Кольца Сатурна и других гигантов

---

Cassini показал, как спутники Сатурна пробивают огромные щели в его кольцах



Космический аппарат Cassini прислал снимок спутника Сатурна Дафниса, а также щели, которую тот проделывает в кольце вокруг планеты. Снимок превосходно объясняет, как крохотный Дафнис проделывает такую широкую щель.

Cassini, который уже пять лет крутится вокруг Сатурна, в последние месяцы активно фотографирует удивительную систему колец планеты-гиганта. Причина – равноденствие, случившееся на планете 11 августа 2009 года. В этот день Солнце пересекло экватор планеты, а с ним и плоскость его колец, которые в толщину не более нескольких метров.

Такие моменты случаются раз в 15 лет, и астрономы их очень любят. Дело в том, что кольца не только «изюминка» планеты Сатурн, но и нежелательный фон, на котором теряются многие интересующие ученых детали. Мелкие спутники и неровности обычно сливаются с ярким кольцом, и заметить их становится очень сложно. Зато вблизи равноденствия они отбрасывают на те же потускневшие кольца длинные тени и ярко светятся на их фоне, перехватывая чуть больше света, чем тонкое кольцо. Доказательством может служить тот факт, что более десятка сатурнианских лун было открыто именно в моменты равноденствий.


Длинные тени

Новая фотография фрагмента кольца А получена узкоугольной камерой аппарата Cassini 15 июля текущего года с расстояния около 1,5 млн км от центра изображения. В этот момент Cassini находился на высоте примерно 38° над плоскостью колец, а Солнце – всего на 3−4° выше той же плоскости.

Самое примечательное на этом снимке – спутник Сатурна Дафнис, видимый на фоне узкой щели Килера в кольце А. Cassini – «крестный отец» Дафниса, так как именно он четыре года назад открыл этот спутник Сатурна. «Крестник» не превышает 8 км в поперечнике, а потому на этой фотографии виден как ярко светящаяся точка. Тем не менее его безошибочно выдает тонкая тень, протянувшаяся под косыми лучами весеннего Солнца на полторы сотни километров.



Протяженную неясную тень, раскинувшуюся справа от спутника, отбрасывают частицы кольца, возмущенные притяжением Дафниса. И пожалуй, это наилучшая демонстрация механизма, благодаря которому даже небольшое тело может пропахать в системе колец Сатурна щели, существенно превосходящие шириной размеры самого спутника. Такие спутники, кстати, часто называют «пастухами».

Пастушье дело

Иногда приходится слышать, что спутник просто собирает на себя все частицы кольца, до которых дотягивается его гравитация, тем самым очищая себе проход и формируя очередной провал в сатурновых кольцах. Однако это только половина правды. Гравитация – действительно причина появления щелей, но действует она более изощренно.

Тяготение Дафниса совсем крохотное и не смогло бы, к примеру, удержать оттолкнувшегося от поверхности спутника спринтера. Тем не менее оно постоянно возмущает движение составляющих кольцо песчинок и булыжников и искривляет их траектории. Так спутник оказывается в роли тела, рассеивающего мерный бег частиц вокруг Сатурна, чем-то вроде фонарного столба на пути несущейся по улице метели. Именно из-за этого рассеяния и возникает щель.

Однако в случае с Дафнисом существует особенность. Он обладает орбитой, чуть наклоненной к плоскости колец, и при движении вокруг Сатурна непрерывно выныривает то в северное, то в южное полушарие планеты. Притяжение «вверх» и «вниз» также возмущает движение частиц, увлекая его в соответствующие стороны над и под плоскостью колец.

Если поглядеть на длину тени от возмущенных частиц, которая существенно превосходит длину тени самого Дафниса и целиком даже не помещается в пределах кольца, становятся понятными масштабы этого движения. Точно так же Дафнис действует и в плоскости кольца, только увидеть этого нельзя – возмущенные частицы из щели теряются на фоне плотного участка кольца, куда тяготение спутника их направляет.
Старинная уловка

Вдумчивый читатель может спросить: а почему ж тогда тяготение Дафниса и его коллег-пастухов не затягивает в эту щель соседние песчинки и глыбы, вновь заполняя ее? Ведь тяготение, кажется, действует во все стороны?

Ответ очень простой: затягивает. Но в существенно меньших количествах, чем выталкивает. Сила тяготения, как известно, убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до тяготеющего центра. К каким последствиям это приводит для рассеяния (правда, на атомном ядре), подсчитал еще Эрнест Резерфорд на рубеже XIX и XX веков. Все сходится.

---

Картинки что-то не вставляются, так что просим пройи по ссылкам.

Кольца Сатурна искривились

На снимке, сделанном 12 марта, виден небольшой спутник Сатурна Прометей, который вызывает гравитационные возмущения в небольшом кольце F.

Совсем небольшое кольцо F шириной всего несколько десятков километров было открыто в 1979 году. Его особенность в том, что оно регулярно претерпевает изменения. Все дело в том, что два спутника, Прометей и Пандора, находящиеся, соответственно, с внутренней и внешней по отношению к Сатурну части кольца, расположены настолько близко, что оказывают гравитационное воздействие на материал колец. Поэтому в кольце образуются спиралеподобные образования.

 

NASA опубликовала фотографию непонятного образования, проткнувшего одно из колец Сатурна.

...

Хотя кольца Сатурна простираются на сотни тысяч километров, их толщина измеряется лишь несколькими метрами, максимум десятками метров. Поэтому, к примеру, любая модель из бумаги мыслимых размеров будет существенно преувеличивать реальную толщину этой структуры. Например, соразмерная модель колец из обычной канцелярской бумаги будет иметь диаметр в километры.

Разумеется, при такой тонкости разглядеть кольца с ребра пока невозможно. Более того, когда с ребра светит Солнце, яркость колец падает почти до нуля: они перехватывают и рассеивают слишком малую долю солнечного света. Так что увидеть во вторник их нельзя будет не только с Земли, но даже и с полюса Солнечной системы. Зато с небывалой четкостью на фоне колец вырисовываются всевозможные наросты и волны, которые большую часть времени проецируются на основное кольцо.

...

«Перст разгневанного бога»

Однако последняя фотография, опубликованная командой Cassini, не походит ни на что известное прежде. Ученые уже успели окрестить объект перстом разгневанного бога, пытаясь понять, что же это на самом деле.

На фотографии, полученной с помощью узкоугольной камеры в видимом диапазоне еще два месяца назад, видно непонятное образование, протыкающее внешнее кольцо F под вполне заметным углом. Размер яркой белой структуры — полторы-две сотни метров, а ее яркость настолько велика, что ее вполне можно было бы принять за дефект изображения, например за скользнувшую по ПЗС-матрице энергичную заряженную частицу. Реальность объекта доказывает отлично различимая тень на самом кольце.

Что это такое, ученые сказать пока не могут. Выглядит образование так, будто какое-то крупное тело, размером в десятки метров, проткнуло кольцо снизу и двинулось дальше вверх, вытянув за собой шлейф ярких частиц. Камера Cassini поймала этот шлейф, пока он еще не успел расплыться. К сожалению, изображения той же области, полученные позднее, в архиве космического аппарата найти не удалось.

Астрономы отмечают необычную яркость участка кольца, через который непонятный объект пролетел (если, конечно, верна именно пролетная интерпретация образования). Возможно, объект разрушил частички, составляющие кольца, обнажив свежий лед на их поверхностях. Однако чтобы заметно взбаламутить поток, пришелец должен был столкнуться с огромным количеством частиц. Это не очень хорошо согласуется с представлениями о кольцах как о разреженной системе относительно крупных (до нескольких метров в диаметре) булыжников и ледышек.

Кольцо F — самое внешнее из четких и более или менее постоянных колец Сатурна. Тем не менее оно и ранее было известно своей переменчивостью — вполне заметные структуры в нем могут появляться и исчезать на временных масштабах в несколько суток и даже несколько часов. Не исключено, что в данном случае ученым впервые удалось увидеть этот процесс в развитии, хотя и одним глазком.