сил все эти крупицы и комья так и не составили один-единственный спутник. В случае если эта версия верна, материал колец все время пополняется веществом с поверхности спутников Сатурна – иначе бы кольца могли испариться за несколько сотен миллионов лет.

Обнаружение новых колец

Астрономы, между тем обнаруживают все новые кольца Сатурна. Так, некоторое время назад было замечено неизвестное ранее громадное кольцо. В принципе, системы колец планет-гигантов довольно малы по сравнению с самими планетами. По оценкам астрономов, их радиус не превышает 5-10 радиусов планеты. Так, радиус самого большого из известных до недавнего времени колец Сатурна – кольца E – не превышал 10 радиусов Сатурна (его экваториальный радиус – 60 тыс. км).

Как показали наблюдения, внешние кольца Сатурна все время подпитываются пылью, вылетающей с поверхности его спутников после столкновений с микрометеоритами. Именно из нее и состоит кольцо, обнаруженное лишь в 2009 г. Его радиус составляет от 100 до 200 радиусов Сатурна, и сформировано оно из пыли выброшенной с поверхности Фебы, самого отдаленного и темного спутника планеты. Обнаружить новое кольцо смогли благодаря инфракрасному излучению, исходящему от него. В отличие от других колец Сатурна оно расположено не в экваториальной плоскости планеты, а в плоскости орбиты, по которой та обращается вокруг Солнца. Угол между двумя плоскостями составляет около 27 °.

Плотность этого кольца – только 20 частиц на кубический километр (!). По словам астронома Энн Вербискер из Виргинского университета, руководившей исследованиями, «частицы кольца расположены так далеко друг от друга, что, если оказаться внутри него, сразу даже не заметишь этого». Тем более, что размер частиц часто не превышает нескольких микрометров.

Похоже, что пылинки, которые вылетают из этого кольца, оседают на обращенную к нему поверхность еще одного спутника Сатурна, Япета. Это объясняет странный облик этой луны. Она отчетливо делится на две половины, светлую и темную. По оценке специалистов, высота слоя пыли, покрывающего одну из ее сторон, составляет от 20 сантиметров до нескольких метров.

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 , правда не такие яркие и заметные как у Сатурна.

Кто открыл кольца Сатурна

Первыми кольца Сатурна увидел в далеком 1610 году великий астроном , 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 , 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.

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.

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… Увиденные в телескоп кольца поражают воображение. И очевидно напрашивается вопрос: откуда взялись эти кольца? И почему только у Сатурна?

В римской мифологии Сатурн - бог земледелия. Ассоциируется с греческим богом Кроносом (Cronus), который был сыном Урана и Геи и отцом Зевса (Юпитера). Корнем английского слова "saturday" (суббота) является Сатурн.

Сатурн является второй по величине планетой Солнечной системы после Юпитера. Также как и Юпитер, он относится к газовым гигантам. Диаметр Сатурна 120 тысяч километров, что в 10 раз больше земного. При таких размерах плотность Сатурна в 8 раз меньше плотности Земли. Из этого следуют и удивительные свойства этого гиганта, впрочем, присущие всем газовым гигантам. Имея массу, в 95 раз превышающую массу Земли, по объему он больше в 760 раз! Атмосферу Сатурна составляют облака, состоящие из аммиака. На поверхности планеты (если так можно сказать про газового гиганта) бушуют сильнейшие ураганы. Сила ветра на экваторе достигает фантастических по нашим меркам 1800 километров в час!

Сатурн известен с доисторических времен. Галилей первым в 1610 году наблюдал его в телескоп; он сделал запись в дневник, что был очень удивлен его странным видом. Интерпретация ранних наблюдений планеты были затруднена тем фактом, что Земля каждые несколько лет проходит через плоскость колец Сатурна При этом вид изображений Сатурна с низким разрешением изменялся коренным образом. так было до 1659 г., когда Христиан Гюйгенс (Christiaan Huygens) правильно рассчитал геометрию колец. Кольца Сатурна были единственными в Солнечной Системе до 1977 года, когда очень слабые кольца были открыты вокруг Урана, (а немного позже вокруг Юпитера и Нептуна).

Впервые обнаружил кольца у планеты итальянский астроном Галилео Галилей. Вначале было высказано предположение, что планету окружают облака газа. Спустя несколько десятилетий Гюйгенс с помощью уже более совершенных инструментов определил, что это было кольцо. Конечно же, уровень развития астрономии тогда не позволял более детально рассмотреть строение кольца. Действительно, в то время кольцо казалось однородным. Лишь спустя два века выяснилось, что кольцо на самом деле состоит из миллионов мелких частиц. Впоследствии выяснилось, что вокруг планеты не одно, а несколько колец.

Наконец, в прошлом веке на орбите Сатурна побывали космические зонды «Пионер-2» (1979), «Вояджер-1» (1980) и «Вояджер-2» (1981) которые помогли вблизи рассмотреть таинственные кольца.

Кольцо Сатурна настолько широко, что по нему, будь такое возможно, мог бы катиться Нептун или Уран. Или оба сразу. Ширина кольца составляет 137 000 км. В то же время, кольцо имеет в толщину всего несколько десятков метров.

Все кольца состоят из отдельных кусков льда разных размеров: от пылинок до нескольких метров в поперечнике. Эти частицы двигаются с практических одинаковыми скоростями (около 10 км/с, их скорости так хорошо уравнены, что соседние частицы кажутся неподвижными по отношению друг к другу), иногда сталкиваясь друг с другом. Под действием спутников кольцо немного выгибается, переставая быть плоским: видны тени от Солнца. Все же частицы медленно перемещаются в разных направлениях - со скоростью 1-2 мм/с.
Внешний вид колец меняется от года к году. Это обусловлено наклоном плоскости колец к плоскости орбиты планеты. Плоскость колец наклонена к плоскости орбиты на 26°. Поэтому в течение года мы видим их максимально широкими, после чего их видимая ширина уменьшается, и, примерно через 15 лет, они превращаются в слабо различимую черту.

"Вояджер 1" позволил подробнее рассмотреть структуру колец. Множество щелей, кроме уже известной давно щели Кассини, побудили ученых выдвинуть гипотезу о наличии маленьких спутников, орбиты которых лежат внутри этих щелей, и, считалось, что такие спутники, как бы, собирают все частицы на своем пути. Однако, "Вояджер 2", проводивший систематический поиск таких спутников, ничего не обнаружил. Не смотря на то, что некоторые из астрономов по-прежнему предполагают найти подобное сосуществование спутника и щели, многочисленные исследования привели к выводу о том, что виновниками образования многих щелей действительно являются спутники, но только те, чьи орбиты лежат за пределами колец. Да и механизм образования щелей совсем иной.

И частицы, и спутники обращаются вокруг Сатурна, подчиняясь законам Кеплера, из которых, в частности, следует, что чем дальше находится тело от центра, вокруг которого оно обращается, тем больше период его обращения. Это означает, что и внутри колец период обращения частиц вокруг Сатурна зависит только от расстояния до планеты. Для любого спутника найдется такое кольцо, для которого больший период обращения спутника окажется кратным периоду обращения частиц, находящихся в этом кольце. Скажем, период обращения спутника окажется почти точно в три раза больше, чем период обращения частиц. Этот спутник через равные промежутки времени изменяет движение всех таких частиц, и те покидают, со временем, свою орбиту, образуя тонкую щель, почти свободную от частиц. Таким образом, за каждой щелью стоит влияние определенного спутника, "личность" которого легко выясняется. Астрономы говорят, что эту щель спутник пасет. Здесь слово "пасет" используется как термин, а спутники, присматривающие за щелями в кольце Сатурна, называют "пастухами".

