Кольца сатурна. Почему у Сатурна есть кольца

21.07.2015

Сатурн, шестая по счёту планета от Солнца, является одним из наиболее легко наблюдаемых объектов для астрономов, во многом благодаря его обширной и весьма специфической системе колец. Кольца Сатурна восхищали астрономов-любителей на протяжении столетий, начиная с того времени, когда люди впервые начали вглядываться в небо через окуляр телескопа.

Когда Галилео Галилей впервые наблюдал Сатурн в 1610 г., он подумал, что эти кольца представляли собой гигантские спутники планеты, находившиеся по разные стороны от неё. Однако дальнейшие наблюдения, проводившиеся учёным в течение нескольких последующих лет, показали, что эти кольца меняли свою форму и даже исчезали полностью, по мере того как менялся их наклон по отношению к Земле.

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

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

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

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

Состав и структура

Кольца Сатурна состоят из миллиардов частиц, размеры которых колеблются от нескольких миллиметров до десятка километров. Состоящие преимущественно из водяного льда, эти кольца также втягивают в свою систему каменистые метеороиды, движущиеся сквозь космическое пространство.

Хотя начинающему астроному-любителю может показаться, что Сатурн опоясан единым, твёрдым кольцом, но на самом деле система колец разделена на несколько частей. Эти кольца получили свои названия по алфавиту в соответствии с датами их открытия. Таким образом, главные кольца, если двигаться от периферии системы к центру, называются соответственно A, B и С. Щель шириной в 4700 километров, известная как Щель Кассини, разделяет между собой кольца A и B.

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

Сами кольца содержат значительное число щелей и структур. Некоторые из них созданы многочисленными небольшими спутниками Сатурна, в то время как природа других из них до сих пор продолжает ставить в тупик астрономов.

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

Вот как они выглядят:

Кольца Сатурна необычайно тонки: хотя их диаметр около 250,000 км, их толщина не превышает 1.5 километров. Сатурн окружают три кольца (А, B и C), которые, как и экватор планеты, наклонены к плоскости ее орбиты под углом 26°45’. Есть и более слабые кольца – D, E, F. При ближайшем рассмотрении колец оказывается еще больше.

Внутренние части колец вращаются быстрее внешних.

Внешнее кольцо отделено от среднего темным промежутком - щелью Кассини. Среднее кольцо - самое яркое. От внутреннего кольца оно тоже отделено темным промежутком. Внутреннее темное и полупрозрачное кольцо называется креповым. Край его размыт, кольцо постепенно сходит на нет.

Эти кольца состоят из пыли, кусков льда и камней. Их размеры колеблются от сантиметра до нескольких метров.

Почему кольца плоские? Их форма - это результат действия двух сил: гравитационной (притяжения) и центробежной. Гравитационное притяжение стремится сжать их со всех сторон. Вращение колец препятствует сжатию поперек оси вращения, но не может помешать ее сплющиванию вдоль оси.

Откуда они появились? На этот счет существует две гипотезы.

Согласно первой теории, кольца появились в результате крушения неосторожного спутника, кометы или астероида, приблизившегося к Сатурну. Разрушение «чужеродного» тела могло произойти из-за влияния приливных сил гигантского Сатурна, буквально разорвавшего его "на клочки" своим мощным притяжением. Расчеты показали, что если бы спутник и образовался на таком расстоянии, на котором находятся кольца, то он был бы разорван под действием приливной силы на мелкие осколки.

По другой гипотезе, кольца Сатурна - это остатки огромного околопланетного облака. Из внешних областей этого облака сформировались спутники, а внутренние все еще пребывают в раздробленном состоянии, то есть в виде колец. Они не смогли сформировать спутники из-за непостоянного притяжения Сатурна, слишком беспорядочно вращались и соударялись, и из-за этого постоянно дробились, так что дошли до такого рыхлого состояния, что рассыпаются от малейшего толчка.

А знаете ли вы...

