Saturnuksen renkaat

Saturnuksen renkaat ovat järjestelmä, jossa on litteitä samankeskisiä jää- ja pölymuodostelmia, jotka sijaitsevat Saturnuksen päiväntasaajan tasolla . Päärenkaat on nimetty latinalaisilla kirjaimilla siinä järjestyksessä, jossa ne löydettiin. Useat automaattiset planeettojenväliset asemat (AMS) ovat tutkineet niitä, erityisesti Cassini-avaruusalus . Itse asiassa niillä on monimutkainen rakenne, ja ne jakautuvat lukuisiin ohuempiin renkaisiin, joita erottavat ns. Näkymä maapallolta riippuu suuresti Saturnuksen sijainnista kiertoradalla.

Havainnoinnin ja tutkimuksen historia

Ensimmäinen, joka näki Saturnuksen renkaat Galileo Galilei : vuonna 1610 hän tarkkaili niitä kaukoputkellaan 20-kertaisella suurennuksella, mutta ei tunnistanut niitä renkaiksi. Hän uskoi näkevänsä Saturnuksen "kolminkertaisena", jonka sivuilla oli kaksi tuntematonta lisäystä, ja salasi tämän anagrammiksi smaismrmilmepoetaleumibunenugttauiras . Se tulkittiin lat.  Altissimum planetam tergeminum obseruaui "Havaitsin korkeimman planeetan kolminkertaisen" [1]  - transkriptio julkaistiin Galileon kirjeessä Giuliano de Medicille 13. marraskuuta 1610 [2] . Vuonna 1612 renkaat nähtiin reunassa, joten niistä tuli näkymättömiä kaukoputken läpi katsottaessa, mikä hämmentyi Galileoa. Myöhemmin ne ilmestyivät uudelleen [3] .

Christian Huygens ehdotti ensimmäisenä, että Saturnusta ympäröi rengas. Hollantilainen tiedemies rakensi refraktoriteleskoopin 50-kertaisella suurennuksella, paljon suuremmalla kuin Galileon kaukoputkella, jonka läpi hän tarkkaili Saturnusta. Huygens julkaisi havainnon tulokset vuonna 1656 myös anagrammin muodossa [1] teoksessaan "De Saturni Luna observatio nova" [4] . Hän antoi anagrammin dekoodauksen vuonna 1659 teoksessa "Systema Saturnium": lat.  Annulo cingitur, tenui, plano, nusquam cohaerente, ad eclipticam inclinato [5] ( Rengasta ympäröi ohut, litteä, ei kosketa mihinkään, kallistuu ekliptiikkaan [1] ).

Vuonna 1675 Giovanni Domenico Cassini päätti, että Saturnuksen rengas koostui kahdesta osasta, joita erottaa tumma rako, jota myöhemmin kutsuttiin Cassinin jakoksi (tai aukoksi) . 1800-luvulla V. Ya. Struve ehdotti ulomman osan nimeämistä renkaaksi A ja sisäosaa renkaaksi B [6] .

Vuonna 1837 Johann Franz Encke huomasi aukon A-renkaassa, jota kutsuttiin Encke-divisioonaksi [6] . Vuotta myöhemmin Johann Gottfried Galle löysi renkaan B-renkaan sisältä [7] [8] , mutta hänen löytöään ei otettu vakavasti, ja se tunnistettiin vasta sen jälkeen, kun W.C. Bond , D.F. Bond ja W.R. Daves löysivät tämän sormuksen uudelleen vuonna 1850 [9 ] ; se tunnettiin C-renkaana tai kreppirenkaana [10] .

