Кільця навколо планет

Сатурн

Серед загального ентузіазму, що охопив вчених початку XVII століття у зв’язку з приголомшливими відкриттями Галілея, одне з них пройшло майже непоміченим. У 1610 році Кеплер отримав від свого великого італійського колеги анаграму, яка свідчила: «Найбільшу віддалену планету потрійною спостерігаю …». Наприкінці 1610 року Галілей писав одному зі своїх кореспондентів: «Я знайшов цілий двір у Юпітера і двох прислужників у Старого (Сатурна); вони його підтримують в ході і не відходять від його боків». І раптом ці супутники… зникли, у всякому разі, з поля зору телескопа. Здивований Галілей знову і знову дивився на небо, але не бачив їх. Тільки Гюйгенсу в Гаазі, через 45 років після перших спостережень Галілея, вдалося в якійсь мірі зрозуміти таємницю Сатурна. Зіставляючи свої і чужі спостереження, він прийшов до висновку, що «супутники», відкриті Галілеєм, були просто вушками тонкого, плоского кільця, майже суцільного, нахиленого до площини екліптики.

Тому видно воно з Землі може бути по-різному. Двічі за сатурніанський рік кільце може розташовуватися так, що його площина стає паралельно променю зору. З ребра кільце не видно, воно дуже тонке.

Кільце Сатурна є чудовим об’єктом для спостережень навіть в невеликі телескопи. Його повні розкриття або зникнення повторюються через 14-16 років. Відкриття цього надзвичайного явища не привернуло, однак, особливої уваги вчених. То був період великих революційних подій в астрономії. Факт відкриття дивного кільця навколо Сатурна потонув серед них.

Деякі астрономи XVIII і початку XIX століть допускали, що кільце може бути суцільним і твердим або складатися з ряду тонких суцільних кілець, твердих або рідких. Але вже до п’ятидесятих років XIX сторіччя для астрономів, які спостерігали кільце, стало ясно, що воно не могло бути твердим тілом, а повинно складатися з окремих частинок – пилинок або каменів, кожна з яких як незалежний супутник обертається навколо Сатурна.

У сімдесятих роках XIX століття найбільш повне дослідження будови і стійкості кільця було проведено знаменитою російською жінкою-математиком Софією Ковалевською. Її висновки незабаром блискуче підтвердилися спектроскопічними спостереженнями. Кільце, дійсно, виявилося складеним з безлічі незалежних супутників. Але звідки взялося це кільце в Сатурна?

Астрономи XIX століття і багато вчених нашого часу, вважаючи кільце стійким, оголошували його залишком первинного матеріалу (з якого утворилася планета), або результатом розпаду одного із супутників Сатурна, що увійшов в небезпечну зону поблизу планети, де могутні приливоутворюючі сили могли розірвати його на шматки. Цікаво згадати: у стародавніх греків був міф про те, що Сатурн пожирав своїх дітей.

З 50-х роках минулого сторіччя астрономічні обсерваторії, озброєні все більш досконалими телескопами, стали відзначати численні зміни у структурі кільця. Окремі його частини то ставали яскравими, то були ледве помітні. Тоді ж Отто Струве в Пулковській обсерваторії запідозрив поступове розширення кільця і наближення його внутрішнього краю до поверхні планети. Зіставивши точні вимірювання розмірів кілець, зроблені вченими протягом 200 років, він знайшов, що за два століття внутрішній край кільця наблизився до планети на 18 тисяч кілометрів. Сучасні спостереження нібито підтверджують розширення кільця, хоча цифри виходять дещо іншими.

Сатурн

Нові відомості про природу кілець Сатурна принесло використання могутніх засобів астрофізики. Ще наприкінці XIX століття А. А. Білопільський (Пулковська обсерваторія) зазначив, що розподіл яскравості в спектрі кільця не такий, як в спектрі самої планети. На чудових фотографіях, отриманих Г. А. Тиховим в 1909 році за допомогою гігантського 30-дюймового пулковського телескопа, ясно видно, що кільце значно «блакитніше» планети. У тридцятих роках це питання детально дослідив Г. А. Шайн на Сімеїзькій обсерваторії. Результати цих досліджень і ряд більш пізніх робіт привели астрономів до переконання, що в окремих частинах кільця, крім твердих частинок і тіл метеоритної природи, знаходяться лід і деяка кількість газу.

