Путеводитель по окрестностям Сатурна, куда направилась космическая станция «Кассини»
На прошлой неделе космический аппарат «Кассини» приступил к выполнению финальной части своей научной программы: «ныркам» между кольцами Сатурна. Первые 20 погружений в плоскость колец будут происходить вдали от газового гиганта, за F-кольцом, затем, после гравитационного маневра, аппарат перейдет к орбитам, вплотную приближающимся к планете. К середине сентября 2017 года «Кассини» войдет в плотные слои атмосферы и закончит свою многолетнюю миссию. По случаю старта этой опасной, но очень интересной программы исследований мы подготовили путеводитель по кольцам Сатурна, который поможет вам разобраться в том, что же будет изучать аппарат.
Всем известно, что Сатурн, шестая планета от Солнца и вторая по размерам после Юпитера, обладает самой роскошной (читайте: развитой и массивной) системой колец во всей Солнечной системе. Конечно, кольца есть и у других планет, например, у Юпитера и Нептуна, — а физики предсказывают, что через каких-то 20–40 миллионов лет они появятся и у Марса. Но все эти кольца не идут ни в какое сравнение с сатурнианскими. Одна только основная система колец (C, B, A) имеет ширину 60 тысяч километров — это эквивалентно радиусу планеты. Вместе с более тусклыми кольцами она простирается больше чем на 12 миллионов километров. О самых больших и самых удаленных кольцах Сатурна мы поговорим подробнее чуть позже.
Для начала немного о том, как называют кольца Сатурна. Основные системы были названы латинскими буквами в порядке их открытия. Именно поэтому, считая от верхних слоев атмосферы, кольца располагаются так: D, C, B, A, F, G, E. Кроме того, есть кольца, названные в честь спутников планеты: Януса-Эпитметея и Фебы. Ответить на вопрос о том, сколько всего колец у Сатурна, непросто — это зависит от того, как на них смотреть. К примеру, в наземный телескоп вы, скорее всего, увидите пару колец, а «Кассини» легко различит щели внутри больших колец и насчитает десятки образований. Собственное название имеют около 30 из них.
Существуют разные теории о происхождении и возрасте колец. Одни из них предполагают, что возраст колец составляет всего 100 миллионов лет — около двух процентов возраста Солнечной системы. В других вариантах кольца могут быть ровесниками самого Сатурна. Одна из распространенных теорий говорит о том, что кольца когда-то были сравнительно крупным спутником, орбита которого приблизилась слишком близко к планете. Это привело к его разрушению гравитацией Сатурна. Общая масса материала в кольцах планеты оценивается в 3×1019 килограмм, в тысячу раз меньше, чем масса земной Луны. В основном кольца состоят изо льда, но состав других компонентов, в частности, придающих им оранжево-розовый оттенок, до сих пор неизвестен.
Начнем с ближайшего к Сатурну кольца — D. Несмотря на то, что оно довольно тусклое и не относится к основной системе колец, его близость к гиганту создает на нем необычные узоры. Внутренняя кромка кольца отстоит от облаков планеты примерно на семь тысяч километров: в масштабах Земли оно бы располагалось всего в два раза выше, чем МКС, — в 800 километрах над поверхностью. Ширина кольца — 7,5 тысячи километров. При подлете к нему в 1980 году «Вояджер-1» заметил в нем несколько отдельных колец, которые при более близком рассмотрении оказались волнами. Стоит заметить, что толщина колец невелика, особенно по сравнению с шириной — во многих случаях она не превосходит нескольких метров. Высота волн составляла от двух до двадцати метров. Физики утверждают, что источник волн — гравитационное возмущение, например, от пролетевшей кометы — подобное наблюдалось позднее в кольцах Юпитера после падения кометы Шумейкера-Леви 9.
Сразу после D-кольца располагается яркое кольцо C, шириной 17,5 тысяч километров. Оно было открыто еще в 1850 году американскими астрономами Уильямом и Джорджем Бондами. Как и на D, на нем также наблюдались волны от гравитационных воздействий. В C-кольце сосредоточена 1/3000 всей массы осколочного материала колец Сатурна. Среди внутренних структур можно выделить Щель Коломбо, внутри которой есть небольшое кольцо, находящееся в орбитальном резонансе с Титаном (крупнейший спутник Сатурна). Ширина щели — около 150 километров. Помимо нее в кольце есть еще три меньших «разрыва» — Максвелла, Бонда и Дейвиса
Следующим идет самое яркое и самое массивное из всех колец Сатурна — B. По суммарной массе оно сопоставимо с Мимасом (седьмой по величине спутник планеты), а толщина объекта насчитывает от пяти до пятнадцати метров. Ширина B-кольца достигает 25,5 тысячи километров, около трети диаметра Сатурна. Внутри него, кстати, располагается самый близкий к гиганту спутник, так до сих пор и не получивший тривиального названия, — S/2009 S 1.
