Планета с кольцами

Особенности отдельных колец

Несмотря на то, что система колец построена из относительно небольших частиц, ее размер впечатляет. Так, пояс A достигает 14 600 км в ширину (диаметр Земли — 12 742 км), B — 25 500 км, C — 17 500 км. Толщина щелей меньше: в самой широкой части она достигает 440 км.

Плоскость колец наклонена на 27° относительно орбиты гиганта. Соответственно, наблюдение за ними с Земли зависит от его расположения относительно Солнца. Учитывая, что год на Сатурне равен 29,5 земного года, можно рассчитать временные промежутки видимости колец:

• Периодически, раз в 15 лет, кольца исчезают, т.к. они поворачиваются к Земле ребром. В этот промежуток времени Галилео наблюдал за планетой.
• После этого 7 лет наблюдается увеличение раскрытия.
• В период солнцестояния пояс раскрывается больше всего. В течение следующих 7 лет раскрытие будет сводиться к нулю.

С каждым годом аппаратура, используемая для снимков и наблюдений за космосом, совершенствуется. Возможно, в скором времени это приведет к открытию новых фактов о Сатурне, его спутниках и системе поясов.

https://youtube.com/watch?v=pHNAufz1z2g

Другие спутники планеты

После обнаружения Галилеем 4-х спутников, об остальных не знали еще 300 лет. В 1892 году был замечен Альматея, в 20 веке нашлись остальные: Пасифа, Гималия, Элара, Синопе, Ананке, Лиситея, Карме, Леда, Метис, Адрастеи, Теба.

Начиная с 1999 года было обнаружено ещё 49 спутников. Так общее число спутников Юпитера достигло 79. Некоторые из них до сих пор не получили официальных названий.

Спутники Юпитера (иллюстрация из открытых источников)

Спутники делятся на:

• Внутренние. Находятся внутри орбиты Ио. Их насчитывается четыре: Альматея, Метида, Фива и Адрастея. Альматея из них самый крупный, имеет неоднородный рельеф, большое количество кратеров. Эти спутники являются регулярными, то есть повторяют направление движения главных спутников.
• Внешние. Все их характеристики сильно разнятся, форма каждого спутника неповторима и напоминает бесформенную каменную глыбу. Вращаются внешние спутники по эллиптическим орбитам. Большинство этих космических тел являются осколками более крупных спутников или планет. Среди внешних спутников встречаются регулярные и нерегулярные. Спутники, расположенные ближе к Юпитеру движутся по оси, совпадающей с движением главных спутников.

Орбиты внешних спутников (иллюстрация из открытых источников)

История обнаружения колец

Сатурн — вторая по размерам планета-гигант после Юпитера в нашей Солнечной системе. Более подробно изучать ее смогли только с появлением телескопов. Первым ученым, кто обнаружил кольца, был Галилео Галилей. Но он ошибочно предположил, что они являются частью планеты. Намного позже уже другим ученым удалось установить, что кольца все-таки отдельные от планеты и вращаются вокруг нее. Благодаря современным технологиям в наше время, было выявлено, что у Сатурна 7 колец, их обозначили буквами: A, B, C, D, E, F и G. Между ними зафиксированы щели, которым также дали названия по именам ученых, обнаруживших их.

Из чего состоят кольца Сатурна

По снимкам с космических аппаратов, которые отправляли к Сатурну, удалось обнаружить, что кольца состоят из множества маленьких колечек, которые также двигаются внутри кольца, но значительно медленнее, чем само кольцо вокруг планеты. Кроме того, обнаружили некие «спицы» — непонятные образования, которые проходят поперек колец. По всем законам физики при движении эти спицы должны быть разрушены, но этого не происходит. Кольца Сатурна состоят в основном изо льда, газа и частиц твердой породы.

