Кто обнаружил кольца сатурна. Из чего состоят кольца 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.

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).

1. Галилео Галилей и Сатурн

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

Кольца Сатурна состоят из миллиардов кусков льда и камня. Размеры этих обломков варьируются от крупицы соли до небольшой горы.

3. Только пять планет

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

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

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

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

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

Каждое из колец вращается вокруг Сатурна с разной скоростью. Скорость вращения колец убывает с удалением от планеты.

9. Нептун и Уран

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

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

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

Частицы внутри колец Сатурна иногда могут образовывать вертикальные образования. Это выглядит, как вертикальные "бугорки" на кольцах высотой около 3 км.

13. Второй после Юпитера

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

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

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

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

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

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

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

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

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 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

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.

Для всех интересующихся астрономией - .

В большой телескоп у Сатурна видны три кольца: внешнее средней яркости кольцо, среднее, самое яркое, и внутреннее полупрозрачное кольцо ("креповое"). В порядке удаления от Сатурна они обозначаются буквами латинского алфавита: С, В, А.

В особо благоприятный период 1966 года, когда кольца были повернуты к земному наблюдателю своей неосвещенной стороной и почти ребром (а это значит, что яркие кольца не мешали наблюдениям), было открыто очень слабое самое внешнее кольцо, Еще одно кольцо (тоже очень слабое) было замечено наземными наблюдателями во внутреннем пространстве между "креповым" кольцом С и самой планетой.

Космические посланцы подтвердили наличие у Сатурна этих крайне разреженных колец и уточнили: самое внешнее кольцо представлено тремя самостоятельными кольцами, разделенными промежутками. Внешний радиус самого внешнего из этих трех колец охватывает зону до 6 радиусов планеты, то есть достигает 360 тыс. км.

Итак, общая структура колец Сатурна представлена семью более или менее широкими кольцами, разделенными промежутками. Но свыше 99% отражаемого солнечного света дают лишь два кольца, которые хорошо наблюдаются с Земли: среднее, самое яркое, и отделенное от него щелью Кассини внешнее кольцо.

Очень интересные результаты были получены "Вояджерами". "Вояджер-1" показал, что видимые в телескопы широкие кольца Сатурна состоят из сотен узких колец. А "Вояджер-2", имевший более чувствительные телевизионные камеры, "увидел", что все узкие кольца разделяются на еще более узкие колечки, которые подобны бороздкам на граммофонной пластинке. Число таких колечек в пределах разрешения камер (около 100 м) достигает примерно 10 тыс. На самом же деле их может быть свыше100 тыс. Но почему частицы в кольцах заполняют не все пространство равномерно, а группируются в узкие колечки?

Советские ученые А. М. Фридман и В. Л. Поляченко объяснили это тем, что кольцо, равномерно заполненное частицами, обладает большей потенциальной энергией, чем кольцо, разделенное на отдельные колечки. А так как любая физическая система стремится принять положение, соответствующее минимуму потенциальной энергии, то эволюция колец и привела их к нынешнему состоянию.

Давно доказано, что кольца Сатурна состоят из миллиардов мелких частиц, каждая из которых обращается вокруг планеты наподобие крошечной луны. Ученых интересовали размеры этих мини-лун и их химический состав. Еще из наземных спектральных наблюдений было известно, что частицы колец, вероятно, ледяные. Бортовые приборы, установленные на космических аппаратах, подтвердили правильность такого вывода. При той весьма низкой температуре, какую имеют кольца (средняя -206°С), это действительно могут быть целиком ледяные частицы или же покрытые слоем льда (с каменной "косточкой" внутри). Они очень малы, и разглядеть их не удалось даже с помощью телевизионных камер космических аппаратов, пролетавших вблизи Сатурна. И все же космические эксперименты помогли достаточно надежно оценить физико-химические характеристики этих невидимых частиц.

Поперечники частиц измерялись методом радиозатмения космического аппарата кольцами Сатурна. Радиолуч КА последовательно пронизывал внешнее кольцо, щель Кассини, внутреннее, самое светлое кольцо и находящееся внутри него "креповое" кольцо. При прохождении радиоволн через то или иное кольцо происходило их рассеяние на частицах кольца. По характеру рассеяния радиоволн было установлено, что средний поперечник частиц различен - от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров. Самые мелкие из них сосредоточены в "креповом" кольце, самые крупные (размером с дом) - во внешнем. В кольцах встречаются и большие глыбы - до нескольких сотен метров в поперечнике. Сильное рассеяние, но не радиоволн, а видимого света, обнаружено у двух колец из числа самых внешних. Это свидетельствует о наличии в их составе значительных количеств мелкой пыли.

