Почему у Сатурна есть кольца? Кольца сатурна.
01.02.2018 21:37
1617
Почему у Сатурна есть кольца?
Планета Сатурн является второй по величине планетой в нашей солнечной системе и шестой по удалённости от Солнца. Вам ребята наверняка знакома эта планета из-за загадочных колец, которые окружают Сатурн.
А что представляют эти кольца и зачем они нужны?
Сейчас мы это узнаем.
Кольца Сатурна окружают планету в районе экватора – то есть посередине планеты. Их диаметр составляет приблизительно 250000 км. При этом толщина колец всего лишь 1.5 км.
Впервые кольца Сатурна увидел в телескопе итальянский астроном Галилео Галилей в 1610. Но он предположил, что видит не известные выпуклости по бокам планеты. То, что у Сатурна есть кольца, предположил нидерландский астроном Христиан Гюгенс, рассматривая планету в более мощный телескоп .
Самые большие по размеру кольца учёные обозначили буквами A,B и C. После них были обнаружены ещё три кольца. Их астрономы назвали D, E и F. На сегодняшний день учёные изучают Сатурн с помощью искусственного спутника Кассини. Им удалось открыть ещё много колец у этой необычной планеты!
Кольца Сатурна состоят из кусочков льда и камней. Их размеры могут быть с футбольный мяч, а могут с двухэтажный дом! Солнечные лучи попадая на ледяные камешки отражаются и в космосе образуется необычное сияние. Поэтому кольца Сатурна такие яркие, что их можно увидеть в телескопе.
Нет точного ответа на вопрос, как эти кольца образовались. Учёные предполагают, что когда-то Сатурна столкнулся с большим космическим телом. Возможно одним из своих спутников. При ударе Сатурн не пострадал, а вот другое космическое тело разлетелось на множество осколков. Теперь эти осколки вращаются вокруг планеты благодаря силе притяжения Сатурна. Есть предположение, что кольца Сатурна – это осколки его бывшего спутника. Из-за воздействия сил притяжения Сатурна спутник разрушился, а его осколки стали вращаться вокруг планеты. Некоторые учёные предполагают, что окружающие Сатурн астероиды и кусочки льда – это остатки околопланетного облака (космическая пыль). Из его внешних частей получились спутники Сатурна, а внутренние части остались в виде колец.
Кстати, а вы знали, ребята, что кроме Сатурна кольца есть ещё у Юпитера, Урана и Нептуна. Но они не такие большие и не такие яркие. Увидеть их можно только в очень мощный телескоп.
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).
1. Галилео Галилей и Сатурн
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
Кольца Сатурна состоят из миллиардов кусков льда и камня. Размеры этих обломков варьируются от крупицы соли до небольшой горы.
3. Только пять планет
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
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
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
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
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
Каждое из колец вращается вокруг Сатурна с разной скоростью. Скорость вращения колец убывает с удалением от планеты.
9. Нептун и Уран
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
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
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
Частицы внутри колец Сатурна иногда могут образовывать вертикальные образования. Это выглядит, как вертикальные "бугорки" на кольцах высотой около 3 км.
13. Второй после Юпитера
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
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
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
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
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
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
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
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
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 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
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.
Для всех интересующихся астрономией - .
Отличие Сатурна от остальных планет Солнечной системы видно сразу: его кольца несопоставимо больше, чем кольца любой другой планеты нашей системы. Это очень необычно по целому ряду причин.
Во-первых, почти все имеющиеся теоретические модели эволюции Солнечной системы предсказывают, что кольца у ее планет должны были образоваться с самого начала. Понятно, что ближе Юпитера у планет кольца типа сатурнианских не выживут: Солнце греет слишком хорошо, поэтому лед испаряется. Кольца у Земли или Марса если и были когда-то, то быстро исчезли. Непонятно другое: почему таких же впечатляющих колец нет у Юпитера, гравитация которого много сильнее, чем у Сатурна, или у Урана с Нептуном, которые куда дальше от Солнца, что, по идее, хорошо для сохранности колец.
