Доброго времени суток, уважаемые читатели блога вольных ледорубов!
В повседневной жизни люди уже привыкли сталкиваться со льдом, заглядывая в морозильную камеру холодильника, кушая мороженое, зимой играя в снежки или катаясь на ледяной горке. Всем нам знакомы картины бескрайних полярных льдов, айсбергов и снежных шапок горных вершин. Ни для кого не секрет, что вода в твердом агрегатном состоянии существует и вне нашей планеты, и входит в состав крупных и мелких космических образований. Вот об этом мы и решили выложить небольшую серию кратких статей под общим названием «Космический лед», а открывать ее будет заметка об одном из самых интересных явлений природы — ледяных кольцах Сатурна (илл.1).
Кольца Сатурна
Сатурн является шестой по счету от Солнца планетой нашей Солнечной системы (расстояние от Солнца – 1 430 млн км, полный оборот вокруг Солнца Сатурн совершает почти за 30 лет) и второй по размеру после Юпитера (экваториальный диаметр около 120 000 км). Планета Сатурн, как Юпитер, Уран и Нептун, представляет собой газовое образование (газовый гигант) из водорода, гелия, аммиака, метана и прочих элементов. Ядро планеты составляют железо, никель, кремний и лед, а покрывает ядро слой металлического водорода, наподобие жидкого металла (илл.2).
Структура планеты Сатурн
Такое строение планеты означает ее малую плотность и небольшой период суточного вращения (чуть более 10 часов). Атмосфера Сатурна внешне кажется спокойной, но на самом деле это не так – благодаря сильному вращению планеты вокруг своей оси и теплу, исходящему от внутренней части, на Сатурне в течение нескольких лет дуют сильнейшие ветра со скоростью более 1500 км/ч, что и придает внешнему виду газовой планеты полосатость.
Вследствие удаленности от Солнца на Сатурне не меняется погода и отсутствует смена времен года в нашем земном понимании – здесь извечный холод с температурой –170 °С.
Отличительной особенностью Сатурна от других планет Солнечной системы, конечно же, стали его кольца. Вернее, надо сказать, что кольца имеет не только Сатурн (у Урана и Нептуна они тоже есть), но у Сатурна они ярче выражены и более заметны. Саму планету Сатурн мы можем видеть невооруженным глазом, но для рассмотрения колец уже необходим телескоп.
Кольца впервые открыл известный ученый Галилео Галилей в 1610 году. Наблюдая за Сатурном в телескоп, он обнаружил, что возле планеты имеются дополнительные образования, которые изначально были приняты астрономом за спутники, однако, через два года, при повторном наблюдении он их уже не видел. Спустя полстолетия Христиан Гюйгенс, имея в распоряжении более мощную оптику, уточнил, что образования рядом с Сатурном по форме напоминают плоское кольцо, которое расположено по экватору планеты, а так как полярная ось Сатурна имеет угол наклона по отношению к эклиптике 27°, положение Сатурна по ходу движения вокруг Солнца меняется относительно Земли, и само кольцо в определенное время разглядеть крайне трудно (илл.3).
Процесс изменения угла оси Сатурна
В дальнейшем астрономы-физики, занимавшиеся изучением Сатурна, такие как Джованни Доминико Кассини, Уильям Гершель, Джеймс Максвелл, Уильям Пикеринг и многие другие, постепенно выяснили, что вокруг Сатурна находится не одно, а несколько колец, а кроме того ими были открыты настоящие спутники планеты: Титан, Япет, Тефия, Рея и т.д.
С конца 70-х гг XX столетия и в наше время Сатурн и другие дальние планеты Солнечной системы активно исследуются, благодаря космическим аппаратам «Вояджер», «Пионер», «Хаббл», «Кассини» (илл.4).
Исследования планеты Сатурн
Техника позволила обнаружить новые спутники Сатурна и более детально изучить природу самих колец.
В результате огромного научного опыта и современных космических исследований ученые определили, что кольца Сатурна образованы частицами, вращающимися вокруг планеты, состоящими на 9/10 из водяного льда, а также углерода, пыли и тяжелых элементов. Размеры частиц варьируются от нескольких миллиметров до нескольких метров (илл.5). Плотные группирования частиц, чередующиеся с просветами, и создают для наблюдателя издалека эффект монолитных колец в виде пластин.
На сегодняшний день астрономы открыли семь колец, которые в хронологическом порядке обозначаются латинскими литерами, начиная с «А». Три из них – «A», «B» и «C», можно видеть с Земли. Большие и малые просветы между кольцами и внутри колец принято называть делениями или щелями с присвоенными им именами ученых, как например, деление Кассини, шириной свыше 4000 км (илл.6).
