Планета сатурн из чего кольца. Почему у Сатурна есть кольца
Кольца Сатурна, главные обозначены
Кольца Сатурна - система плоских концентрических образований изо льда и пыли, располагающаяся в экваториальной плоскости .
Волны в кольцах Сатурна. Цвета неестественные
Природа колец
Плоскость обращения системы колец совпадает с плоскостью экватора Сатурна. Размер частиц материала в кольцах - от микрометров до сантиметров и (реже) десятков метров. Состав главных колец: водяной лёд (около 99 %) с примесями силикатной пыли. Толщина колец чрезвычайно мала по сравнению с их шириной (от 7 до 80 тысяч километров над экватором Сатурна) и составляет от одного километра до десяти метров. Общая масса обломочного материала в системе колец оценивается в 3×10 19 килограммов.
Происхождение колец
Кольца Сатурна с расстояния 1,8 млн км под углом 30 градусов. Фото межпланетной станции «Кассини», 2006 год
Существует несколько гипотез:
- все образуются из пыли и мелких осколков, но, возможно, гравитационной силы Сатурна недостаточно для того, чтобы вещество из своих колец использовать для строительства своей планеты, но вполне достаточно, чтобы не отпускать их от себя.
- по другой гипотезе, Сатурн столкнулся с другим довольно большим телом, в результате чего оно было уничтожено и развалилось на мелкие кусочки, а потом со временем равномерно распространилось по орбите.
- Согласно новой модели, виной всему несколько последовательных поглощений Сатурном его , миллиарды лет назад обращавшихся вокруг молодого газового гиганта. Расчеты Кануп показывают, что после формирования Сатурна, примерно 4,5 миллиарда лет назад, на заре , вокруг него вращалось несколько крупных спутников, каждый из которых был в полтора раза больше . Постепенно из-за гравитационного воздействия эти спутники один за другим «сваливались» в недра Сатурна. Из «первичных» спутников на сегодняшний день остался только . В процессе схода со своих орбит и вхождения в спиральную траекторию эти спутники разрушались. При этом легкая ледяная составляющая оставалась в космосе, тогда как тяжелые минеральные компоненты небесных тел поглощались планетой. Впоследствии лед захватывался гравитацией следующего спутника Сатурна, и цикл вновь повторялся. Когда произошел захват Сатурном последнего из своих «первичных» спутников, ставшего гигантским ледяным шаром с твердым минеральным ядром, вокруг планеты образовалось «облако» изо льда. Фрагменты этого «облака» имели от 1 до 50 километров в диаметре и сформировали первичное кольцо Сатурна. По массе это кольцо превышало современную систему колец в 1 тысячу раз, однако в течение последующих 4,5 миллиарда лет соударения образующих кольцо ледяных глыб привели к измельчению льда до размеров градин. При этом большая часть вещества была поглощена планетой, а также утрачена при взаимодействии с и , многие из которых также стали жертвами гравитации Сатурна.
Состав
| 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 |
| Кольцо Феба | ~4,000,000 – >13,000,000 | ? |
Составное изображение колец Сатурна D, C, B, A и F (слева направо) в натуральных цветах по снимкам аппарата Кассини на неосвещённой стороне Сатурна, 9 мая 2007.
Начиная с XVII века человек по крупицам собирал информацию о кольцах Сатурна, странном образовании, окружающим вторую по величине планету Солнечной Системы. Ширина колец огромна: они в пять раз превосходят диаметр Земли!
С началом космической эры Сатурн посетили пять космических аппаратов. Последний из них, «Кассини», работает до сих пор. Благодаря его снимкам перед нами постепенно открывается абсолютно уникальная, фантастическая по красоте картина, которую не найти больше нигде в Солнечной системе.
Галилей, первый человек, увидевший Сатурн в телескоп, был поражен его видом. Нет, кольца он не увидел — первый телескоп давал увеличение всего 30 крат, да и оптика была, мягко говоря, не слишком хороша. Но Галилей заметил вокруг планеты «уши», которые придавали Сатурну вытянутую форму, и долго не мог понять, что они собой представляют.