Aikoinaan Laplace ehdotti, että Saturnuksen renkaat koostuvat suuresta määrästä pienempiä kokonaisia ​​renkaita [10] . Vuonna 1859 James Clerk Maxwell osoitti, että Laplace ei ollut aivan oikeassa: renkaat eivät voi olla kiinteitä muodostelmia, koska silloin ne olisivat epävakaita ja repeytyisivät. Hän ehdotti, että renkaat koostuvat monista pienistä hiukkasista [10] . Sophia Kovalevskaya osoitti ainoassa tähtitieteellisessä työssään, joka julkaistiin vuonna 1885, että renkaat eivät voi olla nestemäisiä eivätkä kaasumaisia ​​[11] . Maxwellin oletus vahvistettiin vuonna 1895 Aristarkh Belopolskyn Pulkovossa ja James Edward Keelerin Alleghenyn observatoriossa [12] renkaiden spektroskopisilla havainnoilla .

Avaruusajan alusta (1900-luvun puolivälissä) Saturnuksen renkaiden alueella on lentänyt neljä AMS :ää . Joten vuonna 1979 Pioneer 11 AMS lähestyi Saturnuksen pilvipeitettä 20 900 km :n etäisyydellä . Pioneer-11:n lähettämien tietojen mukaan F-rengas [13] ja G-rengas [14] löydettiin . Renkaiden lämpötila mitattiin: -203 °C Auringossa ja -210 °C Saturnuksen varjossa [15] . Vuonna 1980 Voyager 1 AMS lähestyi Saturnuksen pilvipeitettä 64 200 kilometrin etäisyydellä [16] . Voyager 1:n kuvien mukaan Saturnuksen renkaat koostuvat sadoista kapeista renkaista [14] . F-renkaan ulko- ja sisäpuolelta löydettiin kaksi "paimen"-satelliittia, joita myöhemmin kutsuttiin Prometheukseksi ja Pandoraksi ) [17] . Vuonna 1981 Voyager 2 AMS lähestyi Saturnusta 161 000 kilometrin etäisyydellä sen keskustasta [18] . Voyager 1: ssä epäonnistuneen fotopolarimetrin avulla Voyager 2 pystyi tarkkailemaan renkaita paljon suuremmalla resoluutiolla ja löytämään monia uusia renkaita [19] .

Sitten vuonna 2004 Cassini AMS lähestyi Saturnuksen pilvipeitettä 18 000 km :n etäisyydellä ja siitä tuli Saturnuksen keinotekoinen satelliitti [20] . Cassinin kuvat ovat toistaiseksi yksityiskohtaisimmat kaikista saaduista, niistä on löydetty uusia renkaita [21] . Joten vuonna 2006 ne löydettiin Pallenen [22] ja Januksen ja Epimetheuksen [23] satelliittien kiertoradalta .

Vasta suhteellisen äskettäin, vuonna 2009, löydettiin Spitzer -infrapuna-avaruusteleskoopin avulla suurin rengas, Phoebe-rengas, jonka halkaisija on yli 10 miljoonaa kilometriä [24] [25] .

Tiedemiehet olettivat myös rengasjärjestelmän olemassaolon lähellä Saturnuksen kuuta Rheaa , mutta tätä olettamusta ei vahvistettu [25] .

Sormusten alkuperä

On olemassa 2 päähypoteesia:

Joten yhden amerikkalaisen Robin Canapin ehdottaman mallin mukaan syy renkaiden muodostumiseen oli Saturnuksen satelliittien useat peräkkäiset absorptiot. Lähes kaikki useat aurinkokunnan aamunkoitteessa muodostuneet suuret (puolitoista kertaa Kuun kokoiset) satelliitit putosivat vähitellen Saturnuksen suolistoon painovoiman vaikutuksesta. Laskeutuessaan kiertoradalta spiraalirataa pitkin ne tuhoutuivat. Samaan aikaan kevyt jääkomponentti jäi avaruuteen, kun taas raskaat mineraalikomponentit imeytyivät planeettaan. Myöhemmin seuraavan Saturnuksen satelliitin painovoima vangitsi jään, ja sykli toistettiin. Kun Saturnus vangitsi viimeisen alkuperäisistä satelliiteistaan, joista tuli jättimäinen jääpallo, jossa oli kiinteä mineraaliydin, planeetan ympärille muodostui "pilvi" jäätä, jonka halkaisija oli 1-50 kilometriä ja joka muodosti sen päärenkaan. Saturnus. Massaltaan se ylitti nykyisen rengasjärjestelmän 1000-kertaisesti, mutta seuraavien 4,5 miljardin vuoden aikana sen muodostaneiden jäälohkareiden törmäykset johtivat jään murskaantumiseen rakeiden kokoisiksi. Samaan aikaan suurin osa aineesta imeytyi planeetalle, ja se myös hävisi vuorovaikutuksessa asteroidien ja komeettojen kanssa, joista monet myös tuhoutuivat Saturnuksen painovoiman vaikutuksesta [27] .

