Планета з кільцем
Планета з кільцем - Сатурн
Сатурн з його кільцем - найдивовижніша планета у сонячній системі. Широке, зовсім плоске кільце оточує екватор планети, як капелюх - його поля. Воно розташоване похило до того кола, яким Сатурн обходить Сонце за 29,5 років. Тому залежно від становища Сатурна з його шляху кільце повертається до нас то однією стороною, то інший. Кожні 15 років воно розташовується до нас рубом, і тоді його не можна розглянути навіть у найсильніші телескопи, а це означає, що кільце дуже тонке: його товщина не більше 10 – 15 км.
Першим кільця Сатурна відкрив у XVII столітті Галілей, Гюйгенс. У ХІХ ст. англійський фізик Дж. Максвелл (1831-1879), який вивчав стійкість руху кілець Сатурна, а також український астрофізик О.О. Білополіський (1854-1934) довели, що кільця Сатурна не можуть бути суцільними.
З Землі кращі телескопи видно кілька кілець, розділених проміжками. Але на фотографіях, переданих з АМС, видно безліч кілець. Кільця дуже широкі: вони простягаються над шаром планети на 60 000 км. Кожне складається з частинок і брил, що рухаються своїми орбітами навколо Сатурна. Товщина кілець трохи більше 1 км. Тому, коли Земля при своєму русі навколо Сонця опиняється у площині кілець Сатурна (це трапляється через 14-15 років, так було у 1994 р.), кільця перестають бути видимими: нам здається, що вони зникають. Не виключено, що речовина, з якої складаються кільця, не увійшла до складу планет та їхніх великих супутників під час формування цих небесних тіл.
Знаменитий астроном Галілей у 1610 р. виявив, що Сатурн оточений чимось. Але його телескоп був надто слабким, і тому Галілей не зміг розібрати, що він бачить біля Сатурна. Тільки через півстоліття голландському вченомуГюйгенсу вдалося розглянути, що це насправді плоске кільце, яке оточує планету і ніде до неї не торкається.
Вивчення Сатурна за допомогою більш досконалих телескопів показало, що кільце розпадається на три частини, що становлять як би три незалежні кільця, вкладені одне в інше. Зовнішнє кільце відокремлюється від середнього темним проміжком – вузькою чорною щілиною. Середнє кільце яскравіше за зовнішній. Зсередини до нього примикає напівпрозоре, ніби туманне, третє кільце.
Що ж являють собою ці чудові кільця? Можливо, це справді тверді гладкі майданчики? Ні це не так. Видатні вчені - англійський фізик Максвелл (1831 - 1879) та українська жінка-математик С. В. Ковалевська (1850 - 1891) своїми розрахунками довели, що суцільне і тверде кільце такого розміру існувати не може: воно було б миттєво зруйноване. силі тяжіння щодо різних його частин. Видатний український астрофізик О. О. Білопольський ретельними спостереженнями Сатурна підтвердив, що кільце справді не суцільне. Виявилося, що швидкість руху у різних частинах кільця різна. Це означає, що кільця складаються з дрібних уламків, кожен з яких обертається навколо Сатурна з такою швидкістю, яку мав би супутник планети, що годиться на такій же відстані. Кожен такий уламок - як би незалежний супутник, що сам по собі звертається навколо Сатурна.
Що ж є ці уламки? Це, ймовірно, камінчики різного розміру: від кількох сантиметрів до метра в поперечнику, але, можливо, в кільцях є пил. Окрім кілець, навколо Сатурна рухаються дев'ятьох супутників. З них один - Титан - за розмірами приблизно дорівнює Меркурію і трохи поступається йому масою. Інші супутники мають різні розміри. Але всі вони значно меншіТитану.
Сатурн багато в чому нагадує свого побратима – Юпітера. Багато дивні, на наш погляд, особливості Юпітера виражені у Сатурна ще різкіше. Наприклад, він стиснутий у полюсів ще сильніше і складається з речовини, легшої за воду. Сатурн, як і Юпітер, оточений суцільним хмарним покривом, але ця туманна пелена на ньому менш строката. Смуги та плями на Сатурні хоч і є, але вони виділяються не так різко, як на диску Юпітера.
Атмосфера, в якій плавають хмари, має той самий склад, що й на Юпітері: у ній містяться метан та аміак. Відстань Сатурна від Сонця становить 1426 млн. км, і сонячні промені там гріють у 90 разів слабше, ніж Землі, й у 3.5 разу слабше, ніж Юпітері. Зрозуміло, що й мороз там дуже сильний – він сягає 150°. Доба на Сатурні триває 10 годин 14 хвилин.
