Загадкове радіоджерело на Сатурні
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Космічні апарати «Вояджер» зареєстрували незвичайне електромагнітне випромінювання Сатурна. Нетеплове радіовипромінювання планети шукали давно, але виявити його наземними засобами вдалося лише порівняно недавно. Нагадаємо, що у Юпітера (і Землі) основні джерела нетеплового випромінювання знаходяться у радіаційних поясах. Сатурн не має внутрішніх, найбільш потужних поясів радіації — заряджені частинки поглинаються кільцями. Пояси починаються там, де закінчуються кільця. Деякі низькочастотні радіошуми, прийняті «Вояджером», виходили з величезних плазмових торів, що оточують планету і пов’язані із супутниками Діоною та Мімасом.
Взаємодія магнітосфери із супутниками та плазмовим тором створює сплески радіовипромінювання на частотах у кілька кілогерців. Але особливо потужні імпульси електромагнітного випромінювання йдуть із кілець планети. Коли апарат перетинав площину кілець (за кільцем О), на нього обрушився потік, який міг складатися з дрібних електрично заряджених порошинок, що рухалися з великою швидкістю.
Електричні явища у кільцях можуть визначатися різними механізмами. Це і електризація частинок тертям, і фотоефект, і, нарешті, поділ зарядів завдяки різним швидкостям руху електронів та іонів у плазмі. Теорія передбачає, що заряди, які можуть накопичитися в кільцях через електризацію тертям, дуже значні, особливо якщо в кільцях присутні частки різного складу або якщо взаємодіють окремі тонкі кільця, що мають неоднакову природу. На детальних знімках тонкі кільця добре видно.
Імпульси електромагнітного випромінювання, що надходять з кілець, виникають під час розрядів, подібних до земних блискавок. Однак внаслідок крайньої розрідженості середовища, де відбуваються розряди, вони не супроводжуються помітним світловим спалахом. Інша їхня особливість — величезна потужність: у 10 000—100 000 разів вища, ніж у блискавок земних. Такі розряди можуть мати велику лінійну протяжність, але поки що не можна сказати, в якій частині кілець вони виникають.
З електричними явищами в кільцях можуть бути пов’язані також загадкові «спиці» – утворення у вигляді зубців, що спостерігаються на поверхні кілець. Про «спиці» заговорили після польоту «Вояджера-1», але найпильніші спостерігачі зображали характерні зубці на малюнках кілець майже 100 років тому.
«Спіці» рухаються зі швидкістю, що визначається періодом обертання магнітосфери Сатурна. (10 год 39,4 хв), і більш менш зберігають свою форму, відстаючи від обертання кілець. Передбачається, що завдяки електростатичній взаємодії електричних зарядів кілець і дрібних порошинок, які складають «спиці», останні висять над поверхнею кілець. Поки що залишається незрозумілим, як утворюються «спиці». Зазначені випадки, коли зубці розміром 10 000 км з’явилися за час від 15 до 60 хвилин.
Одне з найцікавіших відкриттів «Вояджера-2» — таємниче радіоджерело на самій планеті. Вперше воно спостерігалося ще 1980 року, коли приймач низькочастотних хвиль «Вояджера-1» зареєстрував імпульсне радіовипромінювання, яке надходило звідкись із високих широт північної півкулі Сатурна. Точніше визначити не можна було, оскільки прилад був оснащений всеспрямованою антеною. Вдалося лише намітити довгу смугу — у її межах і було джерело. Його сигнал був широкосмуговим, з максимальною потужністю частоти 175 кГц (довгі хвилі). Випромінювання змінювалося у часі, але характер змін зрозуміли не одразу. Під час роботи «Вояджера-2» було виділено іншу смугу, всередині якої розташовувалося джерело. Перетин двох смуг показав, що джерело знаходиться поблизу широти 80 °.
Характеристики джерела чимало здивували дослідників. Виявилося, що воно випромінює порівняно короткий потужний імпульс, котрий повторюється кожні 10 год 39,4 хв, тобто один раз у сатуріанську добу. Таку особливість випромінювання можна було б пояснити, якби магнітне поле Сатурна мало складний характер, як у Юпітера. Але поле Сатурна – дипольне. З чим пов’язане це джерело? Експериментатори наголосили на дивному збігу: поблизу джерела спектрометр «Вояджера-2» зареєстрував полярне сяйво у вигляді кільця.
Але найдивовижніша властивість радіоджерела виявилася, коли зіставили час появи імпульсу зі становищем соняшникового меридіана. Джерело виявилося своєрідним «годинником із зозулею»: випромінювання виникає саме в той момент, коли джерело перетинає південний меридіан. Справжня служба часу: перевірте ваш годинник, 12 годин за сатурніанським часом! Розгадки цього дивного явища поки що немає. Цікаво, що не менш загадкові радіоджерела, але не довгохвильового, а декаметрового діапазону відомі в екваторіальній зоні Юпітера.
Автор: Л. В. Ксанфомаліті.