Saturnovy prstence

Saturnovy prstence jsou soustavou plochých soustředných útvarů ledu a prachu umístěných v rovníkové rovině planety Saturn . Hlavní prstence jsou pojmenovány latinkou v pořadí, v jakém byly objeveny. Byly studovány několika automatickými meziplanetárními stanicemi (AMS), zejména podrobně sondou Cassini . Ve skutečnosti mají složitou strukturu, rozkládající se na četné tenčí prstence oddělené takzvanými mezerami. Pohled ze Země je velmi závislý na poloze Saturnu na oběžné dráze.

Historie pozorování a výzkumu

První, kdo viděl prstence Saturnu, byl Galileo Galilei : v roce 1610 je pozoroval svým dalekohledem při 20násobném zvětšení, ale neidentifikoval je jako prstence. Věřil, že vidí Saturn "trojitý", se dvěma přívěsky neznámé povahy po stranách, a zašifroval to jako anagram smaismrmilmepoetaleumibunenugttauiras . Bylo dešifrováno jako lat.  Altissimum planetam tergeminum obseruaui „Pozoroval jsem trojku nejvyšší planety“ [1]  – přepis byl zveřejněn v dopise Galilea Giulianovi de Medici 13. listopadu 1610 [2] . V roce 1612 byly prstence viděny z boku, takže se staly neviditelnými při pohledu dalekohledem, což Galilea zmátlo. Později se znovu objevili [3] .

Christian Huygens byl první, kdo navrhl, že Saturn je obklopen prstencem. Nizozemský vědec sestrojil refraktorový dalekohled s 50násobným zvětšením, mnohem větší než Galileův dalekohled, kterým pozoroval Saturn. Výsledky pozorování zveřejnil Huygens v roce 1656 také ve formě anagramu [1] ve svém díle „De Saturni Luna observatio nova“ [4] . Dekódování anagramu podal v roce 1659 v díle „Systema Saturnium“: lat.  Annulo cingitur, tenui, plano, nusquam cohaerente, ad eclipticam inclinato [5] ( Prstenec je obklopen tenkým, plochým, nikde se nedotýkajícím, nakloněným k ekliptice [1] ).

V roce 1675 Giovanni Domenico Cassini určil, že prstenec Saturnu se skládá ze dvou částí, oddělených tmavou mezerou, která byla později nazývána divize (nebo mezera) Cassini . V 19. století navrhl V. Ya Struve nazývat vnější část prstencem A a vnitřní část prstencem B [6] .

V roce 1837 si Johann Franz Encke všiml mezery v prstenci A, která se nazývala Enckeho divize [6] . O rok později Johann Gottfried Galle objevil prsten uvnitř prstence B [7] [8] , ale jeho objev nebyl brán vážně a byl uznán až po znovuobjevení tohoto prstenu v roce 1850 W. C. Bondem , D. F. Bondem a W. R. Davesem [9 ] ; stal se známý jako C ring, neboli krepový kroužek [10] .

Svého času Laplace navrhl, že prstence Saturnu se skládají z velkého počtu menších celých prstenců [10] . V roce 1859 James Clerk Maxwell ukázal, že Laplace neměl tak docela pravdu: prstence nemohou být pevné pevné útvary, protože pak by byly nestabilní a roztrhaly by se. Navrhl, že prstence jsou složeny z mnoha malých částic [10] . Sophia Kovalevskaya ve své jediné astronomické práci, publikované v roce 1885, ukázala, že prstence nemohou být ani kapalné, ani plynné [11] . Maxwellův předpoklad byl dokázán v roce 1895 spektroskopickými pozorováními prstenců Aristarkhem Belopolským na Pulkovu a Jamesem Edwardem Keelerem na Allegheny Observatory [12] .