Исследователей интересовал также вопрос: состоят ли частицы колец целиком изо льда или только покрыты льдом? Раскрыть эту загадку помогла радиолокация. Как известно, каменистые частицы поглощают радиоволны, а частицы колец оказались хорошими отражателями радиоволн. Следовательно, кольца Сатурна в основном ледяные.

Эта огромная система колец, достигающая в диаметре удвоенного расстояния Земля-Луна, оказалась на удивление очень тонкой. Если судить по снимкам, переданным "Вояджером-2", толщина колец на некоторых участках составляет 150 м, а есть места, где она едва достигает 100 м. По-видимому, толщина колец изменяется от нескольких десятков до нескольких сотен метров и соизмерима с размерами самых крупных частиц.

Космическими аппаратами была также сделана попытка измерить массу колец. Скорее всего, она близка к одной десятимиллионной доле массы самого Сатурна, или к одной стотысячной массы Земли, или равна примерно одной тысячной массы Луны.

Завершая рассказ о кольцах Сатурна, хотелось бы еще раз коснуться проблемы их происхождения. Кольца могли образоваться в результате разрушения мощными приливными силами одного из близких спутников Сатурна.

Московский астроном М. С. Бобров уже давно высказывал идею, что кольца Сатурна - не спутник, разорванный притяжением планеты, а, наоборот, частицы протопланетного вещества, которым приливные силы воспрепятствовали сформироваться в единый спутник. Поэтому область колец Сатурна, возможно, почти единственное место в Солнечной системе, где сохранились остатки первичной, допланетной материи. Ее изучение могло бы пролить свет на историю происхождения планет.

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.

Вот как они выглядят:

Кольца Сатурна необычайно тонки: хотя их диаметр около 250,000 км, их толщина не превышает 1.5 километров. Сатурн окружают три кольца (А, B и C), которые, как и экватор планеты, наклонены к плоскости ее орбиты под углом 26°45’. Есть и более слабые кольца – D, E, F. При ближайшем рассмотрении колец оказывается еще больше.

Внутренние части колец вращаются быстрее внешних.

Внешнее кольцо отделено от среднего темным промежутком - щелью Кассини. Среднее кольцо - самое яркое. От внутреннего кольца оно тоже отделено темным промежутком. Внутреннее темное и полупрозрачное кольцо называется креповым. Край его размыт, кольцо постепенно сходит на нет.

Эти кольца состоят из пыли, кусков льда и камней. Их размеры колеблются от сантиметра до нескольких метров.

Почему кольца плоские? Их форма - это результат действия двух сил: гравитационной (притяжения) и центробежной. Гравитационное притяжение стремится сжать их со всех сторон. Вращение колец препятствует сжатию поперек оси вращения, но не может помешать ее сплющиванию вдоль оси.

Откуда они появились? На этот счет существует две гипотезы.

Согласно первой теории, кольца появились в результате крушения неосторожного спутника, кометы или астероида, приблизившегося к Сатурну. Разрушение «чужеродного» тела могло произойти из-за влияния приливных сил гигантского Сатурна, буквально разорвавшего его "на клочки" своим мощным притяжением. Расчеты показали, что если бы спутник и образовался на таком расстоянии, на котором находятся кольца, то он был бы разорван под действием приливной силы на мелкие осколки.

По другой гипотезе, кольца Сатурна - это остатки огромного околопланетного облака. Из внешних областей этого облака сформировались спутники, а внутренние все еще пребывают в раздробленном состоянии, то есть в виде колец. Они не смогли сформировать спутники из-за непостоянного притяжения Сатурна, слишком беспорядочно вращались и соударялись, и из-за этого постоянно дробились, так что дошли до такого рыхлого состояния, что рассыпаются от малейшего толчка.

А знаете ли вы...

Первым кольца Сатурна обнаружил Галилео Галилей в 1610 году. Он увидел в свой телескоп очень расплывчатое изображение: Сатурн имел как бы два уха, или придатка: кольца Сатурна выглядели двумя туманными пятнами по бокам планеты. Галилей подумал, что это могут быть большие спутники: «Отдалённейшую из планет наблюдал тройною». По образному выражению Галилея, придатки напоминали «двух слуг, которые поддерживают старика Сатурна (бога времени у древних римлян) в его утомительном пути по небу».

Кроме колец Сатурн имеет 62 спутника. Самый известный и крупный – Титан. Это единственный спутник в Солнечной системе, на котором обнаружена атмосфера.