Toisen teorian mukaan japanilaisten ja ranskalaisten tutkijoiden ryhmän laskelmien mukaan renkaat muodostuivat suurten taivaankappaleiden tuhoamisen aikana Kuiperin vyöhykkeestä , jonka lähestyminen tapahtui usein myöhäisen raskaan pommituksen aikana 4 miljardia vuotta sitten. [28] .

Ominaisuudet ja rakenne

Rengasjärjestelmän kiertotaso on sama kuin Saturnuksen päiväntasaaja [29] , eli se on kalteva suhteessa Auringon ympäri kulkevan kiertoradan tasoon 26,7°. Renkaat ovat Kepleri-kiekkoja, eli niiden hiukkaset pyörivät differentiaalisesti , minkä vuoksi ne törmäävät jatkuvasti toisiinsa. Näistä törmäyksistä tulee lämpöenergian lähde ja ne ovat syynä halkeamiseen ohuemmiksi renkaiksi. Tämän tekijän lisäksi Saturnuksen painovoiman epäsymmetria, sen magneettikenttä ja vuorovaikutus sen satelliittien kanssa aiheuttavat myös vaihteluita renkaat muodostavien hiukkasten kiertoradoissa, niiden poikkeamia ympyrän muodosta ja precessio [30] .

Renkaat koostuvat vesijäästä, johon on sekoitettu silikaattipölyä [31] ja orgaanisia yhdisteitä. Epäpuhtauksien osuus ja koostumus määräävät erot renkaiden värissä ja vaaleudessa [32] . Niissä olevan materiaalin hiukkaskoko on senttimetreistä kymmeniin metreihin; suurin osa massasta koostuu partikkeleista, joiden koko on metrin luokkaa [30] . Joissakin renkaiden osissa pienet hiukkaset koostuvat lumesta [31] . Renkaiden paksuus on erittäin pieni verrattuna niiden leveyteen (enimmäkseen 5-30 m), kun taas aine itse vie vain noin 3 % tilavuudesta (kaikki muu on tyhjää tilaa) [30] . Rengasjärjestelmän romumateriaalin kokonaismassaksi on arvioitu 3×10 19 kilogrammaa [30] [25] .