В конце концов он решил, что это спутники планеты. Лишь через несколько десятков лет астрономы установили природу этих «ушей» и были поражены. Этот снимок — один из первых цветных, полученных станцией НАСА «Кассини» после прибытия в систему Сатурна в 2004 году. Великолепные кольца на протяжении 7 лет будут одним из интереснейших предметов исследования в этой далекой, непохожей на другие, системе
Точка отмеченная на фото - наша планета Земля
Волны внутри щели Энке. То, что у Сатурна не одно кольцо, стало ясно уже в XVII веке, когда итальянский астроном Кассини открыл щель, названную его именем. Позже, по мере совершенствования телескопов, астрономы находили все больше и больше зазоров в кольце планеты-гиганта. Оказалось, что вместо сплошного кольца Сатурн опоясывают великое множество колец и колечек. Щель Энке, открытая в XIX веке, тоже оказалась не пустой. На фото видно отчетливо два колечка внутри щели Энке. Кроме того в 1990 году был открыт спутник Сатурна Пан, орбита которого проходила целиком внутри щели. Этот спутник-пастух и расчистил пространство в кольцах, а его гравитационное влияние порождает изменчивые волны и неровности внутри щели Энке. Снимок получен 7 октября 2006 года космическим аппаратом НАСА «Кассини»
Глядя на кольца Сатурна под небольшим углом, можно различить множество зазоров, щелей и щелочек между кольцами. Сами кольца различаются друг от друга как по ширине, так и по яркости. Обратите внимание на звездочку у дальней «оконечности». Это 32-километровый спутник Атлас; его орбита проходит между кольцами A и F.
Система Сатурна похожа на Солнечную систему в миниатюре. Спутники кружат вокруг планеты-гиганта подобно планетам вокруг Солнца. Но есть и одно существенное различие: у Солнца нет таких роскошных колец. Кольца Сатурна очень тонкие. Толщина их обычно составляет всего несколько метров, и уж во всяком случае нигде не бывает больше 10 километров. Тем не менее, кольца способны отбрасывать тень. На этой фотографии видно, что тень от колец в одних местах черная, а в других серая. Это значит, что они по-разному пропускают свет.
Лучше всего волны в кольцах Сатурна наблюдать на примере кольца F. Сила притяжения Прометея, 86-километрового спутника, который виден на фото, искажает структуру кольца, порождая диагональные образования. Снимок получен 30 августа 2008 года с расстояния 1,2 миллиона км.
Орбита космического аппарата «Кассини» была выбрана так, что 3 марта 2005 года кольца заслонили собою Землю. Тогда «Кассини» послал на нашу планету три радиосигнала на длинах волн 0,94, 3,6 и 13 сантиметров. Сигналы, проходя сквозь кольца Сатурна, несколько искажались. По этим изменениям ученые получили представление как о толщине колец, так и о материале, из которых они сложены. Это изображение сконструировано из радиоизмерений щели Кассини и кольца A. Оказалось, что толщина кольца А равнялась примерно 10 км, а во внешних кольцах и вокруг щели Энке наблюдались волны плотности, порожденные спутниками-пастухами. Искусственные цвета предоставляют информацию о размерах частиц, из которых состоят кольца. Пурпурный цвет показывает частицы менее 5 см в диаметре. Зеленый и голубой цвета показывают частицы 1-5 см и менее 1 см в диаметре
Цветные нити и тени. Удивительная картина предстала перед камерами «Кассини» 30 июля 2004 года, вскоре после прибытия в систему Сатурна. Атмосфера газового гиганта была окрашена в ровные безмятежные тона, а тонкие полупрозрачные кольца пересекали собственную тень. На снимке видно кольцо C, ближайшее к Сатурну, и широкую щель Кассини, которую можно увидеть даже в любительский телескоп.
Изысканные оттенки золотого демонстрируют нам внутреннее кольцо B. На снимке видна щель Кассини, заполненная тусклыми и очень узкими колечками. Края щели Кассини оказываются размытыми, когда смотрим на нее с относительно небольшого расстояния.
Не только кольца могут отбрасывать тень на Сатурн, но и Сатурн на кольца. Посмотрите как резка и отчетлива тень планеты в безвоздушном пространстве!