Але лід у вільному стані не може довго існувати навіть на такій величезній відстані від Сонця, на якій рухається Сатурн (9,5 астрономічних одиниць). Аж до 11 астрономічних одиниць, тобто до відстані в 1,7 мільярда кілометрів, сонячні промені повинні випаровувати льоди, викидаючи утворені в них газові частинки з сонячної системи. Такий процес ми спостерігаємо в кометах, в яких бурхливо випаровуються заморожені гази, що утворюють голову і хвіст комети.

Але якщо кільце весь час втрачає речовину, то воно повинно звідкись отримувати і поповнення. Ззовні системи Сатурна? Це неможливо! Поповнення речовини кільця і, отже, утворення самого кільця можна пояснити тільки викидами з системи Сатурна, могутніми процесами вивержень як на поверхні супутників Сатурна, так, можливо, і на самій планеті.

Висновок про потужну вулканічну активність в системі Сатурна цілком відповідає тому, що відзначали неодноразово спостерігачі на самій поверхні планети. Неодноразово там спостерігалася поява яскравих білих плям, що існували іноді протягом місяців. І пізніше я прийшов до думки про гігантськи викиди речовини з Сатурна на підставі зовсім інших міркувань. До цього висновку мене привело вивчення… комет.

Вчені визначили до сьогоднішнього дня орбіти 573 комет. 442 комети мають періоди обертання більше 1000 років, причому характер руху деяких з них говорить про те, що вони назавжди покидають сонячну систему. 75 комет рухаються по еліптичних орбітах невеликих розмірів з періодом обертання менше 15 років. Це так звані комети сімейства Юпітера. І решта 56 комет володіють періодами обертання від 15 до 1000 років. До них відносяться, зокрема, кометні сімейства Сатурна, Урана і Нептуна.

Переважання комет з дуже витягнутими параболічними орбітами призвело було до думки про те, що комети приходять з міжзоряних просторів, причому більшість з них тільки проходить через Сонячну систему. Цю гіпотезу висловив і математично розробив більше двох століть тому, французький вчений Лаплас.

Але вона не витримала подальших іспитів, які їй влаштували багато астрономів і математики. Якби комети були тілами міжзоряної природи, ми повинні були б спостерігати різко гіперболічні орбіти, а цього немає.

Якщо ви любите шахи, то зустрічалися, напевно, із завданнями на ретроградний аналіз. Сенс їх у тому, що по позиції на дошці треба відновити серію ходів, яка до неї привела. Схоже завдання було вирішено астрономами. Для багатьох комет, у яких був відзначений слабо-гіперболічний характер руху, були обчислені всі обертання з боку планет, щоб з’ясувати, якою була орбіта до потрапляння в область планетного впливу. У всіх випадках початкова орбіта виявлялася еліптичною, що говорить про приналежність комет до Сонячної системи.

Точні астрофізичні дослідження та застосування методів фотометрії та спектрального аналізу дозволили з’ясувати склад комет. Світлі голови і хвости комет складаються з надзвичайно розріджених газів (головним чином вуглеводнів, ціану, окису вуглецю, молекулярного азоту і т. п.), переважно у вигляді іонізованих атомів і молекул. Кометні гази, безсумнівно, є продуктами розпаду більш складних батьківських молекул під дією сонячної радіації. Ядра комет повинні складатися з твердих частинок. Останнім часом було доведено, що гази в кометах знаходяться в замороженому стані, у вигляді льоду, часто «забрудненого» включеннями дрібного пилу.

Був також встановлений виняткової важливості факт: комети швидко слабшають. Від появи до появи вони стають все менш яскравими і за 10-20 появ слабшають в десятки і сотні разів!