Первым кольца Сатурна обнаружил Галилео Галилей в 1610 году. Он увидел в свой телескоп очень расплывчатое изображение: Сатурн имел как бы два уха, или придатка: кольца Сатурна выглядели двумя туманными пятнами по бокам планеты. Галилей подумал, что это могут быть большие спутники: «Отдалённейшую из планет наблюдал тройною». По образному выражению Галилея, придатки напоминали «двух слуг, которые поддерживают старика Сатурна (бога времени у древних римлян) в его утомительном пути по небу».

Кроме колец Сатурн имеет 62 спутника. Самый известный и крупный – Титан. Это единственный спутник в Солнечной системе, на котором обнаружена атмосфера.

м ногие знают о том, что у Сатурна есть кольца, но мало кто знает, что они из себя представляю т. Есть три главных кольца, которые прекрасно видно с Земли. Три других тоже видно, но значительно слабее. Остальные кольца не видны с нашей планеты.

Все кольца Сатурна – это огромные глыбы льда. Интересно, что длина колец достигает 400 тысяч км, а их ширина может равняться всего нескольким десяткам метров. Скорость движения всех глыб – около 10 километров в секунду.

Внешний вид колец меняется ежегодно, так как они наклонены к орбите планеты на 26 градусов. Это объясняет то, почему иногда кольца кажутся нам широкими, а иногда становятся чуть различимой полосой.

Кольца Сатурна на протяжении всей истории будоражили умы учёных.

Кант говорил, что они имеют тонкую структуру.
С. Лаплас утверждал, что самый широкий пояс изо льда является неустойчивым.
А в прошлом веке астрономы нашли десять колец около планеты.
Д. Максвелл доказал, что неустойчивы не только широкие кольца.
Ж. Кассини выдвинул теорию, что пояса вокруг Сатурна имеют метеорное происхождение.

В продолжение 29,5 лет с Земли 2 раза было видно максимально «широкие» кольца, и ещё 2 раза – максимально «тонкие». Известно, что ширина колец варьируется и составляет от 10 см до 10 км. Наиболее близко удалённые к планете частицы пыли и льда остаются неподвижными, касательно неё.

Информация с Вояджеров.

Первые данные с Вояджер-1 показали, что кольца Сатурна имеют небольшие цветовые различия. Особенно интересно выглядят так называемые «спицы» — тёмные образования, пересекающие кольца в некоторых частях. Интересно то, что внутренний край кольца, расположенный у основания спицы, вращается быстрее в сравнении с внешним краем у вершины спицы.

Благодаря Вояджеру было выявлено, что каждое кольцо Сатурна включает в себя несколько узких колец.

Самое яркое из колец – B. Оно же обладает наибольшей плотностью вещества.
Кольцо С менее яркое из всех.
Кольцо F имеет форму эллипса и образовано из нескольких отдельных «прядей».

Пояс изо льда, названный G, располагается около спутников S-11 и S-10.
Вся система колец планеты является стабильной. Но, несмотря на это, глыбы льда могут изгибаться внутри системы в различных направлениях – эллипс, спираль и другие волны.

Почему на Сатурне образовались кольца?

Ранее считалось, что к нему приблизился спутник, который был разорван на кусочки. Сейчас все знают, что кольца – это околопланетное облако, простирающееся на огромные расстояния вблизи планеты. Из внешней части данного облака были сформированы спутники. То, что кольца сплющенные – результат воздействия двух сил – центробежной и гравитационной.

| | |

Кольца планеты Сатурн с фото: сколько колец, из чего состоят, как называются, размер и скорость, радиус, список колец, наблюдения Галилея, происхождение.

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.