«Открылась бездна, звезд полна...» — писал великий Ломоносов о ночном небе. Замените «звезды» на «луны» и вы получите картину, запечатленную зондом «Кассини» в системе Сатурна. Целых пять спутников, Янус, Мимас, Пандора, Прометей и Атлас (слева направо) мы видим на этом великолепном снимке. А если бы позволяло разрешение, то заметили бы еще несколько. К сожалению, многие из спутников Сатурна слишком малы для масштабных полотен. Это просто неправильной формы куски скал 5-15 км в поперечнике. Этот снимок сделан 13 декабря 2008 года в ближнем инфракрасном свете.
Странные «спицы» в кольцах Сатурна. В кольцах Сатурна наблюдаются необычные образования — «спицы», представляющие собой светлые и тёмные полосы, идущие поперёк колец. Впервые спицы были обнаружены еще «Вояджерами». Странно то, что эти полосы ведут себя как единое тело, в то время как кольца Сатурна единым телом не являются. Внутренние слои колец вращаются вокруг планеты быстрее внешних. По всем законам небесной механики «спицы» должны быстро разрушаться, однако этого не происходит. В чем причина их долговечности, астрономам еще предстоит выяснить.
Самая большая виниловая пластинка в мире. Кольца Сатурна во всем великолепии открылись камерам «Кассини» 7 февраля 2008 года. В результате мы видим сложную мозаику, хитросплетение множества дуг, в которых теряется огромная щель Кассини, разделяющую главные кольца А и B. А вот узкую, с четкими краями щель Энке слева видна отлично. Как и расположенное еще дальше чрезвычайно узкое кольцо F. Это ветвящееся образование с волнами и петлями целиком и полностью обязано своим существованием спутникам-пастухам, Пандоре и Прометею.
В большой телескоп у Сатурна видны три кольца: внешнее средней яркости кольцо, среднее, самое яркое, и внутреннее полупрозрачное кольцо ("креповое"). В порядке удаления от Сатурна они обозначаются буквами латинского алфавита: С, В, А.
В особо благоприятный период 1966 года, когда кольца были повернуты к земному наблюдателю своей неосвещенной стороной и почти ребром (а это значит, что яркие кольца не мешали наблюдениям), было открыто очень слабое самое внешнее кольцо, Еще одно кольцо (тоже очень слабое) было замечено наземными наблюдателями во внутреннем пространстве между "креповым" кольцом С и самой планетой.
Космические посланцы подтвердили наличие у Сатурна этих крайне разреженных колец и уточнили: самое внешнее кольцо представлено тремя самостоятельными кольцами, разделенными промежутками. Внешний радиус самого внешнего из этих трех колец охватывает зону до 6 радиусов планеты, то есть достигает 360 тыс. км.
Итак, общая структура колец Сатурна представлена семью более или менее широкими кольцами, разделенными промежутками. Но свыше 99% отражаемого солнечного света дают лишь два кольца, которые хорошо наблюдаются с Земли: среднее, самое яркое, и отделенное от него щелью Кассини внешнее кольцо.
Очень интересные результаты были получены "Вояджерами". "Вояджер-1" показал, что видимые в телескопы широкие кольца Сатурна состоят из сотен узких колец. А "Вояджер-2", имевший более чувствительные телевизионные камеры, "увидел", что все узкие кольца разделяются на еще более узкие колечки, которые подобны бороздкам на граммофонной пластинке. Число таких колечек в пределах разрешения камер (около 100 м) достигает примерно 10 тыс. На самом же деле их может быть свыше100 тыс. Но почему частицы в кольцах заполняют не все пространство равномерно, а группируются в узкие колечки?
Советские ученые А. М. Фридман и В. Л. Поляченко объяснили это тем, что кольцо, равномерно заполненное частицами, обладает большей потенциальной энергией, чем кольцо, разделенное на отдельные колечки. А так как любая физическая система стремится принять положение, соответствующее минимуму потенциальной энергии, то эволюция колец и привела их к нынешнему состоянию.