Во-вторых, совершенно непонятно, почему кольца Сатурна так блестят. В Солнечной системе не так мало комет, которые покрыты льдом. Но на всех них этот лед довольно темный. Даже если в составе кометы мало пыли, солнечные лучи ее периодически нагревают и лед вокруг пылинок испаряется. Остается грязный комок снега и льда, напоминающий остатки снега на городских улицах весной. А вот водный лед в кольцах Сатурна в основном яркий, блестящий. Ни один расчет не показывает, что он мог бы сохранить этот блеск за 4,5 миллиарда лет, прошедших со времен возникновения нашей системы.
Озабоченные всеми этими вопросами, авторы новой статьи в Science еще пару лет назад задумали очень необычный ход - проверить, с какой скоростью Сатурн пожирает свои кольца. В ходе финальных витков вокруг планеты «Кассини» проскользнул в 3 тысячах километров над верхним слоем облаков Сатурна и в 320 километрах от видимого края кольца D, самого близкого к планете. Аппарат сделал там 22 витка и, используя свой анализатор космической пыли, смог замерить количество заряженных частиц пыли, падающих в атмосферу планеты-гиганта, а также типичные направления, с которых они приходят. Всего удалось захватить 2700 частиц такой пыли, причем большинство из них падало на экватор планеты практически вертикально.
Оказалось, что всего во внутреннем кольце Сатурна образуется примерно несколько тонн нанометровой пыли - за счет соударения и разрушения более крупных частиц. Часть такой пыли, возможно до одной тонны в секунду , падает в атмосферу Сатурна (впрочем, надежно измеренный объем относится только к части экваториальной плоскости планеты и дает всего пять килограммов в секунду).
Темная-темная нанопыль в черном-черном космосе
Что особенно интересно, среди падающих частиц 422 состояли из водного льда и 214 - из силикатов. Это соотношение значительно выше, чем до сих пор показывали все измерения с помощью телескопов. В принципе расхождения с удаленными наблюдениями можно было ожидать. Силикатные частицы, как правило, очень темные, а расстояние между Сатурном и Землей никогда не бывает меньше 1,3 миллиарда километров. Само собой, увидеть нанометровые силикатные частицы темного цвета с такого расстояния куда сложнее, чем яркие частицы водного льда. Открытие указывает на то, что дистанционное изучение небесных тел даже в случае планет Солнечной системы не может заменить исследования «на месте».
Как выяснилось с помощью камеры «Кассини», работающей в ультрафиолетовой части спектра, в атмосфере планеты наблюдаются своего рода «столбы» нейтрального водорода. До наблюдений за нанопылью, падающей из колец, было неясно, откуда они берутся. Но, сочетая одни наблюдения с другими, ученые пришли к выводу, что они хорошо стыкуются. Если заряженные нанометровые частицы пыли падают в атмосферу Сатурна, то они должны там тормозиться, отдавая свою энергию атомам водорода из газовой оболочки планеты. Те в итоге получают большую энергию, что позволяет им «выскочить» над основной частью атмосферы, после чего они снова возвращаются в нее.
На данный момент исследователи еще не пришли к однозначному выводу о том, каков возраст колец планеты. Полученные данные по пыли позволят сделать это только в рамках будущих работ, которые учтут, насколько при таком количестве силикатных частиц в кольцах они должны быть темными - как в сценарии их большой древности, так и в сценарии недавнего появления. Дело в том, что чем дольше лед находится в регионе, богатом пылью, тем большее ее на нем оседает. Судя по полученным приборами «Кассини» данным, силикатной пыли в кольцах больше, чем думали. А значит, объяснить нестерпимую яркость колец из водного льда еще сложнее, чем считалось раньше. Другой механизм оценки возраста колец вытекает из скорости пожирания их атмосферой планеты. Если выяснится, что за миллиарды лет кольцо D, ближайшее к Сатурну, должно было давно истощиться, а оно все еще этого не сделало, гипотеза молодости колец получит еще одно подтверждение.
Почему это важно?
В теории это делает привлекательным другое объяснение: кольца возникли очень недавно и поэтому не успели потемнеть. «Недавно», конечно, только по астрономическим меркам. Некоторые работы предполагают, что появились они как побочный продукт серии столкновений спутников Сатурна, которая случилась около 100 миллионов лет назад. В их ходе какие-то более древние спутники планеты исчезли, а потом из их разбросанного материала сформировались кольца, из материала которых, в свою очередь, возникли новые спутники. Одним из них считается Энцелад, также состоящий главным образом из водного льда, как и сами кольца.