Название	Расстояние до центра Сатурна, км	Ширина, км
Кольцо D	67 000-74 500	7500
Кольцо C	74 500-92 000	17500
Щель Коломбо	77 800	100
Щель Максвелла	87 500	270
Щель Бонда	88 690-88 720	30
Щель Дейвса	90 200-90 220	20
Кольцо B	92 000-117 500	25 500
Деление Кассини	117 500-122 200	4700
Щель Гюйгенса	117 680	285-440
Щель Гершеля	118 183-118 285	102
Щель Рассела	118 597-118 630	33
Щель Джефриса	118 931-118 969	38
Щель Койпера	119 403-119 406	3
Щель Лапласа	119 848-120 086	238
Щель Бесселя	120 236-120 246	10
Щель Барнарда	120 305-120 318	13
Кольцо A	122 200-136 800	14600
Щель Энке	133 570	325
Щель Килера	136 530	35
Деление Роша	136 800-139 380	2580
R/2004 S1	137 630	300
R/2004 S2	138 900	300
Кольцо F	140 210	30-500
Кольцо G	165 800-173 800	8000
Кольцо E	180 000-480 000	300 000

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 колец Сатурна

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 колец Сатурна

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.

Быстрые факты:

расположение: вокруг экватора Сатурна.
толщина: от 10 м до 1 км.
диаметр: 280360 км.
состав: миллионы частиц, среди которых 99.9% льда с примесями минералов.
обнаружение: в 1610 году Галилео Галилеем.
структура: 13 небольших колец, отделенных зазорами.
другое: кольца не видны через каждые 14 лет, потому что повернуты к нам.

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.

Планетные системы белых карликов

Астрофизик Роман Рафиков о дисках вокруг белых карликов, кольцах Сатурна и будущем Солнечной системы

Размер и состав колец Сатурна

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)

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 колец Сатурна

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.

Сатурн — шестая планета от Солнца и вторая по величине планета Солнечной системы согласно параметрам диаметра и массы. Зачастую, Сатурн и называют братскими планетами. При сравнении, становится понятно, почему Сатурн и Юпитер были обозначены в качестве родственников. От состава атмосферы до особенностей вращения эти две планеты очень похожи. Именно в честь такой схожести, в римской мифологии Сатурн был назван в честь отца бога Юпитера.

Уникальной особенностью Сатурна является тот факт, что данная планета является наименее плотной в Солнечной системе. Не смотря на наличие у Сатурна плотной, твердой сердцевины, большой газообразный внешний слой планеты доводит средний показатель плотности планеты лишь до 687 кг/м3. В результате получается, что плотность Сатурна меньше, чем у воды и если бы он был размером со спичечный коробок, то легко бы поплыл по течению весеннего ручья.

Орбита и вращение Сатурна

Среднее орбитальное расстояние Сатурна составляет 1,43 х 109 км. Это означает, что Сатурн находится в 9,5 раз дальше от Солнца, чем общее расстояние от Земли до Солнца. Как результат солнечному свету требуется примерно час и двадцать минут, чтобы добраться до планеты. Кроме того, учитывая расстояние Сатурна от Солнца, продолжительность года на планете составляет 10,756 земных суток; то есть около 29,5 земных лет.

Эксцентриситет орбиты Сатурна является третьим по величине после и . В результате наличия такого большого эксцентриситета, расстояние между перигелием планеты (1,35 х 109 км) и афелием (1,50 х 109 км) является весьма существенным — около 1,54 X 108 км.

Наклон оси Сатурна, который составляет 26.73 градуса, очень похож на земной, и это объясняет наличие на планете таких же сезонов, как и на Земле. Однако из-за удаленности Сатурна от Солнца, он получает значительно меньше солнечного света в течение года и по этой причине сезоны на Сатурне являются гораздо более «смазанными» нежели на Земле.

Говорить о вращении Сатурна так же интересно как о вращении Юпитера. Обладая скоростью вращения примерно 10 часов 45 минут, Сатурн в этом показателе уступает только Юпитеру, который является самой быстро вращающейся планетой в Солнечной системе. Такие экстремальные темпы вращения без сомнения влияют на форму планеты, придавая ей форму сфероида, то есть сферу, которая несколько выпирает в районе экватора.

Второй удивительной особенностью вращения Сатурна являются различные скорости вращения между различными видимыми широтами. Данное явление образуется в результате того, что преобладающим веществом в составе Сатурна является газ, а не твердое тело.