Давно доказано, что кольца Сатурна состоят из миллиардов мелких частиц, каждая из которых обращается вокруг планеты наподобие крошечной луны. Ученых интересовали размеры этих мини-лун и их химический состав. Еще из наземных спектральных наблюдений было известно, что частицы колец, вероятно, ледяные. Бортовые приборы, установленные на космических аппаратах, подтвердили правильность такого вывода. При той весьма низкой температуре, какую имеют кольца (средняя -206°С), это действительно могут быть целиком ледяные частицы или же покрытые слоем льда (с каменной "косточкой" внутри). Они очень малы, и разглядеть их не удалось даже с помощью телевизионных камер космических аппаратов, пролетавших вблизи Сатурна. И все же космические эксперименты помогли достаточно надежно оценить физико-химические характеристики этих невидимых частиц.
Поперечники частиц измерялись методом радиозатмения космического аппарата кольцами Сатурна. Радиолуч КА последовательно пронизывал внешнее кольцо, щель Кассини, внутреннее, самое светлое кольцо и находящееся внутри него "креповое" кольцо. При прохождении радиоволн через то или иное кольцо происходило их рассеяние на частицах кольца. По характеру рассеяния радиоволн было установлено, что средний поперечник частиц различен - от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров. Самые мелкие из них сосредоточены в "креповом" кольце, самые крупные (размером с дом) - во внешнем. В кольцах встречаются и большие глыбы - до нескольких сотен метров в поперечнике. Сильное рассеяние, но не радиоволн, а видимого света, обнаружено у двух колец из числа самых внешних. Это свидетельствует о наличии в их составе значительных количеств мелкой пыли.
Исследователей интересовал также вопрос: состоят ли частицы колец целиком изо льда или только покрыты льдом? Раскрыть эту загадку помогла радиолокация. Как известно, каменистые частицы поглощают радиоволны, а частицы колец оказались хорошими отражателями радиоволн. Следовательно, кольца Сатурна в основном ледяные.
Эта огромная система колец, достигающая в диаметре удвоенного расстояния Земля-Луна, оказалась на удивление очень тонкой. Если судить по снимкам, переданным "Вояджером-2", толщина колец на некоторых участках составляет 150 м, а есть места, где она едва достигает 100 м. По-видимому, толщина колец изменяется от нескольких десятков до нескольких сотен метров и соизмерима с размерами самых крупных частиц.
Космическими аппаратами была также сделана попытка измерить массу колец. Скорее всего, она близка к одной десятимиллионной доле массы самого Сатурна, или к одной стотысячной массы Земли, или равна примерно одной тысячной массы Луны.
Завершая рассказ о кольцах Сатурна, хотелось бы еще раз коснуться проблемы их происхождения. Кольца могли образоваться в результате разрушения мощными приливными силами одного из близких спутников Сатурна.
Московский астроном М. С. Бобров уже давно высказывал идею, что кольца Сатурна - не спутник, разорванный притяжением планеты, а, наоборот, частицы протопланетного вещества, которым приливные силы воспрепятствовали сформироваться в единый спутник. Поэтому область колец Сатурна, возможно, почти единственное место в Солнечной системе, где сохранились остатки первичной, допланетной материи. Ее изучение могло бы пролить свет на историю происхождения планет.
Школу я закончила достаточно давно, но в памяти хорошо сохранились уроки астрономии. Мне всегда было интересно слушать рассказы о планетах Солнечной системы . Космическое пространство манит своей красотой и неизведанностью. Так, например, Сатурн считается самой красивой планетой . Расскажу и вам, почему именно эта планета получила такое звание.
Кольца Сатурна
Есть несколько планет, окруженных кольцами. Самая известная среди них - это Сатурн. Ее узнать несложно. Сатурн окружает целая система кольцевых образований . Состав их давно известен:
- измельченные частицы льда;
- пыль;
- космический мусор .
Кольца Сатурна хорошо просматриваются через телескоп с Земли. Это возможно благодаря тому, что частицы льда имеют способность отражать солнечный свет.
Кольца Сатурна поделены на семь классов , обозначенных первыми английскими буквами алфавита: А, В, С, D, Е, F, G. Первые три кольца А, В и С лучше всего видно с Земли. Если рассматривать эти кольца более детально, то каждое из них состоит еще из тысячи мелких колец . Основные кольца не все прилегают плотно друг к другу. Между ними имеются довольно большие разрывы.
Как образовались кольца Сатурна
Есть два предположения , как могли возникнуть кольца у планеты Сатурн. Согласно первому предположению, причиной образования колец послужило крушение спутника, астероида или кометы, находившегося на близком расстоянии от Сатурна. Такое разрушение могло произойти из-за воздействия приливной силы планеты . Космическое тело могло настолько близко притянуть к ней, что оно просто разорвалось на мелкие кусочки.
По второй гипотезе, кольца Сатурна представляют собой остатки огромного околопланетного облака . Можно предположить, что из крупных его частей сформировались спутники планеты , а маленькие до сих пор имеют раздробленный вид . Это связано с тем, что Сатурн не имеет постоянного притяжения, и части облака не смогли полностью соединиться, а поэтому так и находятся в раздробленном виде. Фотографии этой планеты впечатляют. Не зря большинство ученых называют Сатурн самой красивой планетой.
Планета Сатурн стала широко известна всем благодаря своим красивым кольцам, которые вращаются вокруг планеты. делят на три основные группы: A, B, C. Различить эти группы с легкостью возможно даже с Земли, но, если рассматривать кольца с относительно близкого расстояния, оказывается, что их там не 3 группы, а гораздо больше. Между кольцами существуют небольшие пробелы, где нет никаких частиц.
Приблизительная ширина колец 400 тысяч километров, а в толщину кольца всего лишь несколько десятков метров. Кольца Сатурна состоят из различных объектов: от пыли, до кусков льда диаметром несколько метров. Удивительно, что эти частицы движутся почти с одинаковой скоростью 10 км/с и кажется, что они не двигаются относительно друг друга.
Впервые кольца Сатурна были обнаружены Галилео Галилеем в 1610 году. Когда Галилео увидел кольца Сатурна в телескоп, он не понял, что это такое и подумал, что Сатурн состоит из разных частей. Он не мог сказать точно, что видел у Сатурна, – все, что можно было увидеть. В то время телескопы были не столь мощными. Ему виделись какие-то туманные объекты вокруг планеты. Почти 50 лет спустя ученые, наконец, установили, что у Сатурна имеются кольца, а еще несколько позже была найдена щель между ними при помощи космического аппарата Кассини.
Не всегда кольца можно увидеть в телескоп с Земли. вращается вокруг Солнца около 30 лет и примерно каждые 15 лет планета наклоняется к Земле так, что кольца кажутся едва различимой линией вдоль экватора Сатурна. В это время кольца считаются невидимыми с Земли и Сатурн почти нечем не отличается от своих соседей. Последний такой период был приблизительно в 2009 году.
Размеры частиц в кольцах ничтожно малы. Они варьируются от нескольких сантиметров, до пары метров. В редких случаях величина частиц переваливает за отметку 2 метра. Но частицы группы B значительно больше всех остальных частиц. Здесь можно встретить относительно огромные частицы размерами от сотни метров, до, в редких случаях, нескольких километров.
Строение колец Сатурна
Кольца делят на 3 основные группы: A, B, C; но всего групп колец в 2 раза больше. Кольца A, B и C самые заметные и яркие относительно других групп. Все эти группы разбивают почти незаметные темные участки, которые позже назвали “щелями”. Между группами A и B существует “щель Кассини” она так названа в честь ученого, открывшего ее. Далее между группами B и C находится “французский разделитель”, а между кольцами групп A и B находится “минима Энке”.
На изображении показаны кольца Сатурна в тот момент, когда их сложно заметить с Земли. Один из спутников Сатурна можно заметить слева на фото.
На этом фото с космического аппарата “Кассини” можно увидеть кольца E, F, G. Эти группы колец находятся дальше всех от поверхности планеты, и они невидимы для телескопов Земли.
Как образовались кольца Сатурна до сих пор неясно. Астрономы предполагают, что кольца Сатурна состоят из обломков его спутников, которые столкнулись на орбите планеты и затем их осколки пленила сила притяжения планеты. Возможно этих спутников было не мало, так как осколков и мусора в кольцах планеты весьма много. Другие же считают, что образование колец произошло в одно и то же время с формированием планеты и они никак не связаны с космическими столкновениями спутников.
Пока доказательств той или другой теории нет. Поэтому нельзя установить истинную природу колец. Но как бы они не образовались они сделали планету Сатурн самой красивой планетой, по крайней мере, в Солнечной системе. Благодаря этим кольцам планету можно отличить от всех остальных планет.