Od počátku vesmírného věku (polovina 20. století) létaly v oblasti prstenců Saturnu čtyři AMS . Takže v roce 1979 se Pioneer 11 AMS přiblížil k oblačnosti Saturnu na vzdálenost 20 900 km . Podle údajů přenášených Pioneerem-11 byly objeveny F prstenec [13] a G prstenec [14] . Teplota prstenců byla naměřena: −203 °C na Slunci a −210 °C ve stínu Saturnu [15] . V roce 1980 se Voyager 1 AMS přiblížil k oblačnosti Saturnu na vzdálenost 64 200 km [16] . Podle snímků Voyageru 1 bylo zjištěno, že prstence Saturnu se skládají ze stovek úzkých prstenců [14] . Z vnější a vnitřní strany prstence F byly objeveny dva „pastýřské“ satelity, později nazývané Prometheus a Pandora ) [17] . V roce 1981 se Voyager 2 AMS přiblížil k Saturnu na vzdálenost 161 000 km od jeho středu [18] . Pomocí fotopolarimetru , který selhal na Voyageru 1, byl Voyager 2 schopen pozorovat prstence v mnohem vyšším rozlišení a objevit mnoho nových prstenců [19] .

V roce 2004 se pak Cassini AMS přiblížila k oblačnosti Saturnu na vzdálenost 18 000 km a stala se umělým satelitem Saturnu [20] . Snímky Cassini jsou zatím nejpodrobnější ze všech získaných, byly z nich objeveny nové prstence [21] . V roce 2006 byly tedy objeveny na drahách satelitů Pallene [22] a Janus a Epimetheus [23] .

Teprve relativně nedávno, v roce 2009, byl pomocí Spitzerova infračerveného vesmírného dalekohledu objeven největší prstenec, prsten Phoebe, o průměru více než 10 milionů kilometrů [24] [25] .

Vědci také předpokládali přítomnost systému prstenců poblíž Saturnova měsíce Rhea , ale tato domněnka se nepotvrdila [25] .

Původ prstenů

Existují 2 hlavní hypotézy:

Takže podle jednoho z modelů navržených Američanem Robinem Canapem bylo důvodem vzniku prstenců několik po sobě jdoucích absorpcí Saturnem jeho satelitů. Téměř všechny z několika velkých (jeden a půlkrát větších než Měsíc) satelitů vytvořených na úsvitu Sluneční soustavy postupně dopadly do útrob Saturnu vlivem gravitace. V procesu sestupu ze svých drah po spirální trajektorii byly zničeny. Lehká ledová složka přitom zůstala ve vesmíru, zatímco těžké minerální složky planeta pohltila. Následně byl led zachycen gravitací dalšího satelitu Saturnu a cyklus se opakoval. Když Saturn zachytil poslední ze svých původních satelitů, z nichž se stala obří ledová koule s pevným minerálním jádrem, vytvořil se kolem planety „mrak“ ledu, jehož fragmenty měly průměr od 1 do 50 kilometrů a tvořily primární prstenec planety. Saturn. Hmotnostně překonala moderní soustavu prstenců 1000krát, ale během následujících 4,5 miliardy let vedly srážky ledových bloků, které ji vytvořily, k drcení ledu do velikosti krup. Zároveň byla většina hmoty planetou absorbována a také ztracena během interakce s asteroidy a kometami, z nichž mnohé byly také zničeny gravitací Saturnu [27] .

Podle jiné teorie, podle výpočtů skupiny japonských a francouzských vědců, byly prstence vytvořeny během ničení velkých nebeských těles z Kuiperova pásu , k němuž často docházelo během pozdního těžkého bombardování před 4 miliardami let. [28] .

Vlastnosti a struktura

Rovina oběhu soustavy prstenců se shoduje s rovinou Saturnova rovníku [29] , to znamená, že je vůči rovině oběžné dráhy kolem Slunce skloněna o 26,7°. Prstence jsou keplerovským diskem, to znamená, že jejich částice provádějí diferenciální rotaci , a proto do sebe neustále narážejí. Tyto srážky se stávají zdrojem tepelné energie a jsou příčinou štěpení na tenčí prstence. Kromě tohoto faktoru způsobuje asymetrie gravitace Saturnu, jeho magnetické pole a interakce s jeho satelity také kolísání drah částic tvořících prstence, jejich odchylky od kruhového tvaru a precese [30] .

Prstence se skládají z vodního ledu s příměsí silikátového prachu [31] a organických sloučenin. Podíl a složení nečistot určují rozdíly v barvě a jasu prstenců [32] . Velikost částic materiálu v nich je od centimetrů do desítek metrů; většinu hmoty tvoří částice o velikosti řádově metr [30] . V některých částech prstenců jsou jemné částice složeny ze sněhu [31] . Tloušťka prstenců je v porovnání s jejich šířkou extrémně malá (většinou od 5 do 30 m), přičemž samotná látka zaujímá jen asi 3 % objemu (vše ostatní je prázdný prostor) [30] . Celková hmotnost úlomkového materiálu v soustavě prstenců se odhaduje na 3×10 19 kilogramů [30] [25] .

Hlavní prvky struktury prstenců Saturnu
název Vzdálenost do centra Saturnu, km Šířka, km Tloušťka, m Zvláštnosti
D prsten 67 000–74 500 [33] 7500 [25] Nemá ostrou vnitřní hranici, plynule přechází do horních vrstev atmosféry Saturnu [31] ; obsahuje malé krystalky vody a metanového ledu [34] .
Prsten C 74 500–92 000 [33] [31] 17 500 [25] 5 [33] Nazývá se také vnitřní, skládá se z částic o velikosti až 2 m [31] , obsahuje asi 1/3000 celé hmoty fragmentačního materiálu prstenců [25] .
Colombova mezera 77 800 asi 150 [25] Uvnitř obsahuje malý prstenec, který je v orbitální rezonanci s Titanem [25] .
Maxwellova štěrbina 87 490 [33] 270
vazební mezera 88 690—88 720 třicet
Davesova mezera 90 200–90 220 dvacet
Prsten B 92 000–117 580 [33] 25 500 [25] 5–10 [33] Nejjasnější ze všech prstenů [31] ; obsahuje v sobě satelit S/2009 S 1 ; charakteristické znaky: vertikální útvary na vnějším okraji s výškou více než 2,5 kilometru [25] , jakož i poruchy způsobené interakcí s družicí Mimas [30] [32] ; radiální detaily (tzv. „spokes“, angl.  paprsky ), jejichž povaha není dosud přesně jasná [35] .
divize Cassini 117 580–122 170 [33] ~4500 [25] 20 [33] Obsahuje v sobě materiál, který se barvou a optickou tloušťkou podobá materiálu prstence C (částice o průměrné velikosti 8 m [31] ), stejně jako „skutečné“ štěrbiny [25] ; je v orbitální rezonanci 2:1 s Mimasem [30] .
Huygensova mezera 117 680 300 [25]
Herschelova mezera 118 183—118 285 102
Russellova štěrbina 118 597—118 630 33
Jeffreyova mezera 118 931—118 969 38
Kuiperova mezera 119 403—119 406 3
Laplaceova štěrbina 119 848—120 086 238
Besselova mezera 120 236—120 246 deset
Barnardova štěrbina 120 305—120 318 13
Prsten A 122 170–136 775 [33] [31] 14 600 [25] 10-30 [33] [25] Říká se mu také externí, skládá se z částic o velikosti až 10 m [31] , je považován za jeden z nejmladších, obsahuje satelity Pan , Daphnis , Atlas a velké mezery [25] ; dochází k poruchám na vnitřní hranici způsobené interakcí s družicí Janus [30] .
Encke Gap 133 590 [33] 325 [25] [32] Shoduje se s oběžnou dráhou Panova satelitu [32] .
Keelerova štěrbina 136 530 [33] 32–47 [34]
divize Roche 136 800—139 380 2580
E/2004 S1 137 630 [32] 300 [36]
E/2004 S2 138 900 [32] 300 [36]
F kroužek ~140 130–140 180 [29] [33] 30–500 [25] Gravitačně jej drží „pastýřské“ měsíce Prometheus a Pandora [25] [34] ; oběžná dráha je mírně prodloužena: e = 0,0026 [33]
Janův prsten - Epimetheus (R/2006 S 1) ~151 500 [37] 5000 [23] [37] Skládá se z částic vyražených z povrchu měsíců Janus a Epimetheus srážkami s různými tělesy [23]
G kroužek 166 000–175 000 [25] ~9000 [25] Poblíž vnějšího okraje je satelit Egeon , který kolem sebe shromáždil malý hustý oblouk vyrobený z prstencového materiálu, přesahující 1/6 kruhu [25] .
Ring of Pallena (R/2006 S 2) ~212 000 [37] 2500 [23] [37] Skládá se z částic vyražených z povrchu Pallenina měsíce srážkami s různými tělesy [23] .
E kroužek 181 000–483 000 [33] 300 000 Hlavním zdrojem materiálu jsou gejzíry Enceladus [25]
Prsten Phoebe ~ 6 000 000–16 300 000 [ 24 ] [25] ~ 6 000 000 [24] [25] Skládá se převážně z malých částic do průměru 10 cm, zdrojem materiálu je prach odfouknutý z Phoebe , proto je stejně jako jeho dráha skloněna o 27° vůči ostatním prstencům [24] [25] .