Кольцевая система Сатурна является самой известной в Солнечной системе. Сами кольца состоят в основном из миллиардов крошечных частиц льда, а также пыли и другого комического мусора. Такой состав объясняет, почему кольца видны с Земли в телескопы – лед обладает очень высоким показателем отражения солнечного света.

Существует семь широких классификаций среди колец: А, В, С, D, Е, F, G. Каждое кольцо получило свое название согласно английскому алфавиту в порядке периодичности обнаружения. Самыми видимыми с Земли кольцами являются A, B и C. На самом деле каждое кольцо – это тысячи более мелких колец, буквально прижимающихся друг к другу. Но между основными кольцами есть пробелы. Пробел между кольцами А и В является самым крупным из этих пробелов и составляет 4700 км.

Основные кольца начинаются на расстоянии примерно 7000 км над экватором Сатурна и простираются еще на 73000 км. Интересно отметить, что, несмотря на то, что это очень существенный радиус, фактическая толщина колец не больше одного километра.

Наиболее распространенной теорией для объяснения образования колец является теория о том, что на орбите Сатурна, под воздействием приливных сил, распался среднего размера спутник, а произошло это в тот момент, когда его орбита стала слишком близкой к Сатурну.

Сатурн шестая планета от Солнца и последняя из планет, известных древним цивилизациям. Считается, что ее впервые наблюдали жители Вавилона.
Сатурн является одной из пяти планет, которые можно увидеть невооруженным глазом. Также он является пятым по яркости объектом в Солнечной системе.
В римской мифологии Сатурн был отцом Юпитера, царя богов. Подобное соотношение имеет в ракурсе схожести планет с одноименным названием, в частности по размеру и составу.
Сатурн выделяет больше энергии, чем получает от Солнца. Считается, что такая особенность обусловлена гравитационным сжатием планеты и трением большого количества гелия находящегося в ее атмосфере.
Сатурну требуется 29,4 земных лет для полного оборота по орбите вокруг Солнца. Столь медленное движение относительно звезд послужило поводом для древних ассирийцев обозначить планету как «Lubadsagush», что означает «самый старый из старых».
На Сатурне дуют самые быстрые ветры в нашей Солнечной системе. Скорость этих ветров была измерена, максимальный показатель — около 1800 километров в час.
Сатурн является наименее плотной планетой в Солнечной системе. Планета в основном состоит из водорода и имеет плотность меньше, чем у воды — что технически означает, что Сатурн будет плавать.
У Сатурна более 150 спутников. Все эти спутники имеют ледяную поверхность. Самыми большими из являются Титан и Рея. Весьма интересным спутником является Энцелад, так как ученые уверены, что под его ледяной корой скрывается водяной океан.

Спутник Сатурна Титан является вторым по величине спутником в Солнечной системе, после спутника Юпитера под названием Ганимед. Титан имеет сложную и плотную атмосферу, состоящую в основном из азота, водяного льда и камня. Замороженная поверхность Титана имеет жидкие озера из метана и рельеф, покрытый жидким азотом. Из за этого исследователи считают, что если Титан и является гаванью для жизни, то эта жизнь будет в корне отличаться от земной.
Сатурн является самой плоской из восьми планет. Его полярный диаметр составляет 90% от его экваториального диаметра. Это происходит из-за того, что планета с низкой плотностью обладает высокой скоростью вращения – оборот вокруг своей оси занимает у Сатурна 10 часов и 34 минуты.
На Сатурне возникают бури овальной формы, которые по своей структуре подобны тем, что происходят на Юпитере. Ученые считают, что такой рисунок облаков вокруг северного полюса Сатурна может быть настоящим образцом существования атмосферных волн в верхних облаках. Также над южным полюсом Сатурна существует вихрь, который по своей форме очень похож на ураганные бури, происходящие на Земле.
В объективы телескопов Сатурн, как правило, виден в бледно-желтом цвете. Это происходит потому, что его верхние слои атмосферы содержит кристаллы аммиака. Ниже этого верхнего слоя находятся облака, которые в основном состоят из водяного льда. Еще ниже, слои ледяной серы и холодные смеси водорода.