Saturnuksen renkaiden rakenteen pääelementit
Nimi Etäisyys Saturnuksen keskustaan, km Leveys, km Paksuus, m Erikoisuudet
D rengas 67 000–74 500 [33] 7500 [25] Sillä ei ole terävää sisärajaa, se kulkee sujuvasti Saturnuksen ilmakehän ylempiin kerroksiin [31] ; sisältää pieniä vesi- ja metaanijääkiteitä [ 34] .
Sormus C 74 500–92 000 [33] [31] 17 500 [25] 5 [33] Kutsutaan myös sisäiseksi, se koostuu jopa 2 m:n kokoisista hiukkasista [31] , se sisältää noin 1/3000 renkaiden sirpalointimateriaalin koko massasta [25] .
Colombon ero 77 800 noin 150 [25] Sisältää pienen renkaan sisällä, joka on orbitaaliresonanssissa Titanin kanssa [25] .
Maxwellin viilto 87 490 [33] 270
bond-aukko 88 690-88 720 kolmekymmentä
Davesin ero 90 200–90 220 kaksikymmentä
Sormus B 92 000–117 580 [33] 25 500 [25] 5-10 [33] Kaikista sormuksista kirkkain [31] ; sisältää itsessään satelliitin S/2009 S 1 ; erityispiirteet: pystysuorat muodostelmat ulkoreunalla, joiden korkeus on yli 2,5 kilometriä [25] , sekä häiriöt, jotka aiheutuvat vuorovaikutuksesta Mimas -satelliitin kanssa [30] [32] ; säteittäiset yksityiskohdat (ns. "puolat", eng.  pinnat ), joiden luonne ei ole vielä täysin selvä [35] .
Cassinin osasto 117 580–122 170 [33] ~4500 [25] 20 [33] Se sisältää itsessään materiaalia, joka muistuttaa väriltään ja optisesti paksuudeltaan C-renkaan materiaalia (hiukkasia, joiden keskikoko on 8 m [31] ), sekä "oikeita" rakoja [25] ; on 2:1 orbitaaliresonanssissa Mimasin kanssa [30] .
Huygensin aukko 117 680 300 [25]
Herschelin aukko 118 183—118 285 102
Russellin viilto 118 597—118 630 33
Jeffreys ero 118 931-118 969 38
Kuiper Gap 119 403—119 406 3
Laplace- halkio 119 848—120 086 238
Besselin aukko 120 236—120 246 kymmenen
Barnardin viilto 120 305-120 318 13
Sormus A 122 170–136 775 [33] [31] 14 600 [25] 10-30 [33] [25] Sitä kutsutaan myös ulkoiseksi, se koostuu jopa 10 metrin kokoisista hiukkasista [31] , sitä pidetään yhtenä nuorimmista, sisältää satelliitteja Pan , Daphnis , Atlas ja suuria rakoja [25] ; sisärajalla on häiriöitä, jotka aiheutuvat vuorovaikutuksesta Janus -satelliitin kanssa [30] .
Encke Gap 133 590 [33] 325 [25] [32] Samanaikaisesti Panin satelliitin kiertoradan kanssa [32] .
Keelerin viilto 136 530 [33] 32-47 [34]
Roche -divisioona 136 800-139 380 2580
E/2004 S1 137 630 [32] 300 [36]
E/2004 S2 138 900 [32] 300 [36]
F-rengas ~140 130–140 180 [29] [33] 30–500 [25] Sitä pitävät painovoimaisesti "paimen"kuut Prometheus ja Pandora [25] [34] ; kiertorata on hieman pidentynyt: e = 0,0026 [33]
Januksen sormus – Epimetheus (R/2006 S 1) ~151 500 [37] 5000 [23] [37] Koostuu hiukkasista, jotka irtosi Januksen ja Epimetheuksen kuuiden pinnasta törmäyksissä eri kappaleiden kanssa [23]
G rengas 166 000–175 000 [25] ~9000 [25] Lähellä ulkoreunaa on satelliitti Egeon , joka on koonnut ympärilleen pienen tiiviin rengasmateriaalista tehdyn kaaren, joka ulottuu yli 1/6 ympyrästä [25] .
Ring of Pallenan (R/2006 S 2) ~212 000 [37] 2500 [23] [37] Se koostuu hiukkasista, jotka irtoavat Pallenan kuun pinnasta törmäyksissä eri kappaleiden kanssa [23] .
E sormus 181 000–483 000 [33] 300 000 Pääasiallinen materiaalilähde on Enceladuksen geysirit [25]
Phoeben sormus ~ 6 000 000–16 300 000 [ 24 ] [25] ~ 6 000 000 [24] [25] Se koostuu pääasiassa halkaisijaltaan jopa 10 cm:n pienistä hiukkasista, materiaalin lähde on Phoebesta puhallettu pöly , joten se, kuten sen kiertorata, on kallistunut 27° suhteessa muihin renkaisiin [24] [25] .

Havaintoja renkaista maasta

Koska renkaiden taso osuu yhteen Saturnuksen päiväntasaajan tason kanssa, ja se puolestaan ​​on voimakkaasti kallistunut Saturnuksen kiertoradan tasoon - lähes 27 astetta, renkaiden näkymä maasta riippuu voimakkaasti Saturnuksen sijainnista kiertoradalla Auringon ympäri [38] ja paljon vähemmässä määrin - Maan sijainnista sen kiertoradalla (johtuen siitä, että Saturnuksen kiertorata on kallistettu ekliptiikan tasoon 2,5 astetta). Vuosi Saturnuksella kestää 29,5 Maan vuotta, tänä aikana:

Jokaisena seuraavana vuonna Saturnuksella maallisille tarkkailijoille tapahtuu sama asia sen renkaiden kanssa. Vuonna 2022 viimeisimmät tiedot paljastettiin vuosina 1988, 2002 ja 2016; katoamisia tapahtui vuosina 1995 [38] ja 2009. 14 vuoden välein renkaiden avautuminen lisääntyy, Saturnuksen pohjoisnapa ja sen renkaiden sitä kohti näkyvät sivut näkyvät [39] .

Kulttuurissa

Muistiinpanot

  1. 1 2 3 Perelman Ya. I. Tähtitieteellinen anagrammi // Viihdyttävä tähtitiede. - 7. painos - M . : Valtion teknisen ja teoreettisen kirjallisuuden kustantamo, 1954. - S. 120-122.
  2. 427. Galileo a Giuliano De' Medici Pragassa. Firenze, 13. marraskuuta 1610 // Le Opere di Galileo Galilei  (italia) . - Firenze, 1900. - T. X. Carteggio. 1574-1610. - S. 474.
  3. Silkin, 1982 , s. 123.
  4. Christiaan Huygens. Christiani Hugenii Zulichemii Opera mechanica, geometrica astronomica et miscellanea: quatuor voluminibus contexta  (lat.) . - 1751. - T. 3. - S. 526.
  5. Huygens, Christiaan. Christiani Hugenii Zulichemii Opera mechanica, geometrica astronomica et miscellanea: quatuor voluminibus contexta  (lat.) . - 1751. - T. 3. - S. 566.
  6. 1 2 Silkin, 1982 , s. 128.
  7. Encke. Über den Ring des Saturn  (saksa)  // Mathematische Abhandlungen der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Aus dem Jahre 1838. - 1840. - S. 8-9 .
  8. Dawes WR :n huomautukset Saturnuksen renkaan hämärän osan havainnoista, jotka teki Dr. Galle Berliinissä vuonna 1838  // Royal Astronomical Societyn kuukausitiedotteet  . — Oxford University Press . — Voi. 11 . - s. 184-186 . - .
  9. Michele Dougherty, Larry Esposito, Stamatios Krimigis. Saturnus Cassinista –  Huygens . - Springer Science & Business Media, 2009. - S. 376.
  10. 1 2 3 Silkin, 1982 , s. 132.
  11. Sophie Kowalewsky. Zusätze und Bemerkungen zu Laplacen Untersuchung über die Gestalt der Saturnsringe  (saksa)  // Astronomische Nachrichten. - Wiley-VCH , 1885. - Bd. 111 . - S. 37-48 . - .
  12. Silkin, 1982 , s. 134.
  13. Silkin, 1982 , s. 138-139.
  14. 1 2 Silkin, 1982 , s. 145.
  15. Silkin, 1982 , s. 142.
  16. Voyager 1 . // JPL/NASA-sivusto. Haettu 15. maaliskuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 1. heinäkuuta 2016.
  17. Silkin, 1982 , s. 146.
  18. PDS: Tehtävätiedot . // JPL/NASA-sivusto. Haettu 15. maaliskuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 18. maaliskuuta 2016.
  19. Voyager 2: In Depth . NASAn verkkosivusto . Haettu 15. maaliskuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 20. huhtikuuta 2017.
  20. Michael Meltzer. Cassini-Huygensin vierailu Saturnukseen : Historiallinen tehtävä rengasmaiselle planeetalle  . — Springer, 2015. — s. 205.