На даний час у Сатурна встановлено існування 7 кілець, три з яких видно з Землі та виявлені астрономами вже давно. Кільця Сатурна складаються з багатьох крижаних частинок з розмірами від часток міліметра до декількох метрів. Тільки це не крига у тому вигляді, в якому його знають леза ковзанів жителів планети Земля. Скоріше, це сніг, а не крига. Так, звичайний водяний сніг, причому сніг дуже пухкий, зовсім не відрізняється відомою міцністю льоду
Кільце Сатурна настільки широко, що по ньому, якби таке можливо, міг би котитися Нептун або Уран. Або обидва одразу. Ширина обручки становить 137 000 км. У той же час, кільце має завтовшки всього кілька десятків метрів. Якщо уявити Сатурн у вигляді футбольного м'яча, кільця б у такої планети були набагато тонші за волосся. Кільце Сатурна, через свою велику ширину і високу відбивну здатність складових його частинок, дуже яскраве. Світло, що йде від кільця, заважає астрономам шукати поблизу Сатурнайого маленькі супутники. Але приблизно раз на 15 років Земля перетинає площину кілець Сатурна, і в цей нетривалий проміжок часу, коли кільця повернуті до Землі рубом, їх майже неможливо розглянути навіть у найбільші телескопи. Такими випадками користуються астрономи, фотографуючи Сатурн, вивчаючи знімки, на яких немає перешкод від яскравого кільця. Так було відкрито нових супутників у 1966-му році. На фотографіях на телескопі ім. Хаббла, теж були знайдені чотири нові супутники 1995-го року. Втім, як з'ясувалося пізніше, у цьому випадку відкриття було, швидше за все, помилковим
"Вояджер 1" дозволив докладніше розглянути структуру кілець. Безліч щілин, крім уже відомої давно щілини Кассіні, спонукали вчених висунути гіпотезу про наявність маленьких супутників, орбіти яких лежать усередині цих щілин, і, вважалося, такі супутники, як би, збирають усі частинки своєму шляху. Однак "Вояджер 2", який проводив систематичний пошук таких супутників, нічого не виявив. Незважаючи на те, що деякі з астрономів, як і раніше, мають на увазі знайти подібне співіснування супутника і щілини, численні дослідження привели до висновку про те, що винуватцями утворення багатьох щілин дійсно є супутники, але тільки ті, чиї орбіти лежать за межами кілець. Та й механізм утворення щілин зовсім інший
І частки, і супутники звертаються навколо Сатурна, підкоряючись законам Кеплера, у тому числі, зокрема, випливає, що що далі знаходиться тіло від центру, навколо якого воно звертається, то більше вписувалося період його звернення. Це означає, що і всередині кілець період обігу частинок навколо Сатурна залежить лише від відстані до планети. Для будь-якого супутника знайдеться таке кільце, для якого більший період звернення супутника виявиться кратним періоду зверненнячастинок, що знаходяться в цьому кільці. Скажімо, період звернення супутника виявиться майже точно втричі більшим, ніж період звернення частинок. Цей супутник через рівні проміжки часу змінює рух всіх таких частинок, і ті залишають, згодом, свою орбіту, утворюючи тонку щілину майже вільну від частинок. Таким чином, за кожною щілиною стоїть вплив певного супутника, особистість якого легко з'ясовується. Астрономи кажуть, що цю щілину супутник пасе. Тут слово "пасе" використовується як термін, а супутники, що наглядають за щілинами в кільці Сатурна, називають "пастухами"
Існує три основні кільця, названі A, B і C. Вони помітні без особливих проблем із Землі. Є імена і у слабкіших кілець - D, E, F. При найближчому розгляді, як ми пам'ятаємо, кілець виявляється безліч. Між кільцями є щілини, де немає частинок. Та із щілин, яку можна побачити в середній телескоп із Землі (між кільцями А та В), названа щілиною Кассіні. У ясні ночі з хорошими телескопами можна побачити менш помітні щілини
Кільця є залишками тієї допланетної хмари, яка породила всі тіла Сонячної системи. На тих відстанях від планети, на яких обертається велика частка частинок кільця, виникнення супутників неможливе через гравітаційний вплив самої планети, що руйнує всі більш-менш великі тіла. Частки кілець багаторазово стикаються, руйнуються і злипаються знову. Нагадаємо, що вони настільки крихкі, що поступаються в цьому самому пухкому снігу, який Ви можете собі уявити
Склад та дослідження Сатурна
Сатурн був відомий із доісторичних часів. Галілей першим спостерігав його в телескоп 1610 року. Ранні спостереження Сатурна були ускладнені припущенням, згідно з яким Земля проходить через площину кілець Сатурнакожні кілька років, коли Сатурн перетинає її орбіту. Лише 1659 року Крістіан Гюйгенс правильно вивів геометрію кілець. Кільця Сатурна залишалися унікальними для Сонячної системи до 1977 року, коли були виявлені дуже слабкі кільця навколо Урану і незабаром після Юпітера і Нептуна.
