Исследование Сатурна

До того как началось исследование Сатурна космическими аппаратами, еще несколько десятилетий тому назад, он считался уникумом среди других планет, благодаря яркому кольцу вокруг экватора.

Наземные наблюдения последних лет, и особенно космические полеты к планетам-гигантам, показали, что кольца – одна из характерных особенностей больших планет. Однако после этого интерес к кольцам Сатурна возрос еще больше, особенно после пролета мимо Сатурна трех космических аппаратов.

Сатурн – одна из пяти ярких планет, видимых на небе невооруженным глазом. В древности у многих народов он даже служил объектом поклонения.

Исследования Галилео Галилея

Однако настоящее исследование этой планеты началось с того дня, когда Галилео Галилей впервые направил свой телескоп на Сатурн, который в те времена считался находящимся на окраине Солнечной системы. Он обнаружил, что с обеих сторон Сатурна и на одинаковом расстоянии от его центра видны два спутника примерно одинаковой яркости, и предположил, что Сатурн – это тройная планета. Сегодня ясно, что Галилей увидел так называемые «ушки» кольца, окружающего планету (из-за несовершенства оптики своего телескопа он не мог видеть кольца целиком).

Исследования Христиана Гюйгенса

В 1659 г. Христиан Гюйгенс ван Зёйлихем своими наблюдениями подтвердил идеи Галилея: два спутника, замеченные Галилеем обе стороны Сатурна, оказались ушками плоского кольца, вследствие чего оно бывает раскрытым, а иногда исчезает (в том случае, когда Сатурн поворачивается к земному наблюдателю ребром). Однако первым сатурново чудо в виде тонкого кольца, «которое не касается к нему и наклонено к эклиптике» увидел именно Гюйгенс.

Гипотезу о кольце Сатурна ученые долго не воспринимали всерьез. Кое-кто считал, что это эффект отражения света от поверхностей линз телескопа. Но постепенно идея кольца, выдвинутая Гюйгенсом, все больше и больше овладевала умами. В 1662 году была замечена тень от кольца на Сатурне, что свидетельствовало в пользу того, что это какое-то реальное вещество, а не мираж.

Затем было установлено, что кольцо разделяется промежутком на два кольца (внешнее и внутреннее). Внешнее, в свою очередь, разделяется на две части еще более темным промежутком. Наконец, в 1850 году было открыто третье кольцо, находящееся среди уже известных колец.

Теория Максвела и анализ устойчивости колец Сатурна Ковалевской

Проблему сатурновых колец в 1857 году теоретически озвучил Джеймс Клерк Максвелл, пришедший к выводу, что кольцо не сплошное, а состоит из пылинок и небольших камешков, каждый из них, как спутник, вращается вокруг Сатурна. Более полный анализ устойчивости колец Сатурна и их строения сделала в 70-х гг. XIX столетия выдающийся русский математик Софья Васильевна Ковалевская.

В небольшой телескоп кольцо Сатурна кажется сплошным, но в длиннофокусный становится заметным, что оно состоит из нескольких концентрических колец с темными промежутками между ними. Самые яркие кольца А и В разделены щелью Кассини. Кольцо В, в свою очередь, отделено от прозрачного кольца С, называющегося креповым; более разреженное кольцо размещено между планетой и кольцом В.

Иногда наблюдается и внешнее кольцо, охватывающее кольцо А – оно более разреженное и поэтому наблюдается не всегда. Внешний край кольца А размещен на расстоянии 137,5 тыс. километров от центра планеты. Его толщина достигает нескольких сотен метров, поэтому когда оно поворачивается к наблюдателю ребром, то становится невидимым. Вот почему оно исчезло почти на глазах у Галилея. Кроме колец, с Земли также было открыто десять спутников Сатурна.

Космические аппараты

Но вот в сентябре 1979 года первый космический аппарат «Пионер-11» достиг окрестностей Сатурна. На фотографиях планеты, переданных космическим зондом на Землю, было обнаружено еще два внешних кольца – F и G. Щель между кольцами А и F была названа щелью Пионера. Кольцо G было отдалено от центра планеты на расстояние 600 – 900 тыс. километров. Однако еще более сенсационную информацию передали на Землю два других космических аппарата – «Вояджер-1» и «Вояджер-2», пролетавшие мимо Сатурна в 1980 и 1981 годах.

Сатурн ускорил движение обоих аппаратов, и после того, как они выполнили свою программу («Вояджер-2» еще исследовал системы Урана в 1986 году и Нептуна в 1989 году.), они отправились далее в свободный межзвездный полет. На тот случай, если они через многие миллионы лет достигнут какой-нибудь звезды, возле которой тоже есть планеты и существует разумная жизнь, на борту каждого из «Вояджеров» имеются медные грамофонные пластинки с записями приветствий на 60 языках (в том числе и на некоторых языках давно исчезнувших народов – шумерском и аккадском), музыка разных эпох и народов, звуки природы (крики животных и птиц, шум моря, гром и др.), различный иллюстративный материал (указан путь преобразования записи в телевизионное изображение).

Структура колец Сатурна

Что же увидели «Вояджеры» в системе Сатурна? Уникальную тонкую структуру колец, рельеф спутников, детали на облачном слое атмосферы планеты и многое другое. Оказалось, что в действительности у Сатурна не шесть-семь, а несколько тысяч (а возможно, и сотен тысяч) отдельных колец. Вся система колец на фотографиях напоминает бороздки на грампластинках или круги на воде. В районе кольца F, которое, в свою очередь, состоит из десятка отдельных колец, обнаружены три узких кольца, переплетающихся между собой как пряди кос. Кроме того, в этих кольцах видны петли. На фотографиях колец обнаружена удивительная деталь – радиальные «спицы» или пальцы, простирающиеся на тысячи километров через наиболее яркие области колец. Эти образования назвали Споками. Оказалось, что они встречаются на рисунках наблюдателей еще в прошлом веке.

Однако и наблюдения с борта космических аппаратов не разъяснили загадок спок. Они вращаются «твердотельно», не подчиняясь кеплеровскому закону скоростей. Период их обращения совпадает с периодом обращения магнитосферы вокруг Сатурна. Предполагают, что споки представляют собой заряженную тонкую ледяную взвесь или пыль, удерживаемую электрическим полем над кольцами.

Планеты Солнечной системы
Карликовые планеты	Плутон· Церера· Хаумеа· Макемаке· Эрида
Планеты Земной группы	Меркурий· Венера· Земля· Марс
Газовые гиганты	Юпитер· Сатурн· Уран· Нептун