У Сатурна пропали кольца. Почему?

Из чего состоят кольца Сатурна?

Кольца Сатурна — это огромные плоские образования, вращающиеся по орбите вокруг планеты. При взгляде в слабый телескоп может показаться, что газовый гигант окружен одним большим кольцом, но на самом деле их много. Из них три кольца — A, B и C — можно назвать классическими, поскольку они были открыты столетия назад с помощью примитивных телескопов, а остальные заметны куда хуже: их можно наблюдать лишь в мощную технику или в непосредственной близости от планеты.

Каждое кольцо состоит из бесчисленного множества мелких объектов, в основном диаметром меньше 10 метров — как минимум, это касается основных, наиболее видимых колец. Эти объекты ничем между собой не скреплены и вращаются по орбите планеты независимо друг от друга. На 99,9% кольца Сатурна состоят из водяного льда, что объясняет их чрезвычайно высокую яркость.

Ширина классических колец варьируется от 15 до 25 тысяч километров. При этом их толщина не превышает 30 метров, а кольцо C и вовсе имеет 5 метров в глубину — поэтому плоская структура колец это не обман зрения, а астрономический факт. Связано это с тем, что составляющие кольца частицы вращаются по орбите строго вдоль экватора. Несмотря на малую толщину, в кольце B присутствуют вертикальные структуры, выступающие из него примерно на 2,5 километра и отбрасывающие тени. Ученые считают, что это — невидимые в телескопы микролуны, входящие в состав кольца.

Как появились кольца Сатурна?

На этот вопрос у астрономов нет однозначного ответа. С момента открытия планеты в XVII веке ученые выдвинули две теории. Согласно одной, кольца сформировались из того же протопланетного материала, что и сам Сатурн, — обычно такие кольца «слипаются» в спутники, но по ряду причин на низких орбитах планеты этого не произошло.

Эта теория считается в наши дни практически отвергнутой, и доминирует другая: она гласит, что кольца Сатурна появились позднее в ходе разрушения одной из его лун.

Астрономы спорят, как именно это произошло. Согласно одной из наиболее популярных гипотез, когда-то у Сатурна существовал еще один сравнительно крупный ледяной спутник, который условно называется Хризалис. В какой-то момент из-за гравитационного влияния Нептуна его орбита дестабилизировалась и начала постепенно приближаться к Сатурну. Когда он пересек невидимую линию, которую ученые называют пределом Роша, приливные силы планеты разорвали ледяной и непрочный спутник, в результате чего 99% его материала упали на Сатурн, а оставшийся 1% превратился в кольца.

Луна также могла разрушиться из-за столкновения с крупным астероидом или кометой. Чтобы расколоть спутник, такой объект должен был быть действительно большим — такие в основном падали на планеты очень давно, около 4 млрд лет назад во время поздней тяжелой бомбардировки.

Согласия среди ученых нет и в том, сколько существуют кольца. Облик планет кажется людям стабильным и неизменным, но в случае Сатурна есть серьезные основания полагать, что это не так. Кольца нестабильны: с них на Сатурн непрерывно падает дождь со скоростью 432–2870 килограмма в секунду. Из этого следует, что через 290 млн лет кольца исчезнут, а астрономы все больше склоняются к тому, что и появились они недавно, всего 100 млн лет назад. Для сравнения, возраст Земли составляет 4,5 млрд лет, жизнь существует на ней около 4 млрд лет, 600 млн лет назад в океане существовали растения и животные, а 240–66 млн лет назад — это эра динозавров.

Такая оценка возраста колец связана во многом с их низкой массой. Аппарат NASA «Кассини» много лет находился в системе Сатурна и позволил выяснить, что все кольца имеют совокупную массу в 0,41 Мимаса, маленького спутника диаметром 400 км. Это меньше, чем предполагали ученые, и, согласно расчетам, свидетельствует, что разрушение луны и образование колец произошло примерно 10–100 млн лет назад. Другой аргумент в пользу молодости колец — характерная для чистого льда яркость, в то время как за многие миллиарды лет поверхность должна была бы покрыться пылью от микрометеоритов. Впрочем, некоторые ученые с этим несогласны: есть компьютерные модели, которые предсказывают, что микрометеориты при столкновении должны полностью испаряться и не оставлять грязи на поверхности.

Все вышесказанное касается в основном колец A, B и С. Например, кольцо E имеет совершенно другую природу и состоит из микроскопической ледяной пыли, выброшенной в космос криовулканами Энцелада, который вращается внутри кольца.

Почему кольца исчезли сейчас?

Исчезновение колец Сатурна стало одним из самых загадочных астрономических явлений XVII века. Открывший их в 1610 году Галилео Галилей был горд своей находкой: планета, которая не одинока, а будто бы состоит из нескольких частей. Однако когда в 1612 году эти части исчезли, астроном растерялся: «Я не знаю, что сказать в случае столь удивительном, столь неожиданном и столь новом. Неужели Сатурн поглотил своих детей?» Потом, когда в 1613 году кольца вновь появились, Галилей окончательно перестал видеть в происходящем смысл.

Лишь в середине XVII века, когда ученые поняли, что кольца можно представить как плоскую ленту, опоясывающую планету на ребре, они поняли, в чем дело.

Как уже было отмечено, кольца Сатурна вращаются строго параллельно его экватору. Если бы его экватор совпадал с плоскостью вращения солнечной системы и Земли, кольца бы всегда находились практически ребром к земному наблюдателю. Увидеть в таком положении объект толщиной 30 метров практически невозможно.

Однако, как и у Земли, ось вращения Сатурна наклонена относительно эклиптики Солнечной системы. Поэтому по мере движения вокруг Солнца он поворачивается к звезде и к Земле то северным полюсом, то южным. Это приводит к смене сезонов и в то же время позволяет увидеть кольца. Сатурнианской «весной» и «осенью» они направлены к Земле ребром, но в промежутках между ними поворачиваются то верхней (северной) стороной, то нижней (южной).

Подобные явления наблюдаются сериями раз в 13–16 лет, но далеко не всегда видны — в моменты, когда Сатурн и Солнце находятся на небосклоне рядом, наблюдать за ним можно только с помощью профессиональной техники. А для любительских телескопов окно для наблюдения открывается сравнительно редко и в последний раз наступало в 1996 году.

В 2025 году кольца исчезали дважды: 23 марта и сегодня, 26 ноября. Сейчас увидеть исчезновение колец можно и в хороший любительский телескоп. Правда, для этого должно повезти с погодой, а наблюдения лучше всего вести за городом, вдали от источников света.