Сатурн – одна з найпривабливіших планет нашої Сонячної системи. Другий за розміром і шостий за розташуванням від Сонця, Сатурн славиться своїми величними кільцями – найширшими у всій Сонячній системі. Ці кільця викликають інтерес астрофізиків з усього світу протягом останніх кількох десятиліть.
Кількість кілець Сатурна
Сатурн може похвалитися шістьма кільцями. Кожне кільце має унікальні характеристики, такі як колір, щільність і розмір, що залежать від його складу. Ці кільця, позначені від A до F за послідовністю відкриття, а не в алфавітному порядку, мають невеликі проміжки між собою, відомі як ділення, найзначнішим з яких є проміжок Енке, що має 325 кілометрів у ширину.
Що являють собою Кільця Сатурна
Галілео Галілей був першим, хто побачив кільця, що оточують Сатурн. Однак його 20-міліметровий телескоп давав розмите зображення, що призвело до того, що він спочатку неправильно їх інтерпретував. Через два роки, у 1612 році, Галілей повернувся до своїх спостережень, але залишився збентеженим побаченим, називаючи Сатурн “потрійною планетою” у своєму листуванні.
Лише 1656 року, через 44 роки, вчений, використовуючи 50-міліметрову лінзу, припустив, що ці загадкові структури справді є кільцями, які оточують Сатурн. Ця гіпотеза розвіяла міф про “потрійну планету”.
Всі чотири газові гіганти нашої Сонячної системи мають кільцеві системи, але кільця Сатурна були виявлені першими і є найбільш помітними відносно планети, яку вони оточують.
Нахил кілець Сатурна, розташованих під кутом 27 градусів до площини орбіти планети навколо Сонця, дозволяє по-різному бачити їх із Землі. При максимальному нахилі кільця виглядають як помітний обруч навколо Сатурна, тоді як при мінімальному нахилі вони нагадують тонку, майже невидиму смужку.
Склад кілець Сатурна
У 17 столітті голландський механік і фізик Християн Гюйгенс ван Зуйліхем припустив, що кільця Сатурна не є твердими структурами, а радше величезними скупченнями крихітних частинок, що обертаються навколо планети, подібно до орбіти Місяця навколо Землі.
Лише наприкінці 19 століття (1895-96) російський астрофізик Аристарх Апполонович Білопольський та його колеги підтвердили склад кілець за допомогою спектрометрії. Сьогодні відомо, що кільця Сатурна складаються переважно з льоду, змішаного з силікатами, органічними сполуками та космічним пилом. Колір кожного кільця визначається пропорціями цих матеріалів.
Частинки всередині кілець мають розмір від сантиметра до кількох метрів, хоча більшість з них є невеликими фрагментами, що не перевищують метра в діаметрі. Отже, щільність кілець надзвичайно низька – лише 3% площі зайнято речовиною, а їхня ширина мізерно мала порівняно з діаметром – в середньому близько 70 метрів при діаметрі найменшого кільця близько 140 000 кілометрів.
Звідки у Сатурна кільця
Людство не було свідком формування кілець Сатурна, тому вчені можуть лише здогадуватися про їхнє походження.
Існує кілька гіпотез:
- Масивний супутник зіткнувся з метеоритом, розкидавши уламки, які частково зійшли з орбіти і впали на поверхню Сатурна або дрейфували в космос. Решта уламків зіткнулися і фрагментувалися далі, поки не утворили невеликі камінці.
- Супутник міг розпастися через гравітаційне тяжіння Сатурна, якщо б він підійшов надто близько і перетнув межу Роша. Ранні великі супутники могли бути виштовхнуті зі своїх орбіт гравітаційними змінами, закрутитися по спіралі в бік Сатурна і розпастися, залишивши сліди з пилу і льоду.
- Або ж матеріал, що утворює кільця, міг ніколи не об’єднатися в повноцінний супутник через гравітаційні особливості планети, залишившись розрізненими уламками, витягнутими вздовж екватора в концентричні кільця.
Система кілець
Нестабільна гравітація Сатурна, великі супутники та магнітні поля заважають кільцям зберігати ідеальну круглу форму, змушуючи їх звужуватися або розтягуватися під різними впливами.
Супутники-пастухи допомагають підтримувати структуру кілець, запобігаючи розсіюванню частинок у космосі та формуючи відносно плавні межі. Рух уламків всередині кілець залежить від індивідуальної маси і прискорення, що призводить до частих зіткнень. Ці зіткнення вивільняють енергію і тепло, змушуючи більші кільця фрагментуватися на менші, створюючи ефект шаруватості.
Основна причина, чому кільця Сатурна часто невидимі з Землі, – це їхній кут нахилу. Здебільшого вони виглядають як тонка смужка вздовж екватора планети.
Незважаючи на їхню величезну площу, спостерігати кільця Сатурна в телескоп із Землі досить складно. Оптимальні умови для спостереження бувають раз на 14 років, і для цього потрібен телескоп з апертурою щонайменше 15 мм, тоді як для детального спостереження необхідна апертура понад 200 мм.
Колір кілець
Склад кілець Сатурна диктує їхній зовнішній вигляд. Внутрішні кільця, найближчі до планети, сірувато-чорні через високу концентрацію мікроскопічних частинок пилу. Середні кільця мають білі та жовті відтінки, переважно складаються з льоду та снігу з різними домішками.
Якщо дивитися на зовнішні кільця Сатурна з вражаючої відстані 1,8 мільйона кілометрів, вони мають жовто-сірий відтінок. Ці кільця складаються переважно з великих уламків каменю, різних матеріалів і льоду.
Список усіх кілець Сатурна
У минулому, а саме приблизно до минулого тисячоліття, вчені могли лише здогадуватися про кількість кілець Сатурна. Однак з появою сучасних технологій астрофізики точно визначили їхню кількість та окреслили межі.
Кільця Сатурна, незважаючи на їхні латинські назви, розташовані не в алфавітному порядку. Вони були названі послідовно в міру відкриття, і кожне з них має унікальні характеристики. Діаметри кілець значно перевищують діаметр самого Сатурна.
D-Кільце
Розташоване найближче до поверхні Сатурна, D-кільце не має чіткої внутрішньої межі. Його частинки плавно зливаються з зовнішніми шарами атмосфери планети. Складається з дрібного пилу, кристалів метанового льоду та снігу, його колір важко визначити через розріджений розподіл частинок. Його зовнішня межа лежить приблизно на відстані 74 500 кілометрів від центру Сатурна.
C-Кільце
Також відоме як внутрішнє кільце, С-кільце – це перше кільце, яке можна чітко спостерігати. Воно простягається на 17 500 кілометрів (від 74 500 до 92 000 кілометрів від центру Сатурна) і містить частинки розміром до кількох метрів. Незважаючи на те, що на нього припадає менше 1% матеріалу всіх кілець Сатурна, воно є досить значним.
Усередині С-кільця лежить проміжок Коломбо, який перетинає орбіта Титана, найбільшого супутника Сатурна.
B-Кільце
Кільце В виділяється як найяскравіше і одне з найцікавіших кілець. Воно має потовщений зовнішній край завширшки близько 2,5 кілометрів і помітні радіальні утворення, відомі як “спиці”, походження яких залишається незрозумілим. В-кільце має 25 500 кілометрів завширшки і лише 5-10 метрів завтовшки.
Щілина Кассіні
Відносно порожній простір, у відділі Кассіні міститься кілька невеликих кілець з матеріалу, схожого на С-кільце, тому вони мають схожий колір і товщину. Крім того, в цьому відділі є кілька справжніх прогалин.
A-Кільце
Кільце А, зовнішнє велике кільце Сатурна, складається з найбільших фрагментів, розміром до 10 метрів. Усередині нього обертаються кілька супутників, зокрема Атлас, Дафніс і Пан. На внутрішньому краю кільця спостерігаються збурення, спричинені взаємодією з супутником Янусом. Кільце А простягається на 14 600 кілометрів у ширину і має середню товщину близько 20 метрів, що робить його наймолодшим з кілець Сатурна.
F-Кільце
F-кільце є найтоншим, його ширина становить близько 300 метрів, але в деяких місцях сягає 500 метрів. Розташоване на відстані 140 000 кілометрів від Сатурна, F-кільце насправді є утворенням з трьох тонших кілець. Воно виглядає витягнутим в еліпс через гравітаційну взаємодію з двома супутниками Сатурна і в основному складається з льоду.
Кільце Януса-Епіметея
Кільце Януса-Епіметея, утворене з частинок, витіснених з супутників Януса та Епіметея внаслідок зіткнення з астероїдами, сягає 5 000 кілометрів у ширину, хоча його товщина залишається невизначеною. Воно розташоване за 151 000 кілометрів від Сатурна.
G-Кільце
Розташоване за 166 000 кілометрів від Сатурна, G-кільце має зовнішній край, позначений орбітою супутника Егеона. Ця взаємодія створює дугу вздовж зовнішнього краю кільця, що займає близько 12% його окружності.
E-Кільце
Кільце Е, розташоване на відстані 181 000 кілометрів від Сатурна, лежить уздовж орбіти супутника Енцелада. Основною складовою Е-кільця є матеріал, що викидається з гейзерів Енцелада.
Кільце Фібі
Відкрите у 2009 році, кільце Фібі є унікальним, розташованим на значній відстані 6 000 000 кілометрів від Сатурна. Його орбіта нахилена на 27 градусів відносно інших кілець, і воно обертається в протилежний бік через зв’язок з далеким супутником Сатурна, Фібою.
Кільце Фібі вирізняється своїм ретроградним обертанням, яке приписують 28-му супутнику Сатурна, Фібі, пил якого утворює це величезне кільце.
Цікаві факти про кільця Сатурна
Кільця та супутники: одне й те саме?
Сатурн має як кільця, так і супутники, кожне з яких суттєво відрізняється, незважаючи на їхнє взаємопов’язане походження. На відміну від супутників, які мають власну гравітацію, що впливає на Сатурн і перебуває під його впливом, кільця не мають значного гравітаційного тяжіння. Місяці діють як захисні щити від астероїдів, несучи на собі численні ударні кратери, тоді як кільця, що складаються в основному з пилу і частинок льоду, пропонують мінімальний захист від космічних тіл.
У кільці може поміститися мільярд планет, таких як Земля.
Величезне F-кільце Сатурна, незважаючи на те, що здається щільним, містить багато вільного простору. Воно настільки величезне, що теоретично може вмістити мільярд планет розміром із Землю.
Темні смуги, що йдуть поперек кілець
Загадкові радіальні лінії, що спостерігаються на кільцях Сатурна, спантеличили вчених, було запропоновано безліч теорій, але остаточного консенсусу так і не було досягнуто.
Вертикальні “Горбки” на кільцях
Фрагменти високої концентрації можуть притягуватися і під дією кінетичної енергії утворювати значні грудки, що виглядають як горбки на кільцях. Ці утворення є швидкоплинними, вони постійно утворюються і розпадаються внаслідок зіткнень.
Швидкість обертання
Кожне з кілець Сатурна обертається з різною швидкістю, продиктованою їхньою близькістю до планети. Уламки всередині кілець також мають індивідуальні швидкості обертання.
Кільця названі в алфавітному порядку
Після відкриття кільця Сатурна були названі латинськими літерами, що призвело до непослідовного порядку, в якому вони випромінюють назовні.
Послідовність кілець Сатурна за мірою віддалення від планети:
- D-образне кільце.
- С-образне кільце.
- B-Кільце.
- А-кільце.
- F-кільце.
- G-образне кільце.
- Е-кільце.
Ці сім основних кілець були виявлені першими і залишаються добре помітними навіть без детального вивчення. Існують також додаткові кільця, названі на честь місяців, наприклад, кільце Паллена або кільце Януса-Епіметея.