Джованні Кассіні любив дивитись на Сатурн. Сатурн був найдивнішим об’єктом, який можна побачити в небі. Якесь кільце, якийсь дивний супутник… Він відкрив чотири нових, дав кожному ім’я (Япет, Рея, Тефія, Діона), а все разом назвав «зірками Людовика». Астрономи, звичайно, ширяють серед зірок, але цей був хитрий і розумів, що, нехай навіть ти голова Паризької обсерваторії, королю іноді треба потішити. Він так часто дивився на Сатурн, що одного разу в суцільному диску кільця зміг розгледіти чорну смугу, що обіймає улюблену планету, а потім пояснити, що, власне, він побачив. Цю щілину пізніше назвуть його ім’ям.
Пройде багато (з людської точки зору) років, він помре в Парижі, шанований, успішний і вже зовсім сліпий. Джованні Доменіко Кассіні було 87. Для XVIII століття, м’яко кажучи, поважний вік.
Пройде зовсім небагато (з точки зору вічності) років, і до Сатурну підійде незграбний, як і всі космічні наукові лабораторії, об’єкт. Він летів сюди, до кілець, майже сім років, з 1997-го. Одне із завдань – зрозуміти, з чого кільця складаються, інша – розгледіти, що знаходиться в щілині Кассіні.
Людина Кассіні, яка першою побачила її… Апарат «Кассіні», який через майже 350 років першим підійшов так близько до неї…
Справа: Марія Клара Еймарт «Фази Сатурна» Блакитний папір, пастель 1690-і роки. Такими кільця бачилися спостерігачам, які користувалися примітивною оптикою XVII століття. Клара Марія Еймарт (1676-1707) – дочка німецького художника і гравера Георга Еймарта, пристрасного аматора астрономії. У 1678 році він побудував приватну обсерваторію, де Клара проводила самостійні спостереження.
Справа вгорі: Сатурн і система його кілець, замальовані 30 грудня 1874 року. Кольорова літографія по малюнку французького астронома Етьєна Трувело. 1877 рік.
Справа внизу: Знімок області кільця С і частини кільця В, зроблений апаратом «Вояджер-2» 23 серпня 1981 року з відстані 2,7 млн кілометрів. В області знімка помітні більше 60 окремих тонких кілець. Фото: ОКСАНА Олексіївська, DIOMEDIA (X2), NASA / JPL.
Звіт «Кассіні» про дослідження кілець Сатурна
З чого вони складаються? Зі шматків льоду розміром від кількох сантиметрів до десятків метрів, причому дрібних більше. Крижини стикаються по кілька сотень разів за один оберт навколо планети. Пролітаючи 20 кілометрів за секунду, вони взаємно стикаються зі швидкістю не вище 0,1 см/с – настільки слабо, що навіть не відскакують одне від одного.
Чому вони нерівні?
Незабаром після сатурніанського рівнодення в серпні 2009-го, коли Сонце перетнуло екватор планети, кільця вдалося сфотографувати в його косих променях. Виявилося, що кільце С не ідеально пласке: ним з інтервалами 30-80 кілометрів біжать хвилі висотою до 20 метрів. Швидше за все, це результат удару комети. Інший сюрприз – схожі на лопатки турбіни рівні западини в кільці F. На думку Карла Мюррея з Лондонського університету, такі «лопатки» – наслідки близьких підходів до кільця Прометея, супутника Сатурна. У центральній частині кільця носяться крижані гори висотою від 10 до 30 кілометрів, стикаючись зі швидкістю до 30 м/с. Це кільце могло з’явитись недавно, близько мільйона років тому, в результаті руйнування древнього супутника, і це руйнування ще триває.
Навіщо нам спостерігати за ними? Кільце F яскраво демонструє боротьбу двох сил – гравітаційного тяжіння і припливної руйнації. Планети своїм могутнім тяжінням викликають припливи на власних супутниках, і коли ті підходять на небезпечну відстань, їх розриває на частини. Ті ж процеси – постійне злипання і руйнування – йдуть і в головних кільцях Сатурна, і, що важливіше, в галактиках і протопланетних дисках. Поведінка супутників в товщі кілець показує, як зароджуються планети навколо молодих зірок. А хвилі щільності, що біжать кільцями Сатурна, аналогічні до збурень, що виникають в рукавах спіральних галактик.
Справа: У рівнодення стали видимі крижані «хмарочоси» висотою 2,5 кілометра (при середній товщині кілець 10 м) біля зовнішнього краю кільця B – сліди гравітаційного впливу невидимих масивних тіл. Тіла розміром до 1 км обертаються біля краю щілини Кассіні, що розділяє кільця А і B.
Справа: Титан, найбільший супутник Сатурна діаметром понад 5000 кілометрів, кидає широку тінь на поверхню планети. Знімок зроблено «Кассіні» в інфрачервоному діапазоні з відстані 2,1 млн кілометрів, коли зонд перебував трохи вище від площини кілець. Кут між Сонцем, планетою і «Кассіні» на цей момент становив 95 градусів. Фото: NASA / JPL-CALTECH / SSI (X4)
Справа: Для оцінки розмірів частинок, з яких складаються кільця, «Кассіні» посилає крізь них радіосигнал на Землю. Крізь кільце проходять лише хвилі, довжина яких більше середніх розмірів крижаних часток. Пурпуровим кольором показані області з малою щільністю частинок розміром менше 5 см, зеленим і блакитним – області з високою концентрацією таких частинок. Широка біла смуга в кільці B – область, насичена і частинками розміром в декілька сантиметрів, і багатометровими брилами.
Скільки ж їм років?
Однозначної відповіді немає. Результати спектрального аналізу говорять, що на 95% кільця складаються з водяного льоду. Трохи «бруднішим» є кільце С і щілина Кассіні – ймовірно, їх засмітили астероїди, що складаються з вуглецю і кремнію. Така чистота означає, що кільця утворилися порівняно нещодавно. На «юний» вік (в 10 разів молодше Сонячної системи) вказує і взаємне розташування кільця А і найближчих супутників. Однак, створена групою Себастьєн Шарноза комп’ютерна модель допускає, що кільця цілком могли утворитися одночасно із Сатурном, і за 4,5 мільярда років стати такими, якими ми бачимо їх сьогодні. Метт Хедман вважає, що для вирішення цієї суперечки потрібні роки. За цей час ми дізнаємося більше про рух супутників Сатурна і його кілець, зрозуміємо закономірності їх переміщення і розрахуємо, що ж саме відбувалося в минулому.
Звідки вони взялися?
Щоб відповісти на питання про їх походження, потрібно знати вік кілець. Але існують гіпотези. Першу висловив в 1848 році французький астроном Едуард Рош. Він довів, що об’єкт, який є купою каміння, пов’язаною лише гравітацією, буде розірваний припливними силами, якщо підійде до планети ближче певної відстані (межа Роша). Мабуть, це сталося на орбіті Сатурна з якимось небесним тілом.
Але є проблема. Якщо кільця – це залишки стародавнього супутника, то чому вони такі чисті і не містять важких елементів? Протиріччя намагалася пояснити американська дослідниця Робін Кенап, авторка гіпотези виникнення Місяця в результаті удару об Землю протопланети розміром з Марс. У 2010 році Кенап опублікувала розрахунки, згідно з якими кільця – це залишки великого супутника розміром з Титан, який колись існував. Він мав тверде ядро і крижану оболонку. Сатурн наблизив до себе цей супутник, зірвав з нього легкі шари, а кам’янисте ядро поглинув. Зірвана оболонка залишилася на орбіті і, значно втративши в масі, утворила чисті крижані кільця.
Апарат «Кассіні» став першим штучним супутником Сатурна. Він повинен був завершити роботу, вимкнути прилади й перетворитися просто на шматок металу у 2008 році. Але життя йому продовжили спочатку до 2010-го, а потім до 2017 року: потужності трьох плутонієвих термоелектричних генераторів тоді ще вистачало для підтримки життєдіяльності апарату.
Джерело: http://www.galactic.name/vokrug_sveta/saturn_cassini.php
За матеріалами: http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/8063/
Переклад – Олекса Логойда