01
А
Астрономия
02
Б
Биология
03
Г
Гуманитарные науки
04
М
Математика и CS
05
Мд
Медицина
06
Нз
Науки о Земле
07
С
Сельское хозяйство
08
Т
Технические науки
09
Ф
Физика
10
Х
Химия и науки о материалах
Астрономия
9 февраля
Наследие Cassini: кольца Сатурна

Непростое украшение орбиты

Кольца Сатурна в представлении художника
NASA

Как совершенствование техники сказывалось на количестве колец Сатурна, кто из ученых прошлого составил самую зубодробительную анаграмму своего открытия, какую роль в исследовании колец Сатурна сыграла математик Софья Ковалевская, читайте в предпоследнем материале цикла «Наследие Cassini».

Сатурн — самая дальняя планета Солнечной системы, известная всему человечеству с древности, но до начала XVII века это была всего лишь одна из пяти планет на небосводе.

Bf0a0bbafdf677d9785aafbae7bc9695708a47c2
Кольца Сатурна в контровом свете
NASA/JPL

Все изменилось с буквосочетания smaismrmilmepoetaleumibunenugttauiras, которое опубликовал первый человек, посмотревший на небо вооруженным глазом, Галилео Галилей.

13 ноября 1610 года Галилей написал Джулиано де Медичи, как расшифровывается эта абракадабра. Перестановкой букв получалась латинская фраза Altissimum planetam tergeminum obseruaui, что переводится как «Высочайшую планету тройною наблюдал». Кольца Галилей назвал «ушками» и решил, что планета тройная, не догадавшись об их истинной форме и природе.

A03409362f42a473420b7e2622571c3b7fa2b38c
Галилео Галилей
Wikimedia Commons

Затем Сатурн и вовсе поиздевался над своим исследователем: в 1612 году «ушки» исчезли, а потом появились вновь. Теперь-то мы знаем, что в том году кольца просто повернулись к нам ребром, что в тогдашние телескопы заметить было невозможно.

Прошло почти полвека, и замечательный астроном и физик Христиан Гюйгенс наконец понял, что же наблюдал Галилей и что он сам увидел в телескоп. Понял и поделился с миром: «ааааааа, ссссс, d, еееее, g, h, iiiiiii, lllll, mm, nnnnnnnnn, oooo, pp, q, rr, s, ttttt, uuuuu». Все понятно? Нет? Тогда расшифруем анаграмму Гюйгенса: «Annulo cingitur, tenui plano, nusquam cohaerente, ad eclipticam inclinato» («Окружен кольцом тонким, плоским, нигде не подвешенным, наклоненным к эклиптике»). Так в астрономию вошло кольцо Сатурна.

7c8192ba2b8ba767380ffcb1843eb0477849a54e
Иллюстрации Гюйгенса о фазах кольца Сатурна
Wikimedia Commons

«Стоп! — скажете вы. — Какое кольцо? Кольца!» Целых три десятилетия астрономы полагали, что вокруг Сатурна есть монолитное кольцо. И первым человеком, который смог рассмотреть, что все сложнее, стал Джованни Кассини.

Джованни Доменико Кассини в 1675 году сумел увидеть, что внутри кольца есть темный промежуток, то есть кольцо состоит из двух частей. Разрыв назвали щелью Кассини (или делением Кассини), а в XIX веке российский астроном Василий Струве предложил называть части кольца буквами. Внешнее назвали кольцом A, внутреннее — кольцом B. Потом астрономы получили еще более мощные телескопы и стали открывать новые кольца и разрывы в них. В 1888 году Джеймс Килер обнаружил разрыв в кольце А (его назвали в честь Иоганна Энке, сейчас мы знаем, что этот разрыв вызван «работой» спутника-пастуха Пана). В щели имени самого Килера орудует другой спутник-пастух, Дафниc… Еще ближе к Сатурну появились кольца C и D.

4d6b7595a20b9af0cf4dbc9259a9558433f7ac8b
Щель Энке с движущимся Паном внутри
NASA/JPL

Естественно, у ученых возник вопрос: из чего же состоят эти кольца? Лаплас, к примеру, предполагал, что из мельчайших колечек, нанизанных друг на друга. Но великий физик и математик Максвелл сумел показать, что из цельных твердых колечек собрать кольца Сатурна не получится: их разорвет. По идее Максвелла, кольца должны были состоять из движущихся частичек.

F7d8690ca3637116cf32aa1321848ffdb9e329c4
Кольца A-F
NASA/JPL

Абсолютно твердо показать, что из себя представляют кольца Сатурна, смог вовсе не астроном. Это сделала наша соотечественница, математик Софья Ковалевская. В своей единственной астрономической работе она смогла математически доказать правоту Максвелла, что кольца Сатурна не могут быть ни жидкостью, ни газом. Только мелкими частицами.

36bafabb7e45704f9e120df268764407443a18d8
Софья Ковалевская
Wikimedia Commons

Новая эпоха в изучении колец Сатурна началась в 1979 году, когда мимо Сатурна пролетел Pioneer 11. Тогда на снимках аппарата удалось открыть внешнее и очень тонкое кольцо F. Это кольцо «берегут» два спутника-пастуха, Пандора и Прометей, снаружи и внутри кольца.

Затем настала очередь широкого и тусклого кольца E. Как мы сейчас знаем, оно стало результатом активности гейзеров на спутнике Сатурна Энцеладе. Подробно изучил состав этого кольца уже аппарат Cassini.

B0e5651b10af915bcc751b03a3c5f4f624096743
Кольцо E и Энцелад
NASA/JPL

Но и на буквах E и F жизнь не застыла, и Cassini продолжил открывать новые кольца. Между F и E нашлось место тонкому кольцу G, а гораздо дальше почти всех спутников оказалось широкое и очень тусклое кольцо Фебы. В астрономических атласах появились также кольца, совпадающие с орбитами Януса и Эпиметея, а также маленького спутника Паллене.

5af9db4194764dafd1b498a227b37777d006b68a
Внешние кольца Сатурна
NASA/JPL

Конечно, Cassini изучал кольца Сатурна на протяжении всей своей миссии. Главной находкой, пожалуй, можно назвать мини-спутники (moonlets), во множестве найденные в кольцах. Однако самое интересное было в конце миссии, так называемом Великом финале, в котором аппарат регулярно «нырял» в кольца, прежде чем навсегда погрузиться в атмосферу планеты-гиганта.

Первые результаты уже есть. Возраст колец оказался намного меньше, чем ученые считали ранее, всего 150-300 млн лет, а не несколько миллиардов лет, как показывают некоторые существующие модели. За пять последних оборотов вокруг Сатурна космический зонд собрал данные, позволившие рассчитать массу кольца B. Если теории, описывающие связь массы колец и их возраста, верны, то кольца возникли не вместе с планетой, а намного позже. Большая масса могла собраться на орбите лишь в ранние периоды формирования Солнечной системы, и она указывала бы на древность колец. Однако данные Cassini показали, что масса колец невелика — примерно 0,4 массы Мимаса, одного из спутников планеты.

Cassini погиб в сентябре 2017 года, но публикации по его данным будут выходить еще много и много лет.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.

Комментарии

Все комментарии
САМОЕ ЧИТАЕМОЕ
Обсуждаемое