Существует несколько предположений об образовании колец, например:

• Кольца образовались из-за поглощения Сатурном своих спутников, их частицы остались на орбите.
• Произошло столкновение с другой планетой, в результате чего остатки разрушенной планеты равномерно распределилось вокруг орбиты.
• Кольца — следствие возникновения планеты из газа и пыли, но так как у Сатурна недостаточно гравитационной силы, он не может притянуть оставшийся материал для строительства своей планеты.

Спутники

Спутники Юпитера начал открывать ещё в 1610 году Галилео Галиллей. Сегодня спутники делятся на:

• Галилеевские спутники.
• Другие (внешние и внутренние, регулярные и нерегулярные).

Сколько же спутников у планеты — гиганта? Спутники Юпитера представляют собой 79 космических тел, которые и по сей день постоянно изучаются учеными.

Некоторые спутники Юпитера достигают размеров небольших планет, вроде Меркурия. На некоторых спутниках предположительно нашли воду. Названия самых крупных спутников Юпитера: Ио, Ганимед, Каллисто, Европу.

Спутники Галилео (иллюстрация из открытых источников)

Ио

Ио – крупный спутник Юпитера, которых проявляет вулканическую активность. Спутник относится к так называемым галилейским лунам, так как был открыт ещё в 1610 году Галилео Галилеем.

По своему строению Ио представляет собой железное ядро, окруженное толстой оболочкой из силикатных пород. В некоторых местах есть небольшие ледники. Горы довольно высокие, достигают около 18-19 км в высоту.

Спутник Ио (иллюстрация из открытых источников)

Если посмотреть на фотографии спутника, можно заметить белесоватые участки, их создает двуокись серы, которая постоянно присутствует  на поверхности. Атмосфера также состоит из монооксида серы, атомной серы и кислорода.

Поскольку спутник проявляет вулканическую активность, на поверхности Ио замечены лавовые потоки, насчитывается тысячи активных вулканов.

Европа

Европа – ледяной спутник Юпитера. Поверхность его представлена слоем льда  толщиной от 20 до 40 км, глубже расположен океан (около 30 км), затем слой горных пород и железное ядро. На спутнике имеется много силикатных пород, а плотность его похожа на плотность Луны.

Спутник Европа (иллюстрация из открытых источников)

Атмосфера чрезвычайно разреженная и состоит из молекулярного кислорода. На поверхности спутника можно увидеть признаки того, что Европа довольно молода: кратеров немного, а ледяная поверхность ровная и чистая. По подсчетам учёных Европе коло 30 — 190 млн лет.

Есть ли жизнь на Европе?

Возможно, в верхних слоях океана существует некое подобие микробной культуры. Для того, чтобы убедиться в этом окончательно необходимо измерить соленость океана и его температуру. Также возможно возникновение жизни на дне океана, так как там имеются гидротермальные источники.

Структура спутника Европа (иллюстрация из открытых источников)

Ганимед

Крупнейшим спутником Юпитера является Ганимед, который больше чем Меркурий и Плутон. Диаметр Ганимеда составляет 5268 км.  Луна Юпитера была открыта ещё в 1610 году, благодаря трудам Галилео Галилея.

Структура спутника Ганимед (иллюстрация из открытых источников)

Поверхность спутника представлена слоем льда толщиной в 100 км. В центре находится ядро, состоящее из железа, которое покрывает мантия. Рельеф представлен кратерами и сложными узорами. Предполагается, что под толстым слоем льда находится грязь и вода.

Каллисто

Спутник входит в группу Галилея, был открыт в 1610 году. Примерно на 50% Каллисто состоит изо льда, остальную площадь занимает каменная часть. Глубже расположена ледяная литосфера и океан. Ядро состоит из силикатов, вокруг него расположена каменно – ледяная смесь.

Спутник Каллисто (иллюстрация из открытых источников)

Поверхность Каллисто усеяна кратерами больше, чем все другие во всей Солнечной системе. Тектоническая и вулканическая активность отсутствует.

