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.