Стало ясно, що комети швидко виснажують запаси газоутворюючих матеріалів, з яких виникають туманні голови і хвости комет. Отже, комети зовсім недавно мали з’явитися в області планет. Астрономи визначили вік багатьох комет. Він виявився дуже невеликий: якихось кілька сотень, а іноді навіть десятків років. Але як же пояснити існування великого числа короткоперіодичних комет?

Лаплас вважав, що вони просто «полонені» великих планет, особливо Юпітера, що перехопили їх по дорозі і змусили змінити орбіти, які до цього були параболічними. Але багато особливостей руху комет говорили проти Лапласа. Навпаки, схоже, що комети зараз, у наш час, народжуються в сонячній системі і що вони мають певне відношення до системи Юпітера, так як всі періодичні комети тісно пов’язані з цією планетою. Спочатку було зроблено припущення про те, що вони викидаються, вивергаються безпосередньо з поверхні Юпітера та інших великих планет. Але потім виявилося, що ще краще відповідає спостереженням припущення про викид комет з поверхні супутників Юпітера.

Тим часом з’ясувалися й інші чудові особливості комет. За своїм складом кометні льоди виявилися надзвичайно близькими до газів планетних атмосфер і, зокрема, атмосфер, відкритих на супутниках Сатурна і Нептуна – Титані і Тритоні. Ряд даних говорив про те, що великі супутники Юпітера покриті шаром замерзлої атмосфери, тобто льодом.

Багато комет супроводжуються метеорними потоками. Ці два явища пов’язані, принаймні, загальним походженням. А дослідження метеоритів в лабораторіях, вивчення їх структури та хімічного складу призводить до висновку про те, що вони є уламками кори планетних тіл. Найбільший російський вулканолог і фахівець з метеоритів А. Н. Заваріцький знайшов, що більшість кам’яних метеоритів дуже близька за структурою до туфових порід вулканічних районів Землі. Ще раніше інший видатний мінеролог В. Н. Човнярів приходив до висновку про можливість утворення метеоритів і потоків метеорних тіл при гігантських земних виверженнях.

Час життя метеорних потоків теж виявляється не більше кількох сотень або тисяч років. Характер орбіт говорить про те, що метеорні частки належать сонячній системі і, безсумнівно, утворилися всередині неї. Значить, ті потоки метеорів, які ми зараз спостерігаємо, повинні мати зовсім недавнє походження.

Зв’язок метеорних потоків з кометами є подальшим підтвердженням вулканічного або вибухового походження малих тіл сонячної системи. Всяке виверження повинно супроводжуватися викидом величезних кількостей попелу і піску, які будуть утворювати метеорні потоки в сонячній системі.

Такі були підстави, які лягли в основу припущення про те, що кільце Сатурна має кометно-метеоритну природу. Але чому тільки в одному окремому випадку з Сатурном природа не поскупилася на кільце для планети? Це не так. Навколо Юпітера також повинні обертатися хмари, що складаються з комет і метеоритних тіл, тобто каменів і частинок попелу. Виверження на супутнику Юпітера має надати речовині швидкість в 5-7 кілометрів в секунду, щоб утворилася нова комета. Але значно більше каменів і частинок матимуть при цьому менші швидкості, Юпітер утримає їх своїм тяжінням і збере навколо себе у вигляді кільця.

Де ж воно? Адже у Юпітера ми не спостерігаємо такого яскравого і помітного утворення, яким є кільце Сатурна. Тут потрібно мати на увазі, що, навіть якщо б у Юпітера було таке ж масивне кільце, як сатурнове, ми не могли б бачити нічого схожого на те, що спостерігається у Сатурна. Справа полягає в тому, що площина екватора Сатурна нахилена до екліптики (так званої площини руху планети) на 28°, через що ми і можемо бачити кільце «розкритим», а у Юпітера нахил складає всього 3° і, отже, Юпітерове кільце ми завжди бачимо з ребра, (так само як це буває в періоди «зникнення» кільця Сатурна). Коли в результаті руху Сатурна і Землі ми опиняємося поблизу площини кільця, воно пропадає; вушка не видно, а на диску планети вздовж екватора виступає темна смуга – «тінь кільця».
Далі буде.

Автор: С. К. Всехсвятський.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *