Stručná historie Saturnových úžasných prstenů

Když Cassini získal tento obraz, byla planeta Saturn mezi sluncem a kosmickou lodí Cassini - chránila loď před oslnivým oslněním slunce. Cassini obíhal Saturn od roku 2004 do roku 2017.

Vahe Peroomian, univerzita v jižní Kalifornii - Dornsife College of Letters, Arts and Sciences

Mnoho snů o tom, co by udělali, kdyby měli stroj času. Někteří cestovali o 100 milionů let zpět v čase, když dinosauři putovali po Zemi. Jen málo z nich by si však vzalo s sebou dalekohled, a pokud by tak učinil, sledujte Saturn a jeho prsteny.

To, zda náš astronom s časem cestující bude schopen pozorovat Saturnovy prsteny, je sporné. Existovaly kruhy v nějaké formě nebo formě od začátku sluneční soustavy, před 4, 6 miliardami let, nebo jsou novějším dodatkem? Vznikly prsteny dokonce i tehdy, když asteroid Chicxulub vyhladil dinosaury?

Jsem kosmický vědec s vášní pro výuku fyziky a astronomie a Saturnovy prsteny mě vždy fascinovaly, když vyprávěly příběh o tom, jak se oči lidstva otevřely zázrakům naší sluneční soustavy a vesmíru.

Náš pohled na Saturn se vyvíjí

Když Galileo poprvé pozoroval Saturna jeho dalekohledem v roce 1610, stále se vyhýbal slávou objevení čtyř měsíců Jupitera. Saturn ho však zmátl. Hleděl na planetu jeho dalekohledem, nejprve se na něj díval jako na planetu se dvěma velmi velkými měsíci, pak na osamělou planetu, a pak znovu přes svůj novější dalekohled, v roce 1616, jako planetu se zbraněmi nebo držadly.

O čtyři desetiletí později Giovanni Cassini nejprve navrhl, že Saturn je prstencová planeta a co Galileo viděl, byly různé pohledy na Saturnovy prsteny. Kvůli 27 stupňům sklonu Saturnovy rotační osy vzhledem k rovině její oběžné dráhy se zdá, že prstence se naklánějí směrem k Zemi a od ní s 29letým cyklem Saturnovy revoluce kolem Slunce, což dává lidstvu neustále se měnící pohled prstenů.

Ale z čeho byly prsteny vyrobeny? Byli to pevné disky, jak někteří navrhli? Nebo byly vyrobeny z menších částic? Jak se v prstencích objevila více struktury, jak bylo zjištěno více mezer, a jak byl pozorován pohyb prstenců kolem Saturnu, astronomové si uvědomili, že prsteny nebyly pevné, a možná byly vytvořeny z velkého počtu měsíčníků nebo malých měsíce. Současně, odhady pro tloušťku prstenů šly z 300 kilometrů Sira Williama Herschela v roce 1789, k mnohem přesnějšímu odhadu Audouina Dollfuse v roce 1966 na méně než dvě míle.

Pochopení astronomů o prstenech se dramaticky změnilo díky misím Pioneer 11 a dvojitým misím Voyageru na Saturn. Voyagerova nyní slavná fotografie prstenů podsvícená Sluncem poprvé ukázala, že to, co vypadalo jako obrovské prstence A, B a C, ve skutečnosti obsahovalo miliony menších prstenců.

Obraz Voyager 2 ve falešných barvách prstenů B a C Saturn zobrazující mnoho prstenců. Obrázek přes NASA.

Mise Cassini do Saturn, která strávila více než deset let obíhající prstencový obra, poskytla planetárním vědcům ještě působivější a překvapivější názory. Velkolepý prstencový systém Saturn je tlustý mezi 10 metry (33 stop) a jeden kilometr (0, 6 mil). Kombinovaná hmotnost částic, které jsou ledem 99, 8 procenta a většina z nich má velikost menší než jeden metr (asi jeden yard), je asi 16 kvadrilionů tun, méně než 0, 02 procenta hmotnosti Země Země a méně než polovina hmotnosti saturnova měsíce Mimas. To vedlo některé vědce ke spekulacím, zda jsou prsteny výsledkem rozpadu jednoho ze Saturnových měsíců nebo zachycením a rozpadem zatoulané komety.