Следует понимать, что если подобные титанические по масштабу события действительно случились всего 100 миллионов лет назад, то это не просто местная история, относящаяся только к шестой планете системы. Дело в том, что орбиты спутников планет-гигантов, как правило, крайне устойчивы - других примеров в Солнечной системе не видно. Чтобы произошло столкновение, должно было случиться что-то большое и не вполне очевидное. Вообще говоря, такое бывает: Солнечная система делает круг вокруг центра нашей Галактики каждые 220 миллионов лет и на этом пути периодически попадает в один из рукавов, где плотность звезд выше, чем между рукавами. Попадая в такое место, система имеет более высокую вероятность сблизиться с другой звездой, а гравитация той способна серьезно дестабилизировать орбиты комет облака Оорта, да и других тел системы. Какие-то из них могут случайно пройти близко от планет, где гравитация постепенно будет сближать их со спутниками или даже самой планетой. 66 миллионов лет назад по такому сценарию крупное тело положило конец эпохе динозавров на Земле. Кто знает, не привела ли подобная цепь событий и к катастрофическому сценарию образования колец Сатурна.
Как «Кассини» «засекретил» длину суток Сатурна
Еще одна недавно вышедшая работа в той же Science посвящена другой загадке планеты - километровым радиоволнам (типичная их длина - несколько километров) большой силы, исходящим от нее и на данный момент не имеющим полных аналогов ни на одном другом известном небесном теле. Оценочная мощность такого излучения для шестой планеты - примерно один гигаватт, что для радиоисточника незвездного происхождения не так мало (у человечества, положим, постоянно работающих радиоисточников сопоставимой мощности пока и близко нет). При этом для земного наблюдателя данные сигналы имеют определенную периодичность - 10−11 часов.
Из-за периодичности, близкой к оценочному периоду сатурнианских суток, сначала астрономы полагали, что источник этого странного излучения - более плотная часть планеты, из которой излучение проходит через атмосферу и попадает в космос. Увы, «Кассини» окончательно похоронил эту гипотезу. Дело в том, что период всплесков этого радиоизлучения в XX веке была замерен «Вояджерами» как равный 10 часам 39 минутам и 24 секундам. А по данным «Кассини» вышло, что период равен 10 часам 45 минутам и 45 секундам. Более того, за годы наблюдений зонд обнаружил, что периоды этого излучения меняются на 1 процент буквально за месяц. Удалось понять только то, что есть прямая связь между силой сигналов и скоростью солнечного ветра (потока протонов и иных частиц от Солнца), и та же скорость как-то влияет и на периодичность километровых волн от планеты.
Надо понимать, что Сатурн радикально больше, например, Земли, и планета такого размера просто не может изменить длину своих суток более чем на шесть минут за десятки лет. Тем более, длина суток не может меняться за месяц или зависеть от скорости солнечного ветра. Стало ясно, что нужно какое-то другое объяснение.
Авторы новой работы воспользовались данными сразу нескольких приборов «Кассини», полученными в 2017 году во время его проходов над областями такого излучения. У них получилось, что излучение по времени четко коррелируется с изменениями в плотностях электронов в районах, близких к регионам существования полярного сияния на Сатурне. Иными словами, выходит, что источник странных километровых волн - события в магнитосфере. Отталкиваясь от количественных данных наблюдений «Кассини», исследователи предварительно «назначили» источником излучения область нестабильности между разными слоями заряженных частиц над зонами полярного сияния. Нельзя сказать, чтобы все с этим излучением стало ясно, но достоверно понятно, что периодичность километровых волн нельзя использовать для определения длины сатурнианских суток. К сожалению, атмосфера планеты имеет меняющуюся скорость, более плотная часть планеты недоступна наблюдениям, поэтому сейчас выяснить точную длину этих суток вообще нереально. Кто знает, быть может, следующий зонд поможет прояснить ситуацию.
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.