Атмосфера представлена слоем двуокиси углерода, который постоянно обновляется, так как в течение 4 дней обычно полностью исчезает. Молекулярный кислород обнаружить не удалось, но есть предположение, что он всё же присутствует в атмосфере.

Происхождение колец

Существует 2 основные гипотезы:

• Кольца сформировались из остатков околопланетного облака вещества, которые из-за непостоянства притяжения Сатурна не смогли, как у других планет, стать полноценным спутником. В спутники превратились лишь внешние области этого облака, тогда как частицы из внутренних, вращаясь слишком быстро и беспорядочно, претерпевали чрезмерно сильные соударения, постепенно измельчаясь и становясь всё более рыхлыми.
• Кольца появились в результате разрушения крупного спутника из-за столкновения с метеоритом, крупной кометой или астероидом. Разрушение могло произойти и из-за гравитационного влияния самого Сатурна, когда орбита спутника оказывалась ниже предела Роша.

Так, согласно одной из моделей, предложенной американкой Робин Кэнап, причиной образования колец стали несколько последовательных поглощений Сатурном его спутников. Практически все из нескольких крупных (в полтора раза больше Луны) сформировавшихся на заре Солнечной системы спутников постепенно из-за гравитационного воздействия падали в недра Сатурна. В процессе схода со своих орбит по спиральной траектории они разрушались. При этом лёгкая ледяная составляющая оставалась в космосе, тогда как тяжёлые минеральные компоненты поглощались планетой. Впоследствии лёд захватывался гравитацией следующего спутника Сатурна, и цикл повторялся. Когда произошел захват Сатурном последнего из своих изначальных спутников, ставшего гигантским ледяным шаром с твердым минеральным ядром, вокруг планеты образовалось «облако» изо льда, фрагменты которого имели от 1 до 50 километров в диаметре и сформировали первичное кольцо Сатурна. По массе оно превышало современную систему колец в 1000 раз, однако в течение последующих 4,5 миллиарда лет соударения образующих его ледяных глыб привели к измельчению льда до размеров градин. При этом большая часть вещества была поглощена планетой, а также утрачена при взаимодействии с астероидами и кометами, многие из которых также были разрушены гравитацией Сатурна.

По другой теории, согласно расчётам группы японских и французских учёных, кольца сформировались при разрушении крупных небесных тел из пояса Койпера, сближение с которыми часто имело место во время Поздней тяжёлой бомбардировки 4 млрд лет назад.

Загадочный Сатурн и его кольца

Сатурн обладает самыми заметными кольцами. Самым ярким и широким является центральное кольцо. От внешних колец оно отделено расстоянием почти в 4 тысячи километров! Внутреннее кольцо наименее заметное, почти прозрачное, напоминающее легкую дымку.

На первый взгляд кольца Сатурна кажутся мощными. В действительности же, если рассматривать их в космических масштабах, то они очень тонкие, толщина их не превышает 1 тыс. м. Ученые даже подсчитали, что если собрать воедино все частицы, из которых состоят кольца, то диаметр полученного тела не превысит 100 км.

Удивительно, но на Сатурне не найти твердую поверхность. Плотность этой планеты намного ниже, чем у любого тела во всей Солнечной системе.

Облака здесь представлены в форме практически правильных шестиугольников. Подобного не наблюдается больше нигде!