Самой примечательной особенностью B-кольца являются вертикальные образования на его внешней кромке. Они имеют в высоту свыше 2,5 километра — «Кассини» заметил их по длинным теням, которые те отбрасывали во время сатурнианского равноденствия.
Между кольцами B и A располагается одна из самых выразительных структур системы — Щель (или Деление) Кассини. Она доступна для наблюдения с Земли в любительские телескопы классом выше среднего. Ее ширина составляет 4,5 тысячи километра — сопоставимо с шириной D-кольца. Открыт объект был еще в XVII веке французским астрономом итальянского происхождения Джованни Доминико Кассини. Наблюдения с помощью «Вояджера-1» показали, что внутри щели есть материал, напоминающий собой материал кольца C, а также «настоящие» Щели (например, 300-километровая Щель Гюйгенса).
На расстоянии свыше 60 тысяч километров от поверхности Сатурна находится кольцо A — внешнее из основной системы колец. Оно тусклее кольца B, и в 7 раз легче его. Ширина объекта составляет 14,6 тысячи километра, толщина — 10–30 метров. Считается, что это одно из самых молодых колец Сатурна — на это указывает неравномерное распределение температуры в нем.
Внутри кольца A располагается несколько сравнительно крупных спутников: 20-километровый Пан, 7-километровая Дафнис и 32-километровый Атлас. Их гравитационное влияние формирует края объекта. Как и внутри других колец, в нем есть крупные щели, например — 325-километровая щель Энке.
На расстоянии в 2,6 тысячи километра от внешнего края A-кольца и 140 тысяч километров от центра Сатурна находится самое изменчивое кольцо Сатурна — F. При ширине всего в 30–500 километров оно привлекает к себе внимание астрономов как необычная динамическая система. F-кольцо гравитационно удерживается лунами-«пастухами»: Прометеем и Пандорой. По одной из теорий, оно возникло при частичном разрушении двух столкнувшихся друг с другом спутников, которые и стали затем «пастухами». Кроме того, внутри этого кольца был обнаружен еще один небольшой спутник, вносящий дополнительные сложности в динамику объекта.
За кольцом F следует очень тусклый объект — кольцо Януса-Эпиметея. Оно примечательно во многом тем, что было открыто благодаря «Кассини». Именно сквозь кольцо Януса-Эпиметея аппарат недавно пролетел, исследуя состав и размер частиц в нем. Кстати, следующее «погружение» запланировано на 11 декабря 2016 года.
Между кольцами F и E находится тусклое G-кольцо (166-175 тысяч километров от центра Сатурна). Его ширина составляет около девяти тысяч километров. Вблизи его внешнего края располагается полукилометровый спутник Эгеон, собравший вокруг себя небольшую плотную арку из материала кольца, простирающуюся на одну шестую окружности.
Предпоследнее из колец Сатурна — E-кольцо. Оно находится между орбитами Мимаса и Титана (180–480 тысяч километров от центра газового гиганта). Толщина кольца более 2000 километров, а основным источником материала для него служат гейзеры Энцелада.
Самое большое из колец Сатурна было открыто лишь в 2009 году с помощью инфракрасного космического телескопа «Спитцер». Из-за своей разреженности кольцо Фебы почти невозможно увидеть в оптическом диапазоне. По недавним оценкам оно простирается на 10 миллионов километров, на расстоянии от 6 до 16,3 миллиона километров от газового гиганта. Анализ данных с телескопа WISE показал, что кольцо состоит в основном из небольших частиц диаметром до 10 сантиметров. Размеры частиц в основных кольцах планеты колеблются от одного сантиметра до десяти метров.
Кроме своего гигантского размера кольцо примечательно тем, что оно наклонено на 27 градусов по отношению к другим кольцам. Это связано с источником его материала — пыли, сдуваемой с Фебы, 240-километрового спутника Сатурна.
Интересно, что ранее астрономы предполагали, что кольца есть не только у Сатурна, но и у одного из его спутников — Реи. Эта догадка, к сожалению, не нашла подтверждения.
В течение следующих девяти месяцев команда «Кассини» надеется узнать о кольцах, их структуре и возрасте еще больше, чем известно сейчас. А мы будем следить за научными данными миссии и готовить новую версию нашего путеводителя — расширенную и дополненную.
Владимир Королёв