Кільця Сатурна

Кі́льця Сату́рна — концентричні утворення різної яскравості, які ніби вкладені одне в одне, і створюють єдину плоску систему невеликої товщини, розташовану в екваторіальній площині Сатурна. Кільце навколо Сатурна вперше спостерігав Галілео Галілей у 1610 році, але через низьку якість телескопу він сприйняв і описав видимі по краях планети частини кільця як дві менші планети (супутники) з кожного боку головної сфери Сатурна.

Повний набір кілець, знятий зондом Кассіні 15 вересня 2006 року (яскравість була штучно збільшена для наочності)

Природа кілець

Правильний опис кільця Сатурна дав Християн Гюйгенс (1659), а Джованні Кассіні незабаром показав, що воно складається з двох концентричних складових — кілець A і B, розділених темним проміжком (так званою «щілиною Кассіні»). Набагато пізніше німець Йоганн Ґалле (1838) і американський астроном Вільям Бонд відкрили внутрішнє кільце C, що слабо світилося, а в 1969 році було виявлено ще слабкіше і ближче до планети кільце D.

Яскравість кільця D не перевищує 1/20 яскравості найяскравішого кільця — кільця B. Кільця розташовані на таких відстанях від планети: A — від 138 до 120 тис. км, B — від 116 до 90 тис. км, C — від 89 до 75 тис. км і D — від 71 тис. км і майже до поверхні Сатурна.

Природа кілець Сатурна стала ясною після того, як англійський фізик Джеймс Клерк Максвелл (у 1859 році) і російська математикиня Софія Ковалевська (у 1885 році) різними методами довели, що стійким існування кільця навколо планети може бути, лише якщо воно складається із сукупності окремих малих тіл: суцільне тверде або рідке кільце було б розірване силою тяжіння планети.

Цей теоретичний висновок наприкінці XIX ст. був емпірично підтвердили незалежно один від одного Аристарх Бєлопольським (Російська імперія), Дж. Кілер (США) і А. Деландром (Франція), які сфотографували спектр Сатурна за допомогою щілистого спектрографа і на основі ефекту Доплера — Фізо виявили, що зовнішні частини кільця Сатурна обертаються повільніше, ніж внутрішні. Виміряні швидкості виявилися рівними тим, які мали б супутники Сатурна, якби вони перебували на тих же відстанях від планети.

Вік кілець

Автоматичний космічний апарат «Кассіні-Гюйгенс», який був запущений у 1997 році, досяг Сатурна в 2004 році та вийшов на орбіту навколо планети, де залишався до кінця місії в 2017 році. Одним з наукових інструментів на борту космічного апарату був аналізатор космічного пилу (CDA). Використовуючи дані, які зібрав CDA, вчені порівняли поточну кількість пилу в космосі навколо Сатурна з розрахунковою масою темного пилового матеріалу в кільцях. Дослідники виявили, що кільця мають вік не старше 400 мільйонів років і можуть бути молодшими, до 100 мільйонів років. Цей вік може здатися тривалим часовим масштабом, але він становить лише 1/10 частину від 4,5 мільярдів років існування Сонячної системи. Це також означає, що кільця не утворилися одночасно з Сатурном або іншими планетами Сонячної системи. З точки зору космології, кільця є нещодавнім доповненням до Сонячної системи. Понад 90 % часу існування Сатурна їх у нього не було.

Апарат «Кассіні-Гюйгенс» також зафіксував, що кільця Сатурна кожної секунди втрачають тонни своєї маси. Це відбувається з причини того, що кільця, в основному, складаються з льоду, і лише невелика їх частка — це кам'яний пил, утворений у космосі осколками астероїдів і мікрометеороїдами. Шматочки, схожі на піщинки, стикаються з частинками в кільцях Сатурна. Коли метеороїди проникають у кільця, вони швидко штовхають матеріал усередині внутрішніх кілець до поверхні планети. За оцінками дослідників, кільця існуватимуть щонайбільше ще декілька сотень мільйонів років та з часом — зникнуть.

Склад

Складна структура: кільця складаються з окремих хвиль

Протягом 29,5 року із Землі кільця Сатурна двічі видні в максимальному розкритті і двічі наступають періоди, коли Сонце і Земля перебувають в площині кілець, і тоді кільця або освітлюють Сонцем «з ребра», або воно для земного спостерігача видно «з ребра». У цей період кільця майже зовсім не видні, що свідчить про їх дуже малу товщину. Різні дослідники, ґрунтуючись на візуальних і фотометричних спостереженнях і їх теоретичній обробці, приходять до висновку, що середня товщина кілець становить від 10 см до 10 км. Кільце такої товщини побачити із Землі «з ребра» неможливо. Розміри твердих тіл в кільцях оцінюються від 10⁻¹ до 10³ см із переважанням брил діаметром близько 1 м, що підтверджується і спостережуваним віддзеркаленням радіохвиль від кілець Сатурна.

Хімічний склад речовини кілець, імовірно, однаковий у всіх чотири складових, різний у них тільки ступінь заповнення простору брилами. Спектр кілець Сатурна істотно відмінний від спектра самого Сатурна і Сонця, що їх освітлює; спектр указує на підвищену відбивну здатність кілець у ближній інфрачервоній області (2,1 і 1,5 мкм), що відповідає віддзеркаленню від льоду H₂O. Можна вважати, що тіла, що створюють кільця Сатурна, або покриті льодом або інеєм, або складаються з льоду. У останньому випадку масу всіх кілець можна оцінити в 10²⁴ г, тобто на 5 порядків менше маси самої планети. Температура кілець Сатурна, мабуть, близька до рівноважної, тобто до 80 К. За останніми даними, кільця Сатурна швидко еволюціонують. Порівняння знімків «Кассіні» і «Вояджерів» виявило істотні зміни, наприклад, кільце D стало тьмянішим.

Кільце Феби

Художнє зображення відкритого кільця відносно планети з відомими кільцями

6 жовтня 2009 року було оголошено про відкриття нового, гігантського і ніколи не баченого доти кільця Сатурна. Його виявив американський інфрачервоний космічний телескоп «Спітцер». Порівняльно тонке кільце з крижаних частинок і пилу розташовано на самому краю Сатурніанської системи, близько до орбіти супутника Феба, і нахилено на 27 ° відносно основного поясу кілець. Нове виявлене кільце починається за 6 млн км від поверхні Сатурна і розтягнуте ще на 12 млн км від неї, це приблизно від 128 до 207 радіусів Сатурна. Температура кільця становить −193 °C.

Цікаві факти

• Оцінка товщини кілець — від 10 м до 1 км. У першому випадку вони б були, можливо, найплоскішими об'єктами, які знає людина, адже їхня ширина загалом понад 300 000 км.

Див. також

• Хризаліда

Примітки

1. Кільця Сатурна скоро можуть зникнути. 17.05.2023
2. Saturn's iconic rings are disappearing. // By Ashley Strickland, CNN. Published 11:55 AM EDT, Wed May 24, 2023
3. Кільця Сатурну зникнуть протягом кількох сотень мільйонів років. // Автор: Анна Холоднова. 24.05.2023, 20:50
4. Архів оригіналу за 13 червня 2015. Процитовано 11 червня 2015. 
5. Cornell University News Service (10 листопада 2005). . ScienceDaily. Архів оригіналу за 2 квітня 2011. Процитовано 24 грудня 2008. 
6. . NASA. Архів оригіналу за 27 травня 2010. Процитовано 17 листопада 2014.