Першим кораблем, що літав до Сатурна, був Pioneer 11 у 1979 році, і пізніше - Voyager, 1 та Voyager 2. Cassini, який зараз перебуває на шляху до нього, прибуде туди у 2004 році.
Навіть у малий телескоп можна побачити, що Сатурн явно сплющений; його екваторіальний та полярний діаметри різняться майже на 10 % (120,536 км та 108,728 км). Це - результат швидкого обертання та рідкого стану. Інші газові планети теж сплющені, але не так сильно.
Сатурн має найнижчу щільність серед усіх планет, його питома вага становить лише 0.7 – менше, ніж у води.
Подібно до Юпітера, Сатурн складається приблизно на 75 % з водню і на 25 % з гелію зі слідами води, метану, аміаку та каменю, що відповідає складу споконвічної Сонячної Туманності, з якої була сформована Сонячна система.
За своєю внутрішньою будовою Сатурн подібний до Юпітера і складається зі скелястого ядра, рідкого металевого водневого шару та молекулярного водневого шару. Є також сліди різних льодів.
Усередині Сатурна – гаряче ядро з температурою 12000 K, і він випромінює в космос більшу кількість енергії, ніж отримує від Сонця. Основну частину додаткової енергії згенеровано механізмом Келвіна - Гельмгольца, як і Юпітері. Але цього недостатньо, щоб пояснити видиму яскравість Сатурна; має бути певний додатковий механізм усередині Сатурна.
Смуги, що так виділяються на Юпітері, на Сатурні набагато слабші. Вони набагатоширші ближче до екватора. У Сатурна також є довговічні плями та інші особливості, спільні з Юпітером.
Два основні кільця (А і B) та одне слабке кільце (C) можуть спостерігатися із Землі. Проміжок між кільцями А та B відомий як розділ Cassini. Зображення Voyager показують чотири додаткові слабкі кільця. Кільця Сатурна, на відміну кілець інших планет, є дуже яскравими (альбедо 0.2 - 0.6).
Хоча з Землі кільця виглядають безперервними, вони складаються з незліченних малих частинок, кожна з яких має власну незалежну орбіту. Відстань між ними коливається від сантиметра до кількох метрів.
Кільця Сатурна надзвичайно тонкі: хоча їхній діаметр - 250,000 км або трохи більше, їх товщина становить 1.5 км. Вони складаються в основному з льоду та частинок гірських порід, покритих крижаною кіркою.
Найбільш віддалене кільце Сатурна, зване F-кільцем, є складною структурою, складеною з окремих малих кілець, уздовж яких видно "вузли". Ці вузли складаються зі скупчень матеріалу, що становить кільця.
Походження кілець Сатурна та інших планет невідоме, можливо вони виникли шляхом руйнування великих супутників. Кільцеві системи не стійкі, вони повинні відновлюватися процесами, що постійно продовжуються.
Як і інші планети групи Юпітера, Сатурн має значне магнітне поле.
Сатурн легко побачити у нічному небі неозброєним оком. Хоча він не такий яскравий, як Юпітер, його просто ідентифікувати як планету, тому що він не "блимає", як зірки. Кільця та великі супутники можна спостерігати у невеликий телескоп.
Сатурн має 18 супутників, які мають свої найменування. З тих супутників, швидкості обертання яких відомі, всі, крім Феби та Гіперона, обертаються синхронно. Трипари супутників – Мімас – Теза, Енцелад – Діона та Титан – Гіперон – взаємодіють гравітаційно таким чином, щоб підтримати стійкі зв'язки між їхніми орбітами. На додаток до цих 18 супутників принаймні ще дюжині було присвоєно тимчасові позначення, але тепер вважається, що навряд чи всі вони є реальними і є супутниками Сатурна.