Dynamické prsteny

Ve čtyřech stoletích od vynálezu dalekohledu byly objeveny prsteny také kolem Jupiteru, Uranu a Neptunu, obřích planet naší sluneční soustavy. Důvod, proč jsou obří planety ozdobeny prsteny a Zemí a ostatními skalními planetami, nebyl poprvé navržen francouzským astronomem Eduardem Roche v roce 1849.

Měsíc a jeho planeta jsou vždy v gravitačním tanci. Měsíc Země tahem na opačných stranách Země způsobuje přílivy oceánu. Přílivové síly také ovlivňují planetární měsíce. Pokud se Měsíc pustí příliš blízko planety, mohou tyto síly překonat gravitační „lepidlo“, které drží Měsíc pohromadě a roztrhne jej od sebe. To způsobí, že se měsíc rozpadne a rozšíří po své původní oběžné dráze a vytvoří prsten.

Rocheův limit, minimální bezpečná vzdálenost na oběžné dráze měsíce, je přibližně 2, 5krát větší než poloměr planety od středu planety. Pro obrovský Saturn je to vzdálenost 87 000 km nad jeho vrcholky mračna a odpovídá umístění vnějšího prstence F Saturnu. U Země je tato vzdálenost menší než 6 200 mil (10 000 km) nad její hladinou. Asteroid nebo kometa by se musela odvážit velmi blízko k Zemi, aby byla roztržena přílivovými silami a vytvořila prstenec kolem Země. Náš vlastní měsíc je velmi bezpečný ve vzdálenosti 236 000 mil (380 000 km).

Artistův koncept kosmické lodi Cassini NASA se chystá udělat jeden ze svých ponorů mezi Saturnem a jeho nejvnitřnějšími kruhy v rámci velkého finále mise. Obrázek přes NASA / JPL-Caltech.

Tenkost planetárních prstenů je způsobena jejich neustále se měnící povahou. Prstencová částice, jejíž oběžná dráha je nakloněna vzhledem ke zbytku prstence, se nakonec srazí s jinými částicemi prstence. Přitom ztratí energii a usadí se v rovině prstence. Během miliónů let všechny tyto rozpadlé částice buď spadnou nebo se dostanou do řady, takže dnes zůstávají jen velmi tenké prstencové systémy.

Během posledního roku své mise se kosmická loď Cassini opakovaně potápěla mezerou mezi 7000 km mezi mraky Saturn a jeho vnitřními kroužky. Tato bezprecedentní pozorování jasně ukázala jednu skutečnost: prsteny se neustále mění. Jednotlivé částice v prstencích jsou navzájem neustále vrhány. Prstencové částice neustále prší na Saturn.

Pastýřské měsíce Pan, Daphnis, Atlas, Pandora a Prometheus, měřící mezi 8 a 130 km napříč, doslova pastýřské prstencové částice, které je udržovaly na svých současných oběžné dráze. Vlny hustoty, způsobené pohybem pastýřských měsíců v prstencích, kroužily a přetvářely prstence. Z měsíčních částic, které se spojí dohromady, se tvoří malé měsíčníky. To vše znamená, že prsteny jsou pomíjivé. Každou sekundu až 40 tun ledu z prstenů prší na Saturnovu atmosféru. To znamená, že prsteny mohou trvat jen několik desítek až stovek milionů let.

Mohl astronom, který cestoval časem, vidět prsteny před 100 miliony let? Jedním z ukazatelů stáří prstenců je jejich prašnost. Předměty vystavené prachu pronikajícímu do naší sluneční soustavy po dlouhou dobu rostou a jsou tmavší.

Saturnovy prsteny jsou extrémně jasné a bezprašné, zdá se, že naznačují, že se vytvořily kdekoli před 10 až 100 miliony let, pokud astronomové chápou, jak ledové částice shromažďují prach, je správné. Jedna věc je jistá. Prsteny, které by viděl náš časem cestující astronaut, by vypadaly velmi odlišně od způsobu, jakým dnes dělají.

Vahe Peroomian, docentka fyziky a astronomie, University of Southern California - Dornsife College of Letter, Arts and Sciences

Tento článek je znovu publikován z konverzace na základě licence Creative Commons. Přečtěte si původní článek.

Sečteno a podtrženo: Jak a kdy byly vyrobeny Saturnovy prsteny, z čeho a zda vydrží.