Какая планета имеет самые красивые кольца. Какие планеты Солнечной системы имеют кольца? Что такое кольца
Ах, астрономия! Сколько странных открытий и сюрпризов она дарит неокрепшему детскому разуму! Помню, как я гордилась собой, когда во втором классе на школьной викторине самой первой смогла дать ответ на вопрос: «У каких планет есть кольца ». Тогда, в нежные девять лет, я и не представляла, что величественный Сатурн – не единственный обитатель Солнечной системы, имеющий такое необычное «украшение».
Что такое кольца
На самом деле, то, что мы называем «Кольцом», было бы правильнее назвать «цепью» или потоком. Несмотря на то, что с Земли или даже в мощный телескоп кольца Сатурна или Юпитера выглядят цельными, состоят они, на самом деле, из миллиардов отдельных фрагментов . В зависимости от состава самой планеты и окружающего космоса, этими «ингредиентами» может быть:
- космическая пыль (обычно она составляет 80 – 90% всей массы колец );
- смёрзшийся до состояния льда газ ;
- обломки астероидов .
Причём такие «камешки» могут быть как крошечными, длиной в несколько метров, так и гигантскими, достигающими нескольких сотен километров. И, конечно, они не соприкасаются друг с другом , а свободно летят на огромной скорости вокруг планеты. Между крупными астероидами расстояние, как правило, колеблется от нескольких десятков до нескольких тысяч километров. А пространство между ними заполнено также быстро двигающейся мелкой пылью и льдом.
У каких планет есть кольца
В Солнечной Системе кольца имеет половина всех «официально признанных» планет:
- Сатурн ;
- Нептун ;
- Уран (правда, его кольца удалось увидеть лишь в 1977 году, настолько они тусклые);
- Юпитер – его кольца были открыты зондом Вояджер-1 , с Земли их невидно, так десятки более крупных спутников затмевают неяркое свечение колец;
- Считается также, что кольца должны быть у Плутона .
А в 2012 году астрономы нашли экзопланету за пределами Солнечной Системы, вокруг которой вращается 37 крупных колец, а те, в свою очередь, состоят из тысяч более мелких. Ширина всех их - десятки миллионов километров!
Но лично меня в детстве поразило то, что кольца есть у нескольких естественных спутников , вращающихся вокруг планет-гигантов, и даже у астероидов. Например, Рея , спутник Сатурна, имеет целых три таких «украшения»! Есть кольцо и астероида Харикло – правда, астероид этот очень крупный, но всё равно поразительно!
Размеры колец
Ширина кольца вокруг планеты огромна (например, у Сатурна она равна 480 000 километров ); а вот толщина колеблется от нескольких десятков метров до нескольких километров. Причём движутся кольца у всех планет строго над экватором. Все астероиды, которые оказывались вдали от экватора, рано или поздно притягивались планетой, пока от пылевого роя не осталось только тонкое колечко.
Искусственные кольца у планет
Человек отличается удивительной способностью портить любое место, где он появляется. И космос – не исключение. За 50 лет мы оставили на орбите столько мусора, что из внешнего космоса все эти блестящие металлические обломки должны смотреться, как самое настоящее кольцо !
Сатурн - крупное небесное тело, расположенное на шестом месте от Солнца. Известна эта планета с кольцами еще с древних времен. Сатурн является одной из планет-гигантов, составляющих Солнечную систему.
Общие сведения
Планета, имеющая кольца, удалена от Солнца на 1,43 миллиарда километров. Это расстояние почти в 9,5 раза больше, чем от нашей планеты до делает оборот вокруг нашего светила за 29,4 земных года.
Сатурн - планета уникальная. Он тяжелее Земли в 95 раз. При этом в диаметре она больше всего в 9 раз. Плотность равна 0.69 г/куб. см - это ниже, чем у воды. Если предположить, что в космосе раскинулся бескрайний океан, Сириус бы в нем мог плавать! Все другие планеты системы плотнее воды - какие-то - незначительно, какие-то - намного. Такая низкая плотность и при этом очень быстрое вращение вокруг своей оси сжимают планету больше, чем какую-либо другую. Его радиус на экваторе почти на 11% больше, чем на полюсах. Такое сильное сжатие нельзя не заметить в телескоп - планета видна сплюснутой, а не круглой.
Планета с кольцами не имеет твердой поверхности. То, что с Земли кажется поверхностью, на самом деле является облаками. Верхний слой - замерзший аммиак, ниже находятся гидросульфидаммониевые облака. Чем глубже погружаться в тем становится горячее, а плотность - выше. Примерно на середине радиуса водород становится металлическим.
Кольца
Раньше считалось, что Сатурн - единственная планета Солнечной системы, которая имеет кольца. Однако на сегодняшний день известно, что это утверждение неверно. Все четыре газовых гиганта имеют кольца. Но не зря именно Сатурн известен нам как планета с кольцами. Дело в том, что именно у нее самые значительные, уникальные и заметные кольца, у других планет их видно не всегда и не в любой телескоп.
Как и предполагал еще Гюйгенс в 1659 году, эти самые кольца - вовсе не одно твердое тело, это миллиарды миллиардов очень мелких частиц, вращающихся по окружности.
Всего вокруг Сатурна вращается четыре кольца - три основных и одно едва заметное. Все кольца отражают света больше, чем сама планета. Центральное кольцо - самое яркое и широкое, его отделяет от внешнего кольца щель Кассини, составляющая почти 4 тыс. километров. В этой щели расположены полупрозрачные кольца. Внешнее кольцо разделено полосой Энке. Внутреннее же кольцо - почти дымка, настолько оно прозрачно.
В реальности эти кольца очень тонкие. Их толщина - менее тысячи метров, хотя диаметр - более 250 километров. Кажется, что эти кольца очень мощные и громоздкие, но было высчитано, что если собрать все вещество, их составляющее, в одну «кучу», диаметр этого тела будет не больше 100 км.
Изображения, которые нам передают зонды, дают понять, что кольца состоят из множества мелких колечек, напоминающих дорожки грампластинок. Большая часть частиц, которые составляют кольца, не превышают нескольких сантиметров. Немногие из них больше нескольких метров. И уж единицы - 1-2 километра. Вероятнее всего, все они состоят изо льда или же вещества, похожего на камень, но покрытого льдом.
Ученые не уверены в происхождении колец. Есть версия, что они возникли одновременно с самой планетой. В любом случае материя, составляющая кольца, постоянно замещается, пополняясь, возможно, за счет разрушения мелких спутников.
Спутники
К концу февраля 2010 года было известно о 62 Большая их часть вращается вокруг своей оси с той же скоростью, что и вокруг планеты, поэтому они всегда повернуты к ней одной стороной.
Самый крупный спутник Сатурна - Титан. В данный момент имеется версия, что сейчас на Титане условия схожи с теми, которые были 4 миллиарда лет назад на Земле, когда жизнь едва зарождалась.
Между спутниками и кольцами наблюдается полная согласованность. Некоторые из них, по наблюдениям ученых, являются «пастухами» для колец, удерживая их на своих местах.
Исследования
Планета с кольцами заинтересовала людей еще в 1609 году, когда Галилей начал наблюдения за ней. С тех пор исследования планеты велись со многих телескопов, а в 1997 году был запущен исследовательский аппарат. В июле 2004 года он вышел на орбиту планеты. Кроме этого, зонд «Гюйгенс» спустился на Титан для изучения его поверхности.
Планета, окруженная кольцами, не имеет твердой поверхности. Ее плотность ниже, чем у всех тел в Солнечной системе. Состоит планета из самых легких элементов системы Менделеева - гелия и водорода.
Облака Сатурна образуют почти Это было обнаружено еще в 1980 году пролетающим мимо «Вояджером». Такое явление не наблюдалось ни в одном другом месте Солнечной системы. Более того, эту форму облака на северном полюсе планеты сохраняли 20 лет.
Сатурна может похвастать которого никогда не видели ученые в других местах. Уникальность их не только в том, что само сияние голубое, а на облака отражается красный цвет, но и в том, что сияние покрывает весь полюс, хотя на Юпитере и Земле всего лишь окружают магнитные полюса. Снимки кольцевых сияний Сатурна дают возможность заподозрить, что заряженные Солнцем частицы подвергаются воздействию других магнитных сил, природа которых на данный момент не исследована.
