Астрономия

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.