  21. Cassini Solstice Mission: Tietoja Saturnuksesta ja sen kuuista . JPL/NASA-verkkosivusto . Haettu 15. maaliskuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 24. maaliskuuta 2016.
  22. Itse Pallenen pieni kuu löydettiin vain 2 vuotta aikaisemmin, myös Cassinin mukaan.
  23. 1 2 3 4 5 Kuun tekemät sormukset  . NASA (11. lokakuuta 2006). Haettu 11. kesäkuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 11. kesäkuuta 2020.
  24. 1 2 3 4 Aleksanteri Ponomarev. Saturnuksen renkaat osoittautuivat vielä suuremmiksi . Popular Mechanics (17.6.2015). Haettu 5. lokakuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 6. lokakuuta 2017.
  25. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Vladimir Korolev . Kuudennen planeetan renkaat , N+1 (10. joulukuuta 2016). Arkistoitu alkuperäisestä 24. heinäkuuta 2020. Haettu 10.5.2020.
  26. 1 2 Andrei Merkulov . Lords of Saturn , Rossiyskaya Gazeta (10. marraskuuta 2015). Arkistoitu alkuperäisestä 13. huhtikuuta 2016. Haettu 9.5.2020.
  27. Saturnuksen renkaan muodostumisteoria ehdotti selittämään Cassinin tuloksen . Gazeta.ru (13. joulukuuta 2010). Käyttöpäivä: 11. tammikuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 23. elokuuta 2011.
  28. Kristina Ulasovich . Tutkijat selittävät Saturnuksen renkaiden , N + 1, ilmestymisen (1. marraskuuta 2016). Arkistoitu alkuperäisestä 24. heinäkuuta 2020. Haettu 11.5.2020.
  29. 1 2 Surdin, 2018 , s. 206.
  30. 1 2 3 4 5 6 7 Freddie Wilkinson. Saturnuksen  renkaat . The Astrophysics Spectator (24. marraskuuta 2004). Haettu 20. toukokuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 3. syyskuuta 2020.
  31. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Surdin, 2018 , s. 208.
  32. 1 2 3 4 5 6 C.C. Porco. Cassini Imaging Science: Ensimmäiset tulokset Saturnuksen renkaista ja pienistä satelliiteista   // Tiede . - 2005. - 25. helmikuuta ( nide 307 , painos 5713 ). - s. 1226-1236 . — ISSN 1095-9203 0036-8075, 1095-9203 . - doi : 10.1126/tiede.1108056 .
  33. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Saturnuksen renkaat  Tietolehti . NASA. Arkistoitu alkuperäisestä 23. elokuuta 2011.
  34. 1 2 3 Surdin, 2018 , s. 209.
  35. D. Yu. Tsvetkov. Salaperäisiä "puhuja" Saturnuksen renkaissa . Astronet (27. marraskuuta 2006). Haettu 11. kesäkuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 11. kesäkuuta 2020.
  36. 1 2 C. C. Porco et ai. Cassini Imaging Science: Initial Results on Saturn's Rens and Small  Satellites . Arkistoitu alkuperäisestä 21. elokuuta 2011.
  37. 1 2 3 4 Daniel W.E. Green. IAUC 8759: RINGS OF SATURN (R/2006 S 1, R/2006 S 2, R/2006 S 3, R/2006 S 4); 2006iv, 2006iw, 2006ix, 2006iy, 2006iz, 2006ja; C/2006 P1  (englanti) . Tähtitieteellisten sähkeiden keskustoimisto . International Astronomical Union (11. lokakuuta 2006). Haettu 15. kesäkuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 4. kesäkuuta 2020.
  38. 1 2 Tsesevich V.P. § 46. Saturnus ja sen järjestelmä // Mitä ja miten tarkkailla taivaalla. - 6. painos - M .: Nauka , 1984. - S. 158-162. — 304 s.
  39. Friedman A.  6 vuotta Saturnuksen elämässä  //  Astronet .

Kirjallisuus

Linkit