Позже были получены снимки "спиц" при рассеивании солнечного света вперед. На этих снимках области спиц светлые, а не темные, как на первых снимках, сделанных при рассеивании света назад. Это позволило предположить, что области "спиц" содержат очень мелкие пылевидные частицы. Область, где наблюдаются "спицы", перекрывает зону кольца, обращающуюся вокруг Сатурна с такой же скоростью, как его магнитное поле. Это, по мнению некоторых ученых, может объяснить устойчивость спиц, несмотря на различную скорость движения частиц. Ученые предположили, что в результате взаимодействия между этими могшими частицами и электростатическими силами частицы могут концентрироваться в определенных областях или подниматься над плоскостью колец.

Если кольцо заряжено, частицы в нем должны отталкиваться друг от друга, но силы гравитации удерживают их в кольце. Для крупных частиц силы гравитации больше сил отталкивания, и они остаются в кольце, для мелких частиц силы отталкивания больше, и они поднимаются над плоскостью кольца. Была высказана гипотеза, что магнитное поле планеты воздействует на заряженные мелкие частицы, находящиеся над кольцом В, "выстраивая их подобно железным опилкам" или заставляя слипаться. Еще одна гипотеза объясняет существование спиц волновыми явлениями вокруг кольца, оказывающими влияние на мелкие частицы, находящиеся на пути волны. Механизм, обуславливающий заряженность кольца, неясен. Предлагались гипотезы о том, что это происходит под влиянием атмосферы Сатурна или высокоэнергетического ультрафиолетового излучения Солнца.
Снимки показали, что каждое из наблюдавшихся ранее шести колец Сатурна (D, С, В, A, F, Е - в порядке увеличивающегося удаления от планеты) состоит из большого числа узких колец. Полагали, что после полной обработки снимков могут насчитать 500 - 1000 узких колец. Несколько узких колец было обнаружено и в делении Кассини, которое ранее считали пространством, относительно свободным от вещества.

Время от времени можно наблюдать эффективное зрелище - столкновение двух крупных частиц. Вот две глыбы размером с садовый домик начинают медленно соприкосаться друг с другом, сдвигая с поверхности целые сугробы рыхлого снега. Им не повезло: они не выдержали взаимного давления при ударе и медленно развалились на части. Типичная для колец "катастрофа" при скорости миллиметр в секунду! Два остатка первоначальных тел продолжают движение, а сброшенные с них сугробы снега, комки и снежная пыль неспешно разлетается в разные стороны, сверкая в лучах далекого Солнца. Через несколько дней "пострадавшие" частицы снова вырастут, поймав и поглотив огромное количество более мелких снежкой в кольцах.
Кольцо С - наименее яркое из трех "классических" колец (А, В и С). По-видимому, там вещество более рассредоточено. Самым ярким является кольцо В, где должна быть наибольшая плотность вещества. В кольце В частицы расположены так густо, что, залетев серидину, мы потеряем из виду звезды.
Помимо классических колец на снимках, переданных АМС "Вояджер-1", видно самое близкое к планете кольцо D. Предполагают, что оно образовано веществом, которое проникло через барьер, формирующий внутренний край кольца С.

Кольцо F, судя по снимкам, может иметь несколько эллиптическую форму: некоторые участки этого тонкого кольца расположены ближе к планете, чем другие участки. Это кольцо, по-видимому, образовано двумя, а возможно, и тремя свободно переплетенными "прядями". Ученые затрудняются объяснить это явление. Согласно одной гипотезе, поскольку кольцо F состоит из пылевидных частиц, они могут приобрести электрический заряд от солнечного света или от частиц солнечного происхождения и получить свойства миниатюрных электромагнитов. В этом случае взаимодействие их с магнитным полем Сатурна способно привести к переплетению колец. Вокруг кольца F обнаружены сгустки вещества. Один из них был настолько плотным, что его первоначально приняли за спутник. Последующий анализ показал, что это - область концентрации вещества, имеющая характерный размер 100 - 200 км.

Происхождение колец

Почему кольца плоские? Их сплющивание - это результат противоборства двух основных сил: гравитационной и центробежной. Гравитационное притяжение стремится сжать систему со всех сторон, а вращение препятствует сжатию поперек оси вращения, но не может помешать ее сплющиванию вдоль оси. Таково происхождение различных космических дисков, включая планетарные кольца.