Солнечная система (Астрономия и астрофизика) - Сурдин Владимир Георгиевич - Страница 54

Очертания колец постоянно меняются. Особенно наглядно это показало кольцо F, открытое еще «Пионер-Сатурном» (1979 г.). Эта тонкая светлая полоска шириной от 50 до нескольких сотен километров находится на расстоянии 4000 км. от края кольца А (или в 140180 км. от центра планеты). В первых сообщениях указывалось, что по неизвестным причинам линия кольца выглядит прерывистой. Когда были получены снимки «Вояджера-1», выяснилось, что кольцо свито из двух тонких «шнуров» с шагом около 7000 км. Среди различных объяснений природы кольца F была гипотеза о том, что структура его определяется гравитационным воздействием небольших спутников, орбиты которых проходят вдоль кольца.

Рис. Спутник Прометей создает сложный узор в кольце F.

Но когда «Вояджер-2» передал свои снимки, кольцо F было ровным, лишь один раз знакомые скрученные шнуры снова появились на экране. Когда и как изменился вид кольца F, остается неизвестным. Считается существенным, что кольцо действительно находится между двумя спутниками, которые получили неофициальное название «овчарки» или «сторожевые собаки». Это спутники Прометей и Пандора, которые движутся, обгоняя друг друга каждые 25 дней. Предполагалось, что скручивание кольца происходит у точки соединения обоих спутников. Но это не подтвердилось; по-видимому, их взаимодействие с кольцом F сложнее. Анализ его структуры методом фотометрического разреза указал на присутствие примерно десяти слабых компонентов там, где телевизионная камера показывала три компонента.

Еще одно интересное образование — тонкое эксцентрическое кольцо в делении Энке. С одной стороны планеты кольцо почти касается внутренней границы деления, с другой — проходит по его середине. Многие «колечки» имеют такой же несимметричный вид.

Гипотезы о структуре колец

Еще несколько лет назад казалось, что теория резонансов объясняет структуру колец полностью. Затем, когда кольца увидели вблизи, предполагалось, что если будет точно известно положение всех отдельных колец и делений (щелей), задача будет решена в терминах резонансов. Но эта работа оказалась бесполезной и была прекращена. Резонансов не хватает на бесчисленные «колечки» и щели, которых, вероятно, десятки тысяч.

По-видимому, изменение формы некоторых из колец происходит постоянно. Предложено несколько новых гипотез о механизмах работы колец. Согласно одной из них, в кольца как бы вмонтированы небольшие спутники, размерами около 30 км. Они создают возмущения и образуют щели, которые по ширине могут намного превосходить сами спутники. Однако самый тщательный анализ показал, что в 90% колечек таких спутников нет, а там, где есть, они слишком малы, чтобы вызвать ожидаемые явления.

Согласно другой гипотезе, в кольцах распространяются волны плотности, которые и определяют многообразие их динамики. Есть интересное наблюдение, которое, возможно, имеет отношение к возникновению волн плотности. Если совместить изображения двух противолежащих сторон колец, разделенные углом 180°, возникает странное несоответствие: при совпадении внутренней границы кольца В и внешней кольца А внутренняя граница деления Кассини на двух изображениях расходится на 50 км. Это объясняется гравитационным резонансом с Мимасом. Внешний край кольца В прецессирует с периодом 22,6ч. (период обращения Мимаса), за счет чего в кольцо накачивается энергия, вызывающая возмущение. Большая ось эллипса, образованного кольцом В, направлена под углом 90° к Мимасу. Это было интересной находкой, так как противоположно хорошо известным приливным явлениям в системе Земля-Луна.