Примечания

1. ↑ Перельман Я. И. Астрономические анаграммы // Занимательная астрономия. — 7-е изд. — М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1954. — С. 120—122.
2. , с. 123.
3. ↑ , с. 128.
4. Dawes W. R. Remarks on the observations of the obscure portion of Saturn’s ring, made by Dr. Galle at Berlin in 1838 (англ.) // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — Oxford University Press. — Vol. 11. — P. 184—186. — .
5. ↑ , с. 132.
6. Sophie Kowalewsky. Zusätze und Bemerkungen zu Laplace’s Untersuchung über die Gestalt der Saturnsringe (англ.) // Astronomische Nachrichten. — Wiley-VCH, 1885. — Vol. 111. — P. 37—48. — .
7. , с. 134.
8. , с. 138—139.
9. ↑ , с. 145.
10. , с. 142.
11. . // JPL/NASA web site. Дата обращения 15 марта 2016.
12. , с. 146.
13. . // JPL/NASA web site. Дата обращения 15 марта 2016.
14. . NASA web site. Дата обращения 15 марта 2016.
15. . JPL/NASA web site. Дата обращения 15 марта 2016.
16. Сам крошечный спутник Паллена был открыт всего 2 годами ранее, также по данным «Кассини».
17. ↑  (англ.). NASA (11 October 2006). Дата обращения 11 июня 2020.
18. ↑ Александр Пономарёв. . «Популярная механика» (17 июня 2015). Дата обращения 5 октября 2017.
19. ↑
20. ↑
21. . // Газета.ру (13 декабря 2010).
22. ↑ , p. 206.
23. ↑ Freddie Wilkinson.  (англ.). The Astrophysics Spectator (24 November 2004). Дата обращения 20 мая 2020.
24. ↑ , p. 208.
25. ↑
26. ↑ .
27. ↑ , p. 209.
28. Д. Ю. Цветков. . Астронет (27 ноября 2006). Дата обращения 11 июня 2020.
29. ↑ C. C. Porco и др. .
30. ↑ Daniel W. E. Green.  (англ.). Central Bureau for Astronomical Telegrams. International Astronomical Union (11 October 2006). Дата обращения 15 июня 2020.
31. ↑ Цесевич В.П. § 46. Сатурн и его система // Что и как наблюдать на небе. — 6-е изд. — М.: Наука, 1984. — С. 158—162. — 304 с.
32. Фридман А..  // Астронет.

Особенности отдельных колец

Кольцо F на отдельных участках имеет свитую структуру – оно состоит из трёх жгутов, два из которых завиваются вокруг третьего.

Есть два объяснения этому феномену – F состоит из наэлектризованных частиц. Они подвергаются воздействию магнитного поля Сатурна, что и обуславливает такую структуру. На частицы влияют два спутника – Пандора и Прометей орбиты которых находятся на разных концах F.

Интерес вызывают и спицеподобные радиальные образования в B, именуемые спицами. Их образуют частицы, рассеивающие солнечный свет.  Маленький размер (около 1 микрометра) позволяет частицам подниматься над поясом планеты.

Длина спиц достигает 1000 км, ширина 1000 км. Они возникают на короткий промежуток времени, после чего исчезают.  Скорость вращения спиц может превышать скорость колец и совпадать со скоростью вращения планеты.

D — самое близкое к планете. Оно находится на расстоянии 7000 км от облачного покрова. Наблюдатель с Сатурна смог бы рассмотреть много частиц, летающих над облаками. Их примерный состав известен: камень, покрытый льдом, гидрат аммиака и метана. Плотность такого льда примерно равна 0, 6 г/см3.

Полёт аппарата Кассини позволил получить новые данные о составе частиц. Оказалось, что помимо указанных компонентов, частицы содержат бензол, углекислый газ и органику. По своему составу они схожи с кометами. Также частицы поглощаются атмосферой планеты, изменяя её состав.

Скорость этого поглощения довольно большая (от 10 до 45 тонн в секунду).  Это может привести к исчезновению D через несколько десятков тысяч лет.

Частицы, которые входят в состав C — более крупные. Их диаметр достигает 1 м. 99% солнечного света, падающего на кольца, отражают A и B. Размер частиц, из которых состоят различные кольца, не одинаков. Он разнится от 1 мкм до 1 км. Толщина А, B, C близка к 1,3 км.

Е – самое удалённое кольцо от планеты. Оно находится в зоне, составляющей от 3 до 8 радиусов Сатурна. В центре этой зоны располагается орбита спутника Энцелада.