Структура колец Сатурна
Яркость колец определяется их плотностью; большое скопление льда создает своего рода зеркало, отражающее солнечный свет. Самое яркое – кольцо «B».
Интерес представляет соотношение ширины и толщины колец. Ближайшее к Сатурну кольцо «D» находится на расстоянии 70 000 км от центра планеты, самое отдаленное «E» – 300 000 км от центра, ширина колец различается на несколько тысяч км, а вот максимальная толщина группирований ледово-пылевых массивов не превышает 1 км (по другим данным толщина колец достигает всего лишь несколько десятков метров).
По приблизительным оценкам масса всех частиц, образующих кольца Сатурна составляет 3×1019 кг или 30 трлн тонн.
Большие и малые просветы между кольцами
Глядя на ледяные кольца Сатурна, мы невольно задаемся вопросом, за счет чего сохраняется плоскостная концентрическая форма этих образований, их постоянное положение относительно планеты и друг друга, и как, собственно, они появились?
Относительно появления колец вокруг планеты существует несколько гипотез. По одной версии, частицы, образующие кольца, это остатки строительного материала, из которого формировалась сама планета; небольшая гравитационная сила Сатурна была неспособна использовать весь материал, но ее оказалось достаточно для удержания обломков и пыли на орбите. Вторая версия предполагает столкновение Сатурна или его спутника с другим небесным телом, в результате чего космический пришелец или спутник раскололся на мелкие фрагменты и они под действием гравитации сгруппировались в кольца. Согласно другой версии, на заре формирования Солнечной системы вокруг молодой планеты вращались крупные по размерам спутники. Гравитационная сила притягивала спутники к планете, из-за чего они друг за другом сходили со своих орбит и разрушались. Тяжелые частицы шли на дальнейшее строительство планеты, а легкие частицы в виде льда и пыли «зависали» в космическом пространстве.
Плоскостная форма колец определяется центробежной силой и, как уже было отмечено выше, гравитационной связью с планетой. Гравитация оказывает воздействие на кольца со всех сторон, но вращение частиц, позволяя им находиться на определенном расстоянии от планеты, сдерживает силу притяжения в поперечном направлении относительно оси вращения, что и придает огромному «облаку» изо льда и пыли плоский вид.
На упорядоченное строение колец и движение частиц оказывают влияние спутники, именуемые «пастухами» (илл.7).
Спутники Сатурна
К примеру, стабильное состояние деления Кассини, зависит от спутника Мимас, благодаря гравитационной силе которого данный просвет остается свободным от заполнения частицами. Стоит также отметить, что области колец, находящиеся ближе к планете, совершают вращение быстрее внешних областей. Средняя скорость вращения частиц в кольцах –
около 10 км/с, но относительно друг друга они движутся со скростью 1-2 мм/с, и, тем не менее, этого вполне достаточно, чтобы при столкновении они могли разрушиться, а затем из более мелких фрагментов вновь сформировались крупные.
Вид поверхности спутника Энцелад
Разрушение частиц происходит из-за их непрочной структуры – дело в том, что лед, из которого состоят частицы, представлен здесь в виде рыхлого снега.
Лед, в основной массе своей образующий кольца Сатурна, присутствует также в составе спутников этой планеты, таких как Мимас, Тефия, Феба, Елена и прочие. На Энцеладе, например, действуют гейзеры, выбрасывающие воду, которая оседает на поверхности спутника в виде инея (илл.8).
Часть поверхности Реи исполосована от ударов мелких космических тел, вследствие которых с нее выбивались ледяные массы. На Дионе также видны полосы – здесь лед заполнил внешние разломы спутника.
Космические зонды дали возможность увидеть красоту суровой планеты, строить компьютерные модели устройства планетарной системы, и в частности, колец, а художники даже создают на основе изображений фантастические картины (илл.9). Глядя на иллюстрации, нам остается восхищаться гением Творца и его величественным ледяным произведением.
Компьютерная модель гейзеров на Энцеладе
О Сатурне, его кольцах и многочисленных спутниках можно рассказать еще много интересных вещей, но дабы не утомлять читателя подробностями, мы решили ограничиться основными сведениями об этой планете.
Космический лед
На этом наш короткий рассказ заканчивается, и в заключение мы предлагаем вашему вниманию видеоролик об удивительной системе Сатурна, таящей в себе немало загадок, ответы на которые мы, возможно, получим в будущем при тщательном ее изучении с применением более совершенного технического оборудования.
Приятного вам просмотра!
Ждем встречи с вами в следующем выпуске рубрики «Космический лед».