Сатурн - одна из самых больших и загадочных планет Солнечной системы. Кольца Сатурна скрывают множество тайн. В течение двухсот пятидесяти лет человечество пыталось ответить на вопрос, почему они плоские и тонкие. Когда на этот вопрос удалось ответить, появились десятки новых. И каждый новый ответ порождает все больше и больше вопросов, которые продолжают множиться по мере исследования Солнечной системы.
Открытие колец
Первым кольца Сатурна в телескоп увидел Галилей в 1610 г. Но он воспринял это как аномалию планеты. Свое открытие он зашифровал латинской анаграммой, которая в переводе звучит как: "Тройную высочайшую планету наблюдал". В 1656 г. Гюйгенс впервые разглядел у Сатурна кольцо. Он писал, что Сатурн окружен тонким плоским кольцом, нигде с планетой не соприкасающимся и наклоненным к плоскости эклиптики. Джованни Кассини в 1675 г. определил, что это не одно сплошное кольцо. Он разглядел два кольца, которые разделены пространством. Это пространство потом стали называть делением (или щелью) Кассини.
Исследования 18-19 веков
Дальнейшие исследования Сатурна не приближали ученых к разгадке устройства колец и причины их возникновения. Загадки только добавлялись. Достаточно долго предполагали, что планета имеет два твердых и тонких кольца. Лаплас, выполнив расчеты с учетом влияния поля тяготения, в 1787 г. сделал вывод, что колец существует много тысяч или миллионов. Он считал, что кольца сплошные и напоминают гимнастические обручи.
Французский ученый Э. Рош определил минимальное расстояние, на котором объекты могут находиться под действием поля тяготения Сатурна. Он определил, что оно составляет 2,44 радиуса. (Впоследствии оно получило название предел Роша). Ближе этого расстояния любые твердые или жидкие спутники будут разрушены гравитационным полем. Кольца Сатурна располагаются внутри этого радиуса. Внешний размер колец составляет 2,3 радиуса планеты. Если бы они были твердыми или жидкими, поле тяготения разорвало бы их.
В исследовании физического строения колец принимал участие Джеймс Клерк Максвелл. Его выводы говорят, что кольца Сатурна могут состоять из мелких частичек. Этой проблемой заинтересовалась наша соотечественница Софья Ковалевская. Она доказала, что кольца не могут быть ни твердыми, ни жидкими. Исследуя доплеровские сдвиги, ученые Д. Килер и У. Кемпбелл выяснили, что частицы движутся по орбитам, не противоречащим законам небесной механики.
Исследования в 20 веке
В пятидесятых годах 20 века методом спектрального анализа было выяснено, что в кольцах Сатурна содержится много замерзшей воды. Это было очень важно. Наконец удалось выяснить, из чего состоят кольца Сатурна. Кроме льда, в кольцах обнаружили метан, серные соединения, водород, аммиак, соединения железа. Исключительная информация была получена с космических зондов. Мимо Сатурна пролетали "Пионер" (1979 г.) и два "Вояджера" (1980 и 1981 гг.). В 1997 г. началась миссия "Кассини-Гюйгенс". Зонд передал уникальную информацию, которая еще будет проанализирована. Зонд "Гюйгенс" опустился на самый крупный спутник Сатурна Титан, и люди на Земле услышали звуки иного мира, увидели горы и равнины.
Тайны колец
Сегодня собрано множество информации о кольцах Сатурна. Однако окончательной, непротиворечивой модели до сих пор не существует. Есть вопросы, которые ждут ответа. Кольца были обнаружены у Урана и Нептуна. Почему такое образование есть только за пределами пояса астероидов и нет ни у одной из планет земной группы? Непонятны физические процессы, которые привели к образованию колец. Как происходило сжатие и почему образовались сотни отдельных структур? Каким образом частицы колец не слипаются и не перемешиваются? Кольца обладают свойствами магнитного зеркала. Электромагнитные волны круговой поляризации отражаются от них. Из кольца А магнитное поле выталкивается, замечено сильное отражение радиоволн. В кольце Б существуют спицы, ждущие своего объяснения. Кольца имеют низкую яркость, которая не соответствует расчетной. Около колец Сатурна обнаружена атмосфера, происхождение которой непонятно. Замечены так называемые волны плотности и еще множество явлений, которые ждут своего объяснения.
Гипотезы
В 1986 г. была выдвинута гипотеза о свехпроводимости льда, из которого состоят кольца Сатурна. Лед вообще сложное образование и в зависимости от условий возникновения может обладать различными свойствами. Наличие сверхпроводимости позволяет создать непротиворечивую физическую модель колец Сатурна, объясняющую многие аномалии.
Сколько колец у Сатурна?
На этот вопрос тоже не существует окончательного ответа. Сегодня различают 13 основных колец. Они называются по буквам латинского алфавита: A, B, C, D и т. д. Пространства между кольцами называют делениями или щелями. Существуют деление Кассини, щели Гюйгенса, Койпера, Максвелла и др. Диаметр колец Сатурна меняется от 146 тыс. км до 273 тыс. км. В 2009 было открыто кольцо Феба, предполагается существование кольца Реи. Их диаметры пока точно не определены.
Наблюдение с Земли
Кольца Сатурна с Земли можно увидеть не всегда. Это связано с тем, что экватор Сатурна сильно наклонен к плоскости орбиты вокруг Солнца, а кольца лежат в плоскости экватора. Год на Сатурне длится 29,5 земных лет, и в период, когда на Сатурне равноденствие, его кольца исчезают для земного наблюдателя. Потом примерно 7 лет они видны с одной стороны. Во время солнцестояния на Сатурне они достигают максимума своей видимости, а потом постепенно уменьшаются, вплоть до полной невидимости.
В последние годы планетная астрофизика бурно развивается. Ученые получили возможность использовать данные межпланетных зондов, что называется, практически потрогать космические объекты. В ближайшие годы и кольца Сатурна должны поделиться с человечеством своими тайнами.
