Загадочный радиоисточник на Сатурне
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Космические аппараты «Вояджер» зарегистрировали необычное электромагнитное излучение Сатурна. Нетепловое радиоизлучение планеты искали давно, но обнаружить его наземными средствами удалось лишь сравнительно недавно. Напомним, что у Юпитера (и Земли) основные источники нетеплового излучения находятся в радиационных поясах. У Сатурна нет внутренних, наиболее мощных поясов радиации — заряженные частицы поглощаются кольцами. Пояса начинаются там, где кончаются кольца. Некоторые низкочастотные радиошумы, принятые «Вояджером», исходили из огромных плазменных торов, что окружают планету и связаны со спутниками Дионой и Мимасом.
Взаимодействие магнитосферы со спутниками и плазменным тором создает всплески радиоизлучения на частотах в несколько килогерц. Но особенно мощные импульсы электромагнитного излучения идут из колец планеты. Когда аппарат пересекал плоскость колец (за кольцом О), на него обрушился поток, который мог состоять из мелких электрически заряженных пылинок, двигавшихся с большой скоростью.
Электрические явления в кольцах могут определяться различными механизмами. Это — и электризация частиц трением, и фотоэффект, и, наконец, разделение зарядов благодаря разным скоростям движения электронов и ионов в плазме. Теория предсказывает, что заряды, которые могут накопиться в кольцах из-за электризации трением, очень значительны, особенно если в кольцах присутствуют частицы разного состава или если взаимодействуют отдельные тонкие кольца, имеющие неодинаковую природу. На детальных снимках тонкие кольца хорошо видны.
Импульсы электромагнитного излучения, приходящие из колец, возникают во время разрядов, подобных земным молниям. Однако вследствие крайней разреженности среды, где происходят разряды, они не сопровождаются заметной световой вспышкой. Другая их особенность — огромная мощность: в 10 000—100 000 раз выше, чем у земных молний. Такие разряды могут иметь большую линейную протяженность, но пока еще нельзя сказать, в какой именно части колец они возникают.
С электрическими явлениями в кольцах могут быть связаны также загадочные «спицы» — образования в виде зубцов, наблюдаемых на поверхности колец. О «спицах» заговорили после полета «Вояджера-1», но самые зоркие наблюдатели изображали характерные зубцы на рисунках колец почти 100 лет назад.
«Спицы» движутся со скоростью, определяемой периодом вращения магнитосферы Сатурна. (10 ч 39,4 мин), и более или менее сохраняют свою форму, отставая от вращения колец. Предполагается, что благодаря электростатическому взаимодействию электрических зарядов колец и мельчайших пылинок, которые составляют «спицы», последние как бы висят над поверхностью колец. Пока остается неясным, как образуются «спицы». Отмечены случаи, когда зубцы размером в 10 000 км появились за время от 15 до 60 минут.
Одно из интереснейших открытий «Вояджера-2» — таинственный радиоисточник на самой планете. Впервые он наблюдался еще в 1980 году, когда приемник низкочастотных волн «Вояджера-1» зарегистрировал импульсное радиоизлучение, которое приходило откуда-то из высоких широт северного полушария Сатурна. Точнее определить было нельзя, так как прибор был оснащен всенаправленной антенной. Удалось только наметить длинную полосу — в ее пределах и находился источник. Его сигнал был широкополосным, с максимальной мощностью у частоты 175 кГц (длинные волны). Излучение менялось во времени, но характер изменений поняли не сразу. Во время работы «Вояджера-2» была выделена другая полоса, внутри которой располагался источник. Пер¬сечение двух полос показало, что источник находится вблизи широты 80°.
Характеристики источника немало озадачили исследователей. Оказалось, что он излучает сравнительно короткий мощный импульс, повторяющийся каждые 10 ч 39,4 мин, то есть один раз в сатурнианские сутки. Такую особенность излучения можно было объяснить, если бы магнитное поле Сатурна имело сложный характер, как у Юпитера. Но поле Сатурна — дипольное. С чем же связан этот источник? Экспериментаторы отметили странное совпадение: вблизи источника спектрометр «Вояджера-2» зарегистрировал полярное сияние в виде кольца.
Но самое удивительное свойство радиоисточника обнаружилось, когда сопоставили время появления импульса с положением подсолнечного меридиана. Источник оказался своеобразными «часами с кукушкой»: излучение возникает именно в тот момент, когда источник пересекает полуденный меридиан. Настоящая служба времени: проверьте ваши часы, 12 часов по сатурнианскому времени! Разгадки этого странного явления пока нет. Интересно, что не менее загадочные радиоисточники, но не длинноволнового, а декаметрового диапазона известны в экваториальной зоне Юпитера.
Автор: Л. В. Ксанфомалити.