pol_ektof (pol_ektof) wrote,
pol_ektof
pol_ektof

ЗАГАДКА КОЛЕЦ САТУРНА ч.1




ЗАГАДКА КОЛЕЦ САТУРНА ч.1

Доктор физико-математических наук В. ЧЁРНЫЙ.




Одним из самых удивительных феноменов Солнечной системы, несомненно, следует считать кольца Сатурна. Сразу после того как они были открыты, у астрономов возник первый вопрос: почему они плоские и тонкие? Ответ на него искали почти двести пятьдесят лет и, наконец, нашли, однако к тому времени накопились десятки новых вопросов, которые лишь продолжали множиться по мере изучения планеты и околосолнечного пространства…

Примерные диаметры колец Сатурна.
Примерные диаметры колец Сатурна.
Сатурн вместе с двумя из 22-х своих спутников.
Сатурн вместе с двумя из 22-х своих спутников.
Рис. 1. Динамика формирования планетных колец в гравитационном и магнитном полях планеты.
Рис. 1. Динамика формирования планетных колец в гравитационном и магнитном полях планеты.
Рис. 2. Зависимость температуры протопланетного диска Т,К от расстояния от Солнца R.
Рис. 2. Зависимость температуры протопланетного диска Т,К от расстояния от Солнца R.
Рис. 3. Строение магнитного поля вблизи кольца F. Вещество кольца локализовано в границах от 0 до 60 км. Магнитное поле в этих пределах искажено. Точно так же ведут себя магнитные силовые линии сверхпроводящего диска (на вставке).
Рис. 3. Строение магнитного поля вблизи кольца F. Вещество кольца локализовано в границах от 0 до 60 км. Магнитное поле в этих пределах искажено. Точно так же ведут себя магнитные силовые линии сверхпроводящего диска (на вставке).
Рис. 4. Ориентация призмы сверхпроводящего льда перпендикулярно силовым линиям полоидальной Hр и тороидальной Нt составляющих магнитного поля Сатурна.
Рис. 4. Ориентация призмы сверхпроводящего льда перпендикулярно силовым линиям полоидальной Hр и тороидальной Нt составляющих магнитного поля Сатурна.

ВОПРОСЫ, ВОПРОСЫ…

Честь считаться первооткрывателями колец история астрономии делит между Галилео Галилеем и Христианом Гюйгенсом, хотя первый в 1610 году сумел уловить с помощью своего далекого от совершенства оптического прибора лишь некую аномалию в изображении планеты, которую счел спутником Сатурна, тогда как спустя 46 лет, в 1656 году, Гюйгенс впервые действительно четко разглядел кольцо. Еще через 19 лет, в 1675 году, Джованни Кассини установил, что кольцо не сплошное. Телескоп позволил ему увидеть две части - А и В, разделенные пустым пространством, названным в честь первооткрывателя "делением Кассини".



Подробнее см.: https://www.nkj.ru/archive/articles/710/ (Наука и жизнь, ЗАГАДКА КОЛЕЦ САТУРНА)

Столетия исследований наполняли досье далекой планеты новой информацией, не только не разъяснявшей природу колец и причину их образования, но и ставившей перед астрономами все больше и больше загадок.

Долгое время после открытия Кассини астрономы считали, что колец у Сатурна всего два, они тонкие и твердые. В 1787 году Лаплас на основе расчетов предположил, что колец должно быть много - тысячи или даже миллионы, иначе гравитационное поле их разрушит. Впрочем, он тоже полагал, что кольца сплошные, похожие на гигантские гимнастические обручи. В 1848 году французский астроном Э. Рош рассчитал минимальное расстояние, на котором спутники могут существовать, не разрушаясь под воздействием гравитационного поля планеты. Это расстояние - названное по имени исследователя "пределом Роша" - составляет 2,44 радиуса планеты. Никакие спутники и луны, твердые или жидкие, не могут циркулировать над поверхностью небесного тела ближе этого расстояния. Но внешний радиус колец Сатурна равен 2,3 R, то есть находится внутри критического предела. Отсюда Рош сделал вывод, что кольца не могут быть: а) сплошными и б) жидкими. Остается единственно возможный вариант: они должны состоять из достаточно мелких твердых частиц. А в 1859 году гениальный английский физик, основатель электромагнетизма Джеймс Клерк Максвелл поставил некую предварительную точку, математически доказав, что спортивным снарядам в космосе не место и кольца Сатурна действительно представляют собой скопления твердых частичек.