Pozorování prstenců ze Země

Vzhledem k tomu, že rovina prstenců se shoduje s rovinou Saturnova rovníku a ta je naopak silně nakloněna k rovině oběžné dráhy Saturnu - téměř o 27 stupňů, pohled na prstence ze Země silně závisí na poloze Saturnu. na oběžné dráze kolem Slunce [38] a v mnohem menší míře - z polohy Země na její dráze (vzhledem k tomu, že dráha Saturnu je skloněna k rovině ekliptiky o 2,5 stupně). Rok na Saturnu trvá 29,5 pozemského roku, během tohoto období:

V každém dalším roce na Saturnu se pro pozemské pozorovatele stane totéž s jeho prstenci. Pro rok 2022 byla poslední maximální zveřejnění v letech 1988, 2002 a 2016; zmizení byla v roce 1995 [38] a 2009. Každých 14 let se otevírání prstenců zvětšuje, je vidět severní pól Saturnu a strana jeho prstenců přivrácená k němu [39] .

V kultuře

Poznámky

  1. ↑ 1 2 3 Perelman Ya. I. Astronomické anagramy // Zábavná astronomie. - 7. vyd. - M . : Státní nakladatelství technické a teoretické literatury, 1954. - S. 120-122.
  2. ↑ 427. Galileo a Giuliano De' Medici v Praze. Firenze, 13. listopadu 1610 // Le Opere di Galileo Galilei  (italsky) . - Firenze, 1900. - T. X. Carteggio. 1574-1610. - S. 474.
  3. ↑ Silkin, 1982 , str. 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 , str. 128.
  7. ↑ Encke. Über den Ring des Saturn  (německy)  // Mathematische Abhandlungen der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Aus dem Jahre 1838. - 1840. - S. 8-9 .
  8. ↑ Dawes WR Poznámky k pozorování nejasné části Saturnova prstence, které provedl Dr. Galle v Berlíně v roce 1838  // Měsíční zprávy Královské astronomické společnosti  . — Oxford University Press . — Sv. 11 . - S. 184-186 . - .
  9. ↑ Michele Dougherty, Larry Esposito, Stamatios Krimigis. Saturn z Cassini –  Huygens . - Springer Science & Business Media, 2009. - S. 376.
  10. ↑ 1 2 3 Silkin, 1982 , str. 132.
  11. ↑ Sophie Kowalewsky. Zusätze und Bemerkungen zu Laplaceova Untersuchung über die Gestalt der Saturnsringe  (německy)  // Astronomische Nachrichten. - Wiley-VCH , 1885. - Bd. 111 . - S. 37-48 . - .
  12. ↑ Silkin, 1982 , str. 134.
  13. ↑ Silkin, 1982 , str. 138-139.
  14. ↑ 1 2 Silkin, 1982 , str. 145.
  15. ↑ Silkin, 1982 , str. 142.
  16. ↑ Voyager 1 . // Web JPL/NASA. Získáno 15. března 2016. Archivováno z originálu 1. července 2016.
  17. ↑ Silkin, 1982 , str. 146.
  18. ↑ PDS: Informace o misi . // Web JPL/NASA. Získáno 15. března 2016. Archivováno z originálu 18. března 2016.
  19. ↑ Voyager 2: In Depth . Web NASA . Získáno 15. března 2016. Archivováno z originálu 20. dubna 2017.
  20. ↑ Michael Meltzer. Návštěva Cassini-Huygens na Saturnu : Historická mise na planetě s prstenci  . — Springer, 2015. — S. 205.
  21. ↑ Mise Cassini Solstice: O Saturnu a jeho měsících . Web JPL/NASA . Získáno 15. března 2016. Archivováno z originálu dne 24. března 2016.
  22. ↑ Samotný Palleneův malý měsíc byl objeven pouze o 2 roky dříve, také podle Cassini.
  23. ↑ 1 2 3 4 5 Měsíční prsteny  . NASA (11. října 2006). Staženo 11. června 2020. Archivováno z originálu dne 11. června 2020.
