Кратка история на невероятните пръстени на Сатурн

Планетата Сатурн се намираше между слънцето и космическия кораб Касини - приютявайки плавателния съд от ослепителните слънчеви отблясъци - когато Касини придоби този образ. Касини обикаля около Сатурн от 2004 до 2017 година.

От Vahe Peroomian, University of South California - Колеж за писма, изкуства и науки в Дорнсиф

Мнозина мечтаят какво биха направили, ако разполагаха с машина на времето. Някои биха пропътували 100 милиона години назад във времето, когато динозаври бродят Земята. Не мнозина обаче биха помислили да вземат телескоп със себе си и ако, направил това, да наблюдават Сатурн и неговите пръстени.

Дали нашият пътуващ във времето астроном би могъл да наблюдава пръстените на Сатурн е спорен. Имали ли са пръстените под някаква форма или форма от началото на Слънчевата система преди 4, 6 милиарда години или те са по-скорошно допълнение? Дали пръстените дори се бяха образували, когато астероидът Chicxulub изтри динозаврите?

Аз съм космически учен със страст да преподавам физика и астрономия и пръстените на Сатурн винаги са ме очаровали, когато разказват историята за това как очите на човечеството са били отворени към чудесата на нашата Слънчева система и Космоса.

Нашият възглед за Сатурн се развива

Когато Галилей за първи път наблюдава Сатурн през телескопа си през 1610 г., той все още се забавляваше със славата на откриването на четирите луни на Юпитер. Но Сатурн го смути. Погледнал към планетата през своя телескоп, първо му гледал като планета с две много големи луни, после като самотна планета, а след това отново през по-новия си телескоп, през 1616 г., като планета с оръжие или дръжки.

Четири десетилетия по-късно Джовани Касини за пръв път предполага, че Сатурн е пръстенирана планета, а това, което Галилей е виждал, са различни гледки към пръстените на Сатурн. Поради 27 градуса в наклона на въртене на оста на Сатурн спрямо равнината на неговата орбита, пръстените изглежда се накланят към и далеч от Земята с 29-годишния цикъл на революцията на Сатурн около слънцето, придавайки на човечеството непрекъснато променящ се вид от пръстените.

Но от какво бяха направени пръстените? Бяха ли солидни дискове, както някои предполагаха? Или са били съставени от по-малки частици? Колкото повече структура стана очевидна в пръстените, тъй като бяха открити повече пропуски и тъй като движението на пръстените около Сатурн беше наблюдавано, астрономите разбраха, че пръстените не са твърди и може би са съставени от голям брой лунници или малки луни. В същото време оценките за дебелината на пръстените отиват от 300 мили на сър Уилям Хершел през 1789 г. до много по-точната оценка на Audouin Dollfus за по-малко от две мили през 1966 г.

Разбирането на астрономите за пръстените се промени драматично с мисиите Pioneer 11 и близнаци Вояджър до Сатурн. Сега известната фотография на Вояджър на пръстените, осветена от Слънцето, показа за първи път, че това, което изглеждаше като огромните пръстени A, B и C, всъщност представлява милиони по-малки колички.

Неверно цветно изображение на Voyager 2 на Saturn s B и C пръстени, показващи много парчета. Изображение чрез НАСА.

Мисията Касини в Сатурн, прекарала над десетилетие в орбита на пръстеновидния гигант, даде на планетарните учени още по-зрелищни и изненадващи гледки. Великолепната пръстенна система на Сатурн е дебела между 10 метра (33 фута) и един километър (.6 мили). Комбинираната маса на нейните частици, които са с 99, 8 процента лед и повечето от тях са с размер по-малък от един метър (около един двор), е около 16 квадрилиона тона, по-малко от 0, 02 процента от масата на Земята Луна, и по-малко от половината от масата на Saturn s Луна Мимас. Това накара някои учени да спекулират дали пръстените са резултат от разпадането на една от луните на Saturn s или от улавянето и разпадането на бездомна комета.

Динамичните пръстени

През четирите века след откриването на телескопа са открити пръстени и около Юпитер, Уран и Нептун, гигантските планети на нашата Слънчева система. Причината гигантските планети да са украсени с пръстени, а Земята и другите скални планети не са предложени за първи път от Едуард Рош, френски астроном през 1849 година.

Луна и нейната планета винаги са в гравитационен танц. Земята луна, като се дърпа от противоположните страни на Земята, причинява океанските приливи и отливи. Силите на приливите също влияят на планетарните луни. Ако една луна тръгне твърде близо до планета, тези сили могат да преодолеят гравитационния glue, като държи луната заедно и да я разкъса. Това кара Луната да се разпадне и да се разпространи по първоначалната си орбита, образувайки пръстен.

Границата на Roche, минималното безопасно разстояние за орбита на луна s, е приблизително 2, 5 пъти по-голяма от радиуса на планетата s от центъра на планетата s. За огромен Сатурн това е разстояние от 54 000 мили (87 000 км) над облачните му върхове и съответства на местоположението на външния F пръстен на Saturn . За Земята това разстояние е под 6 200 мили (10 000 км) над повърхността му. Астероид или комета би трябвало да излезе много близо до Земята, за да бъде разкъсан от приливни сили и да образува пръстен около Земята. Нашата собствена луна е на много безопасни разстояния на 236 000 мили (380 000 км).

Концепцията на художника за космическия кораб „Касини“ на НАСА на път да направи едно от своите гмуркания между Сатурн и най-вътрешните му пръстени като част от големия финал на мисията. Изображение чрез NASA / JPL-Caltech.

Тънкостта на планетарните пръстени се причинява от непрекъснато променящата им природа. Частица от пръстен, чиято орбита е наклонена по отношение на останалата част от пръстена, в крайна сметка ще се сблъска с други частици на пръстена. По този начин тя ще загуби енергия и ще се установи в равнината на пръстена. В продължение на милиони години, всички такива частици на заблуждение или отпадат, или се привеждат в ред, оставяйки днес само много тънката пръстенна система, която хората наблюдават днес.

През последната година от мисията си космическият апарат Касини се гмуркаше многократно през пробега от 4000 километра между облаците на Сатурн и неговите вътрешни пръстени. Тези безпрецедентни наблюдения направиха един факт много ясен: Пръстените се променят постоянно. Отделните частици в пръстените непрекъснато се дръзват една от друга. Частиците на пръстена постоянно валят надолу по Сатурн.

Овчарските луни Пан, Дафнис, Атлас, Пандора и Прометей, с размери между 8 и 130 км между 5 и буквално овладяват частиците на пръстена, поддържайки ги в сегашните си орбити. Вълните на плътност, причинени от движението на овчарските луни вътре в пръстените, дръжте и преобразувайте пръстените. Малките лунници се образуват от пръстеновидни частици, които се слепват заедно. Всичко това показва, че пръстените са ефимерни. Всяка секунда до 40 тона лед от пръстените вали в атмосферата на Сатурн. Това означава, че пръстените могат да продължат само няколко десетки до стотици милиони години.

Може ли пътуващ във времето астроном да е виждал пръстените преди 100 милиона години? Един показател за възрастта на пръстените е тяхната прахообразност. Обектите, изложени на праха, проникващ в слънчевата ни система за дълги периоди от време, стават все по-мрачни и по-тъмни.

Пръстените на Сатурн са изключително ярки и без прах, като че ли сочат, че са се образували някъде от преди 10 до 100 милиона години, ако разбирането на астрономите как ледените частици събират прах е правилно. Едно е сигурно. Пръстените, които нашия астронавт щеше да види, щяха да изглеждат много по-различно от начина, по който правят днес.

Vahe Peroomian, доцент по физика и астрономия, Университет в Южна Калифорния - Колеж за писма, изкуства и науки в Дорнсиф

Тази статия е преиздадена от разговора под лиценз Creative Commons. Прочетете оригиналната статия.

Долен ред: Как и кога са направени пръстените на Сатурн, от какво и дали ще продължат.