Споки

О радиальных деталях колец — споках — заговорили после снимков «Вояджера-1». Однако изучение исторического материала показало, что упоминания о них встречались еще в прошлом веке, когда наиболее зоркие астрономы изображали характерные зубцы на своих зарисовках. Типичные споки показаны на рис., где они видны как темные образования на фоне средней части кольца В. Споки могут быть светлыми или темными, это зависит от направления освещения: они выглядят темными, если смотреть на них от источника света (т.е. плохо отражают) и светлыми — при наблюдении в сторону источника (т.е. хорошо рассеивают свет вперед), что говорит об очень малых размерах частиц. Споки наблюдались даже на теневой стороне колец, по-видимому, в свете, рассеянном Сатурном. Они не подчиняются кеплеровскому распределению скоростей в кольцах и отстают от их вращения, двигаясь с угловой скоростью магнитосферы. Природа споков остается совершенно неясной. Установлено, что они развиваются быстро, за время от 15 до 60 мин; и при этом успевают распространиться на расстояние до 12000 км. в радиальном направлении, что требует скорости от 3,5 до 15 км/с. Высказано предположение, что это тонкая ледяная взвесь или пыль, которую сила электростатического взаимодействия удерживает над плоскостью колец.

В кольцах действительно наблюдаются электрические явления, вероятно, связанные с механизмами разделения электронов и ионов, либо с электризацией соприкасающихся частиц. Теория предсказывает, что заряды, которые могут накопиться в кольцах благодаря различным механизмам, например трибоэлектризации, очень значительны. И действительно, оба «Вояджера» отметили мощные электромагнитные импульсы, источники которых, как предполагалось, находились в кольцах, а импульсы появлялись во время электрических разрядов, имевших мощность в 104—105 раз больше, чем у земных молний.

Но истина оказалась сложнее всех гипотез. Предположения о сверхмолниях в кольцах были основаны на следующих соображениях. Во-первых, Сатурн обладает сравнительно плотной ионосферой, которая, согласно теории, не должна пропускать сигналы от планеты в диапазоне частот приемников «Вояджера». Во-вторых, периодичность, с которой повторялись короткие всплески в диапазоне 20 кГц—40 МГц, составляла 10ч. 10мин. На Сатурне нет, на первый взгляд, объектов с таким периодом вращения — он на полчаса короче периода магнитосферы. Наконец, было просто непонятно, к чему на Сатурне можно отнести огромную мощность этих коротких импульсов, достигавшую 104 МВт. при длительности от 15 до 400 мс.

И все-таки источник оказался на Сатурне. Он связан с быстрым струйным течением в экваториальной зоне, направленным к востоку. Его скорость достигает 500 м/с. В своем движении оно обгоняет вращение планеты, поэтому период повторения положения облачной структуры укорачивается и составляет 10ч. 10мин. Предполагается, что в этой зоне и образуются сверхмолнии, излучение которых в радиодиапазоне принималось на аппаратах. Излучающая зона вытянута вдоль экватора на 60° (около 25000 км.). Кстати, интервал, в течение которого она полностью находится на невидимой стороне планеты, длится 3ч., а для подозревавшейся части колец — только 2ч. Это тоже довод в пользу планеты, а не колец, так как перерывы в приеме импульсов на «Вояджерах» составляли по 3ч. (через каждые 7ч. приема). Кстати, похожие электромагнитные импульсы принимались при сближении с Юпитером и, кажется, они как-то связаны с Большим Красным Пятном.

С прозрачностью ионосферы Сатурна для радиоволн положение не совсем ясное, но установлено, например, что в тени колец и на ночной стороне планеты прозрачность быстро увеличивается, и появляются более низкие частоты.

Выше говорилось о «службе времени» на Сатурне. Оказалось, что электромагнитная активность присуща вообще всему меридиану, который проходит через таинственный радиоисточник. Но и это еще не все. Выход этого меридиана из-за утреннего терминатора определяет… появление Споков на кольцах. Как и чем связаны «электрический» меридиан (точнее, сектор вблизи меридиана) и споки, остается загадкой. Но их появление (меридиан на терминаторе — споки на кольце) коррелировано в высокой степени. А прохождение этим меридианом полудня соответствует мощным всплескам низкочастотного радиоизлучения.