  24. ↑ 1 2 3 4 Alexander Ponomarev. Ukázalo se, že prstence Saturnu jsou ještě větší . Populární mechanika (17. června 2015). Získáno 5. října 2017. Archivováno z originálu dne 6. října 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 Vladimír Korolev . Prsteny šesté planety , N+1 (10. prosince 2016). Archivováno z originálu 24. července 2020. Staženo 10. května 2020.
  26. ↑ 1 2 Andrey Merkulov . Lords of Saturn , Rossijskaja Gazeta (10. listopadu 2015). Archivováno z originálu 13. dubna 2016. Staženo 9. května 2020.
  27. ↑ Saturnova teorie tvorby prstenců navrhla vysvětlit výsledek sondy Cassini . Gazeta.ru (13. prosince 2010). Datum přístupu: 11. ledna 2011. Archivováno z originálu 23. srpna 2011.
  28. ↑ Kristina Ulasovich . Vědci vysvětlují vzhled Saturnových prstenců , N + 1 (1. listopadu 2016). Archivováno z originálu 24. července 2020. Staženo 11. května 2020.
  29. ↑ 1 2 Surdin, 2018 , str. 206.
  30. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Freddie Wilkinson. Saturnovy  prstence . The Astrophysics Spectator (24. listopadu 2004). Staženo 20. května 2020. Archivováno z originálu dne 3. září 2020.
  31. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Surdin, 2018 , str. 208.
  32. ↑ 1 2 3 4 5 6 C. C. Porco. Cassini Imaging Science: Počáteční výsledky na Saturnových prstencích a malých satelitech   // Věda . - 2005. - 25. února ( sv. 307 , vyd. 5713 ). - S. 1226-1236 . — ISSN 1095-9203 0036-8075, 1095-9203 . - doi : 10.1126/science.1108056 .
  33. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Přehled o saturnských  prstencích . NASA. Archivováno z originálu 23. srpna 2011.
  34. ↑ 1 2 3 Surdin, 2018 , str. 209.
  35. ↑ D. Yu Cvetkov. Tajemné "paprsky" v prstencích Saturnu . Astronet (27. listopadu 2006). Staženo 11. června 2020. Archivováno z originálu dne 11. června 2020.
  36. ↑ 1 2 C. C. Porco et al. Cassini Imaging Science: Počáteční výsledky na Saturnových prstencích a malých  satelitech . Archivováno z originálu 21. srpna 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  (anglicky) . Ústřední úřad pro astronomické telegramy . Mezinárodní astronomická unie (11. října 2006). Získáno 15. června 2020. Archivováno z originálu dne 4. června 2020.
  38. ↑ 1 2 Tsesevich V.P. § 46. Saturn a jeho systém // Co a jak pozorovat na obloze. - 6. vyd. - M .: Nauka , 1984. - S. 158-162. — 304 s.
  39. ↑ Friedman A.  6 let v životě Saturnu  //  Astronet .

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  V bibliografických katalozích
 planetární prstence
planetární prstence
Hypotetický
Prstence trpasličích planethaumei
NeobjevenoPluto
Prstence satelitů a asteroidů
HypotetickýRhea
související témata
  • Kategorie " Prstencové systémy planet "
  • Portál "Astronomie"
 Saturn
Největší satelity Snímek Saturnu ve věrných barvách sestavený ze snímků Voyageru 2
Charakteristika
Studie
jinýSeznam asteroidů, které protínají dráhu Saturnu
  • Kategorie " Saturn "
  • Portál "Astronomie"
  • Wikimedia Commons: Saturn