Сатурн и его кольца. Сколько колец у Сатурна

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.

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

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.

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.

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.

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.