Д. Килер и У. Кемпбелл, измеряя в 1895 году доплеровские сдвиги, нашли, что частички, из которых состоят кольца, движутся по кеплеровским орбитам и что скорость их движения по внутренним орбитам выше, чем по внешним, что совпадает с выводами и Кеплера и Максвелла. То есть в поведении частиц нет отклонений от привычного понимания физической природы орбитального движения.

В 1952 году исследование спектральных характеристик колец позволило сделать вывод, что они содержат большое количество замерзшей воды. Это был очень важный момент, поскольку наконец-то была определена природа материальной составляющей. Несколько позже установили, что кроме льда кольца содержат водород, аммиак, метан, серные соединения и ферросиликаты. Огромную информацию о кольцах собрали американские космические зонды "Пионер" (1979 г.), "Вояджер-1" (1980 г.) и "Вояджер-2" (1981 г.), пролетевшие мимо планеты. А в 1997 году стартовал самый дорогой научный эксперимент в истории человечества - миссия "Кассини-Гюйгенс", которая готовилась в течение 10 лет и стоила 3,3 млрд долларов; результаты ее будут анализироваться, исследоваться и осмысляться достаточно долгое время. Одна из задач миссии - установить природу колец Сатурна, до сих пор являющуюся загадкой (об экспедиции "Кассини - Гюйгенс" см. "Наука и жизнь № 3,2005г.).

Тем не менее следует признать, что, кроме огромной базы данных о свойствах колец, на сегодняшний день не существует полноценной физической модели этого объекта. С точки зрения классических теорий, учитывающих гравитационные и центробежные силы, поведение солнечного ветра и плазменные эффекты, невозможно ответить на множество вопросов: как кольца образовались, как они были сжаты в диск и как этот диск был разбит на сотни отдельных колец; почему частички колец, не перемешиваются, почему микроволны круговой поляризации отражаются от колец, как от магнитного зеркала; почему магнитное поле выталкивается из кольца А; почему образуются "спицы" в кольце В; почему кольца существуют у планет после пояса астероидов и почему их нет у планет земной группы; чем объяснить сильное отражение радиоволн и низкую яркость колец Сатурна, дискретное неполяризованное электромагнитное излучение в диапазоне от 20,4 килогерца до 40,2 мегагерца, существование около колец атмосферы неизвестного происхождения, наличие в кольцах так называемых "волн плотности", и на многие другие.

Различные попытки объяснить загадочные явления на протяжении 400 лет предпринимались постоянно. Например, высокую отражательную способность кольца в микроволновом диапазоне, обнаруженную межпланетной станцией "Пионер" и подтвержденную исследованиями "Вояджеров", объясняли наличием большого количества металлических включений в веществе колец. Поскольку отражение носит диффузный характер, то измерения проводились на круговой поляризации. Оказалось, что волна отражается не как от металла, а как от магнитного зеркала - поверхности, обладающей абсолютной отражающей способностью. И, следовательно, предложенное объяснение несостоятельно. Предлагались и достаточно сложные математические теории, рассматривающие кольца во взаимодействии с солнечным ветром и как образования из пылевой плазмы. Но пылевая плазма не является устойчивым стабильным образованием.

Но самым важным недостатком, на наш взгляд, является то, что существующие теории колец очень разнородны и для объяснения различных эффектов, наблюдаемых в кольцах, требуют привлечения различных физических подходов, не объединенных единой физической природой их возникновения. Кроме того, подобные теории никак не разъясняют множество других вопросов.

Попытаемся по мере возможности все же ответить на них.

Tags: Сатурн, космос
Subscribe

Posts from This Journal “Сатурн” Tag

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments