Що представляють собою кільця Сатурна?
Кільця є характерним і, безсумнівно, дуже ефектним ознакою Сатурна. Вони рухаються навколо планети в районі її екваторіальній площині і мають нахил 28 ° по відношенню до площини орбіти Сатурна. Залежно від положень планети на орбіті з Землі кільця видно то з одного, то з іншого боку. Ми можемо побачити їх у всій красі.
Гіпотези про будову.
Першим вченим, які зробили висновки про будову кілець Сатурна, був П'єр Симон де Лаплас. У 1785 р він висунув гіпотезу про те, що кільця складаються з безлічі твердих тіл маленьких розмірів, що рухаються навколо Сатурна. Коли за ними спостерігають здалеку, створюється враження однорідної суцільної структури. У 1856 р Джеймс Клерк Максвелл заявив, що ці маленькі тіла розсіяні і поблизу від кілець, I кільцеподібних структурах, не стикаються з кільцями.
Наступним вченим, які зробили значний внесок в проблему, став математик Едуард Рош. Він довів неможливість обертання по орбіті великого небесного тіла в безпосередній близькості від планети, бо в цьому випадку воно потрапляє під вплив гравітаційного поля планети. «Заборонена» для супутників зона отримала назву «область Роша», а її межа 1 «межа Роша». Розрахувавши «межа Роша» для Сатурна, астрономи встановили, що він знаходиться на невеликій відстані від зовнішнього кільця. Це дозволило зробити висновок, що кільця сформовані з дуже дрібних тел.
Будова і структура кілець.
Кільця складаються з величезного числа дуже маленьких небесних тіл, що володіють високим коефіцієнтом відображення. Ось чому вони добре видно з великої відстані. Хоча кільця дуже тонкі, вони по яскравості перевищують диск самої планети. Між частинками, що формують кільця, обертаються і кристали льоду, і кам'янисті освіти, вкриті льодом. Внутрішня структура кілець має діаметр, що перевищує 275 000 км, хоча їх товщина не більше 1 км. Маса кілець невелика. Якби все речовини, що входять до їх складу, були одним тілом, його діаметр не перевищив би 100 км.
Систему кілець поділяють на три головні складові, їх називають кільця А, В і С. Чотири менших кільця також позначають буквами латинського алфавіту.
Кільце В - центральне, воно найширше і найяскравіше. За ним у внутрішній частині розташовано кільце С, майже прозоре. Кільце А розташовується із зовнішнього боку від кільця В. Структура кілець не суцільна. Вони відокремлені один від одного темними зонами, які отримали назву «роздільники». Найбільший з них відділяє кільця В і А і носить ім'я відомого італійського астронома Кассіні. Інший роздільник -разделітель Енке - знаходиться всередині кільця А.
Спостереження свідчать про те, що кільця, в свою чергу, складаються з великого числа тонких подколец, між якими знаходяться свої роздільники. Вчені вважають, що в прогалинах можуть утворюватися дуже маленькі супутники, що обертаються всередині кілець.
Між кільцями В і А знаходиться роздільник Кассіні товщиною в 4000 км. Усередині роздільник є другорядні структури. Яким чином можна пояснити наявність роздільників - цих зон з дуже низькою щільністю? Вони досить численні і входять до загального складу кілець. Звернемося до поняття «резонанс». Кажуть, що орбіти двох тіл знаходяться в резонансі, якщо співвідношення між періодами звернення двох тіл може бути виражено як співвідношення двох чисел. Наприклад, якщо період обертання однієї планети становить третину від періоду обертання другий, тіла знаходяться в резонансі 1: 3. Причина порожнечі в деяких зонах полягає в тому, що частинки в цих місцях відчувають дуже сильне гравітаційне тяжіння з боку супутників і спрямовуються до них. Таким чином формуються порожнечі. Супутники, що притягають частинки, називають «супутниками-пастухами».
Кільце, розташоване ближче до зовнішньої сторони, зветься кільця D. Воно не дуже яскраве. Внутрішня частина кільця закінчується в вищих атмосферних шарах Сатурна. Поруч знаходиться кільце С, воно більш широке в порівнянні з кільцем Д. Усередині кільця З є численні смуги з другорядних подколец, вони не такі прозорі. Із зовнішнього боку З знаходиться порожнеча шириною до 270 км, за якою слідують два кільця з чіткими кордонами. Небесні тіла, що входять до складу кільця С, мають розміри, що досягають 2 метрів. На кордоні між кільцем С і В є зона з невеликою кількістю частинок. Кордон має ширину до 3600 км і носить назву «французький роздільник». Кільце В - головне в усій системі кілець (28 800 км). Воно проглядається краще за інших і складається з великої кількості тонких кілець і прогалин.
Розміри тіл, що складають кільце, варіюються від декількох метрів до декількох десятків кілометрів.
У зовнішній частині кільця (останні 10-15 тис км) присутні незвичайні структури, відомі як «радіальні плями». Вони мають форму вузьких трикутників, основи яких спрямовані в бік планети. Речовини, що входять до їх складу, дуже дрібні, десь в мікрометр.
Ці структури - величина не постійна, вони існують до 10 годин. Своїм походженням вони зобов'язані взаємодії між іонізованими молекулами води (у формі льоду) і магнітним полем. Сатурна. Коли блукаючі електрони, що знаходяться поблизу від кільця, нейтралізують іони, вищеназвані структури припиняють своє існування.
За роздільником Кассіні слід кільце А, всередині якого знаходиться роздільник Енке. Він лежить поруч з зовнішнім кордоном кільця в районі, де період обертання перебуває в резонансі із супутником Мимас. Ще ближче до зовнішнього краю розташоване кільце F, що складається з тонких кілець. Їх зовнішня частина має ниткоподібні структури (10 штук). Можливо, вони утворилися через гравітаційні пертурбацій від двох «супутників-пастухів», що знаходяться поблизу.