Среди всеобщего энтузиазма, охватившего ученых начала XVII века в связи с потрясающими открытиями , одно из них прошло почти незамеченным. В 1610 году Кеплер получил от своего великого итальянского коллеги анаграмму, которая гласила: «Самую удаленную планету тройной наблюдаю…». В конце 1610 г. Галилей писал одному из своих корреспондентов: «Я нашел целый двор у и двух прислужников у Старика (Сатурна); они его поддерживают в шествии и не отходят от его боков». И вдруг эти спутники… исчезли, во всяком случае, из поля зрения телескопа. Изумленный Галилей снова и снова смотрел на небо, но не видел их. Только Гюйгенсу в Гааге, через 45 лет после первых наблюдений Галилея, удалось в какой-то степени понять тайну Сатурна. Сопоставляя свои и чужие наблюдения, он пришел к заключению, что «спутники», открытые Галилеем, являлись просто ушками тонкого, плоского кольца, почти сплошного, наклоненного к плоскости эклиптики.
Поэтому видно оно с Земли может быть по-разному. Дважды за сатурнианский год кольцо может располагаться так, что его плоскость становится параллельной лучу зрения. С ребра кольцо не видно, оно очень тонкое.
Кольцо Сатурна является замечательным объектом для наблюдений даже в небольшие телескопы. Его полные раскрытия или исчезновения повторяются через 14-16 лет. Открытие этого необычайного явления не привлекло, однако, особого внимания ученых. То был период великих революционных событий в астрономии. Факт открытия странного кольца вокруг Сатурна потонул среди них.
Некоторые астрономы XVIII и начала XIX столетий допускали, что кольцо может быть сплошным и твердым или состоять из ряда тонких сплошных колец, твердых или жидких. Но уже к пятидесятым годам XIX столетия для астрономов, наблюдавших кольцо, стало ясно, что оно не могло быть твердым телом, а должно состоять из отдельных частиц - пылинок или камней, каждая из которых как независимый спутник обращается вокруг Сатурна.
В семидесятых годах XIX столетия наиболее полное исследование строения и устойчивости кольца было проведено знаменитой русской женщиной-математиком Софьей Ковалевской. Ее выводы вскоре блестяще подтвердились спектроскопическими наблюдениями. Кольцо, действительно, оказалось состоящим из множества независимых спутников. Но откуда взялось это кольцо у Сатурна?
Астрономы XIX столетия и многие ученые нашего времени, считая кольцо устойчивым, объявляли его остатком первичного материала (из которого образовалась планета), либо результатом распада одного из спутников Сатурна, вошедшего в опасную зону вблизи планеты, где могучие приливообразующие силы могли разорвать его на части. Интересно вспомнить: у древних греков был миф о том, что Сатурн пожирал своих детей.
С 50-х годов прошлого столетия астрономические обсерватории, вооруженные все более совершенными телескопами, стали отмечать многочисленные изменения в структуре кольца. Отдельные его части то становились яркими, то были еле заметны. Тогда же Отто Струве в Пулковской обсерватории заподозрил постепенное расширение кольца и приближение его внутреннего края к поверхности планеты. Сопоставив точные измерения размеров колец, сделанные учеными на протяжении 200 лет, он нашел, что за два века внутренний край кольца приблизился к планете на 18 тысяч километров. Современные наблюдения как будто бы подтверждают расширение кольца, хотя цифры получаются несколько иными.
Новые сведения о природе колец Сатурна принесло использование могучих средств астрофизики. Еще в конце XIX столетия А. А. Белопольский (Пулковская обсерватория) отметил, что распределение яркости в спектре кольца не такое, как в спектре самой планеты. На замечательных фотографиях, полученных Г. А. Тиховым в 1909 году с помощью гигантского 30-дюймового пулковского телескопа, ясно видно, что кольцо значительно «голубее» планеты. В тридцатых годах этот вопрос детально исследовал Г. А. Шайн на Симеизской обсерватории. Результаты этих исследований и ряд более поздних работ привели астрономов к убеждению, что в отдельных частях кольца, помимо твердых частиц и тел метеоритной природы, находится лед и некоторое количество газа.
Но лед в свободном состоянии не может длительно существовать даже на таком громадном расстоянии от , на котором движется Сатурн (9,5 астрономических единиц). Вплоть до 11 астрономических единиц, т. е. до расстояния в 1,7 миллиарда километров, солнечные лучи должны льды, выбрасывая образующиеся газовые частицы из солнечной системы. Такой процесс мы наблюдаем в , в которых бурно испаряющиеся замороженные газы образуют голову и хвост кометы.
Но если кольцо все время теряет вещество, то оно должно откуда-то получать и пополнение. Снаружи, извне системы Сатурна? Это невозможно! Пополнение вещества кольца и, следовательно, образование самого кольца можно объяснить только выбросами из системы Сатурна, могучими процессами извержений как на поверхности спутников Сатурна, так, возможно, и на самой планете.
Вывод о мощной вулканической активности в системе Сатурна вполне соответствует тому, что отмечали неоднократно наблюдатели на самой поверхности планеты. Не одноразово там наблюдалось появление ярких белых пятен, существовавших иногда в течение месяцев. И позже я пришел к мысли о гигантских выбросах вещества с Сатурна на основании совершенно других соображений. К этому выводу меня привело изучение… комет.
Ученые определили к сегодняшнему дню орбиты 573 комет. 442 кометы имеют периоды обращения больше 1000 лет, причем характер движения некоторых из них говорит о том, что они навсегда покидают солнечную систему. 75 комет движутся по эллиптическим орбитам небольших размеров с периодом обращения меньше 15 лет. Это так называемые кометы семейства . И остальные 56 комет обладают периодами обращения от 15 до 1000 лет. К ним относятся, в частности, кометные семейства Сатурна, и .
Преобладание комет с очень вытянутыми параболическими орбитами привело было к мысли о том, что кометы приходят из межзвездных пространств, причем большинство из них только проходит через Солнечную систему. Эту гипотезу высказал и математически разработал более двух столетий назад, французский ученый Лаплас.
Но она не выдержала последующих экзаменов, которые ей устроили многие астрономы и математики. Если бы кометы были телами межзвездной природы, мы должны были бы наблюдать резко гиперболические орбиты, а этого нет.
Если вы любите шахматы, то встречались, наверное, с задачами на ретроградный анализ. Смысл их в том, что по позиции на доске надо восстановить серию ходов, которая к ней привела. Похожая задача была решена астрономами. Для многих комет, у которых был отмечен слабо-гиперболический характер движения, были вычислены все возмущения со стороны планет, чтобы выяснить, какой была орбита до вступления в область планетного воздействия. Во всех случаях начальная орбита оказывалась эллиптической, говорящей о принадлежности комет к Солнечной системе.
Точные астрофизические исследования и применение методов фотометрии и спектрального анализа позволили выяснить состав комет. Светящиеся головы и хвосты комет состоят из чрезвычайно разреженных газов (главным образом углеводородов, циана, окиси углерода, молекулярного азота и т. п.), преимущественно в виде ионизированных атомов и молекул. Кометные газы, несомненно, являются продуктами распада более сложных родительских молекул под действием солнечной радиации. Ядра комет должны состоять из твердых частиц. В последнее время было доказано, что газы в кометах находятся в замороженном состоянии, в виде льда, часто «загрязненного» включением мельчайшей пыли.
Был также установлен исключительной важности факт: кометы быстро слабеют. От появления к появлению они становятся все менее яркими и за 10-20 появлений ослабевают в десятки и сотни раз!
Стало ясно, что кометы быстро истощают запасы газообразующих материалов, из которых возникают туманные головы и хвосты комет. Следовательно, кометы совсем недавно должны были появиться в области планет. Астрономы определили возраст многих комет. Он оказался очень невелик: каких-нибудь несколько сотен, а иногда даже десятков лет. Но как же объяснить существование большого числа короткопериодических комет?
Лаплас считал, что они просто «пленники» больших планет, особенно Юпитера, перехвативших их по дороге и заставивших сменить орбиты, которые до этого были параболическими. Но многие особенности движения комет говорили против Лапласа. Наоборот, похоже, что кометы сейчас, в наше время, рождаются в солнечной системе и что они имеют определенное отношение к системе Юпитера, так как все короткопериодические кометы тесно связаны с этой планетой. Вначале было сделано предположение о том, что они выбрасываются, извергаются непосредственно с поверхности Юпитера и других больших планет. Но затем оказалось, что еще лучше отвечает наблюдениям предположение о выбросе комет с поверхности спутников Юпитера.
Тем временем выяснились и другие замечательные особенности комет. По своему составу кометные льды оказались чрезвычайно близкими к газам планетных атмосфер и, в частности, атмосфер, открытых на спутниках Сатурна и Нептуна - Титане и Тритоне. Ряд данных говорил о том, что большие спутники Юпитера покрыты слоем замерзшей атмосферы, т. е. льдом.
Многие кометы сопровождаются метеорными потоками. Эти два явления связаны, по крайней мере, общим происхождением. А исследование метеоритов в лабораториях, изучение их структуры и химического состава приводит к заключению о том, что они являются обломками коры планетных тел. Крупнейший русский вулканолог и специалист по метеоритам А. Н. Заварицкий нашел, что большинство каменных метеоритов весьма близко по структуре к туфовым породам вулканических районов Земли. Еще ранее другой выдающийся минеролог В. Н. Лодочников приходил к заключению о возможности образования метеоритов и потоков метеорных тел при гигантских земных извержениях.
Время жизни метеорных потоков тоже оказывается не более нескольких сот или тысяч лет. Характер орбит говорит о том, что метеорные частицы принадлежат солнечной системе и, несомненно, образовались внутри нее. Значит, те потоки метеоров, которые мы сейчас наблюдаем, должны иметь совсем недавнее происхождение.
Связь метеорных потоков с кометами является дальнейшим подтверждением вулканического или взрывного происхождения малых тел солнечной системы. Всякое извержение должно сопровождаться выбросом громадных количеств пепла и песка, которые будут образовывать метеорные потоки в солнечной системе.
Таковы были основания, которые легли в основу предположения о том, что кольцо Сатурна имеет кометно-метеоритную природу. Но почему только в одном частном случае с Сатурном природа не поскупилась на кольцо для планеты? Это не так. Вокруг Юпитера также должны обращаться облака, состоящие из комет и метеоритных тел, то есть камней и частиц пепла. Извержение на спутнике Юпитера должно придать веществу скорость в 5-7 километров в секунду, чтобы образовалась новая комета. Но значительно больше камней и частиц будут иметь при этом меньшие скорости, Юпитер удержит их своим притяжением и соберет вокруг себя в виде кольца.
Где же оно? Ведь у Юпитера мы не наблюдаем такого яркого и заметного образования, каким является кольцо Сатурна. Здесь нужно иметь в виду, что, даже если бы у Юпитера имелось такое же массивное кольцо, как Сатурново, мы не могли бы видеть ничего похожего на то, что наблюдается у Сатурна. Дело заключается в том, что плоскость экватора Сатурна наклонена к эклиптике (т. е. плоскости движения планеты) на 28°, отчего мы и можем видеть кольцо «раскрытым», а у Юпитера наклон составляет всего 3° и, следовательно, юпитерово кольцо мы всегда видим с ребра, (так же как это бывает в периоды «исчезновения» ). Когда в результате движения Сатурна и Земли мы оказываемся вблизи плоскости кольца, оно пропадает; ушки не видны, а на диске планеты вдоль экватора выступает темная полоса - «тень кольца».
Продолжение следует.
P. S. О чем еще думают британские ученные: о том, что, рано или поздно, но людям таки удастся колонизировать другие планеты нашей солнечной системы. И тогда на поверхности Сатурна или Юпитера какая-нибудь станция обезжелезивания воды будет вполне обычным явлением. Но пока все это звучит как научная фантастика.
Знаете ли вы, сколько планет Солнечной системы имеют кольца? Наверняка, все сразу вспомнят Сатурн, чья яркая и широкая кольцевая система является неотъемлемой частью изображения планеты.
Но Сатурн – не единственный, кто имеет систему колец. Образования из пыли и льда вращаются и вокруг остальных газовых планет Солнечной системы: Юпитера, Урана и Нептуна. Они долгое время были неизвестны людям, т.к. до изобретения космических аппаратов и орбитальных телескопов астрономы не могли их увидеть. Но с развитием технологий было выявлено, что в Солнечной системе кольца имеют все ледяные гиганты. И на сегодняшний день все эти объекты подробно изучены.
В этой статье мы подробно изучим все планеты с кольцами в Солнечной системе, кто ими обладает, и поговорим об их сходстве и различиях.
Сатурн
Второй по размерам и шестой по удаленности от Солнца газовый гигант. Планета наиболее узнаваема среди объектов Солнечной системы именно благодаря своим ярким кольцевым образования. Считается, что образовались они из крупных спутников, поглощенных Сатурном на заре своего существования. Ядра спутников разрушались в атмосфере гиганта, а частицы льда и пыли формировали вокруг ее орбиты такие знамениты образования.
Всего у Сатурна 8 главных кольцевых образований. Первые семь из них названы буквами латинского алфавита, а последнее и самое удаленное именуется Фебом – в честь одного из прозвищ древнегреческого бога Аполлона.
Кольца Сатурна самые широкие. Их размер в поперечнике составляет более 13 млн. км (диаметр последнего элемента системы – образование Феба). При этом его толщина невелика – от десятка метров до километра. Общая масса обломков, из которых они состоят, составляет 3*10 9 кг.
К примеру элемент D – ближе всего находится к планете он расположился от Сатурна на 67 тыс. км.Между собой образования разделены щелями и делениями, получившими имена известных астрономов. Элементы системы А и В между собой расположили самое большое деление, шириной 4700 км. Этот промежуток назван в честь итальянского астронома Джованни Кассини.
Сатурнианская кольцевая система наклонена к плоскости орбиты на 27°. При наблюдении это влияет на видимость образования с Земли. В период равноденствия гиганта она практически недоступна для наблюдения. В течение следующих 7 лет она постепенно раскрывается, достигая максимума своей заметности в период солнцестояния. Последующие 7 лет видимость прогрессивно ухудшается. В 1921 году «исчезновение» колец Сатурна даже привело к панике среди жителей Земли. Люди считали что образования вокруг планеты разрушились и их обломки летят на нашу планету:).
Нептун
Планета является самым мелким газовым гигантом и самой дальней в Солнечной системе. Кольца Нептуна долгое время оставались неизвестны для исследователей. Обнаружил их только в 1989 году американский космический зонд Вояджер-2. Всего у него 5 кольцевых образований. В честь астрономов и математиков которые приняли участие в открытии Нептуна их и назвали.
Образование Галле расположилось ближе всего к поверхности планеты (42000 км). Далее последовательно идут Леверье, Ласселла, Араго и Адамса. Последнее имеет радус 63 тыс. км и состоит из 5 дуг: Храбрость, Свобода, Равенство 1, Равенство 2, Братство.
Помимо льда, пыли и обломков, которые являются основными компонентами любых кольцевых образований, они имеют высокий процент вероятно органических веществ, придающих им красный цвет.
Юпитер
Планета обладает самыми внушительными размерами. Межпланетный аппарат Вояджер-1 подтвердил наличие колец у Юпитера пятой планеты Солнечной системы. Зонд Галилео и
и орбитальная обсерватория Хаббл получили о них дополнительные сведения.
Кольца Юпитера тонкие и слабые. Ближайшее к планете – гало – имеет радиус 92 тыс. км. Оно самое массивное и его толщина достигает 12,5 тыс. км. Далее следуют тонкое главное и два так званых “паутинных”, названных в честь формирующих их спутников планеты – Амальтеи и Фивы. Общий радиус системы равняется 226 тыс. км.
Уран
Эта бледно-голубая «ледяная» планета занимает седьмое место по удаленности от Солнца. Уран развил кольцевую систему сильнее, чем у Нептун и Юпитер. Она состоит из 9 узких главных, 2 пылевых и 2 внешних колец. Самым близким к планете является кольцо ζ(дзета), радиус которого 37 тыс. км. Далее μ(мю) оно расположилось от Урана на на расстоянии 103 тыс. км. Самым яркий образованием является ε(эпсилон). Его яркость обусловлена плотным слоем ледяных частиц, отражающих больше всего света в системе.
В состав входят более тусклые элементы системы помимо льда и пыли, чрезвычайно темное вещество, поглощающее свет. Считается, что это органика, облученная магнитосферой планеты. Все элементы урановой кольцевой системы произошли в результате столкновения небольших спутников и разрушения астероидов, попавших в атмосферу планеты.
По мнению астрономов, ранее кольцевыми образованиями обладали и твердотельные планеты, в том числе Земля. Через десятки миллионов лет такая участь ждет Марс, когда спутник Фобос упадет на его поверхность под силой приливного взаимодействия.
КОЛЬЦА ПЛАНЕТ, образования, обращающиеся вокруг планеты в её экваториальной плоскости и имеющие вид диска. Кольца планет расположены на определённом расстоянии от планеты и состоят из совокупности твёрдых частиц небольшого размера, представляющих собой практически бесконечное число мелких спутников планеты. В Солнечной системе кольцами обладают все планеты-гиганты, у планет земной группы колец нет. Наиболее известна система колец Сатурна (впервые наблюдал Г. Галилей в 1610; Х. Гюйгенс в 1655 установил, что это система колец). У других планет-гигантов кольца открыты лишь в 1970-80-х годах (у Урана - при покрытии им звезды, у Юпитера и Нептуна - при пролёте вблизи планет КА «Вояджер»).
Структура колец. Кольцо Юпитера расположено на расстоянии 50 тысяч км от условной границы в атмосфере планеты (с давлением около 1 атмосферы) и имеет ширину около 1000 км. Кольцо представляет собой область относительно малой плотности, заполненную преимущественно силикатными частицами малого размера (менее 10 -5 м), придающими области оранжеватый цвет. По направлению к Юпитеру и от него эту область продолжает диффузная туманность более или менее однородной структуры.
Кольца Сатурна обладают значительно более сложной структурой. В них выделяют семь областей (зон). Три основные концентрические зоны: внешнее кольцо А, наиболее яркое среднее кольцо В (эти кольца можно наблюдать даже в обычный бинокль) и довольно прозрачное «креповое» внутреннее кольцо С, не имеющее резкой границы (рис. 1). Кольца А и В разделены так называемой щелью Кассини шириной около 4700 км, кольца S и С - так называемой щелью Максвелла шириной около 270 км. Наиболее близкую к планете внутреннюю область кольца С выделяют как кольцо D. У внешней границы кольца А находится очень узкое кольцо F нерегулярной формы, за которым расположено кольцо G и самое внешнее, практически прозрачное кольцо Е. Внешняя граница кольца А находится на расстоянии около 75 тысяч км от условной границы в атмосфере планеты (с давлением 1 атмосфера), внутренняя граница кольца С - на расстоянии около 20 тысяч км. Таким образом, протяжённость чётко различимых колец Сатурна - около 55 тысяч км, в то время как их толщина не превышает 3,5 км. Преобладающий размер частиц колец - несколько сантиметров, но встречаются также частицы с характерным размером несколько микрометров и крупные фрагменты размером в единицы и десятки метров. Мелкие частицы участвуют в образовании пылевой плазмы, находящейся над плоскостью кольца В. Пылевая плазма образует радиальные тёмные полосы (так называемые спицы - dark spokes), контролируемые магнитным полем планеты. Угловая скорость «спиц» (в отличие от кеплеровой скорости частиц колец) совпадает с угловой скоростью собственного вращения планеты. Плотность колец не велика - сквозь них просвечивают звёзды. По данным ИК-спектрометрии, частицы колец Сатурна, вероятно, состоят из водяного льда или покрытых льдом частиц другого химического состава. Суммарная масса частиц колец примерно соответствует спутнику диаметром около 200 км. В соответствии с законами Кеплера, скорость движения частиц во внутренней зоне кольца больше, чем во внешней.
Экватор Сатурна наклонён к плоскости эклиптики под углом 27°, поэтому в разных точках орбиты планеты кольца при наблюдении с Земли видны под разными углами. При наиболее благоприятной конфигурации видна вся их ширина - наблюдается так называемое раскрытие колец. В другом предельном случае кольца выглядят как очень тонкая полоска, видимая лишь в крупные телескопы. Это происходит, когда плоскость колец проходит точно через центр Солнца и их боковая поверхность оказывается неосвещённой либо когда кольца обращены к наблюдателю на Земле «ребром». Период обращения Сатурна вокруг Солнца и, соответственно, полный цикл изменения фаз колец составляет около 29,5 лет.
Кольца Урана (рис. 2) очень тёмные и узкие, состоят из частиц, не имеющих ледяной оболочки. К концу 2008 года у Урана открыто 13 колец, обозначаемых буквами греческого алфавита (α, β, γ, ...). Самое крупное из этих колец (ε) имеет неравномерную ширину и форму. Плоскость колец Урана почти перпендикулярна плоскости эклиптики.
Кольца Нептуна образованы тёмными частицами и состоят из четырёх узких зон. Они отличаются ещё более нерегулярной формой и переменной плотностью, поэтому выглядят состоящими из отдельных «арок». Два наиболее характерных кольца с арками названы в честь учёных Дж. К. Адамса и У. Леверье, предсказавших существование Нептуна путём расчёта его орбиты.
Формирование колец. Образование систем колец вокруг планет-гигантов является прямым следствием законов механики и напоминает процесс формирования планет. Все кольца находятся внутри так называемого Роша предела - области, в которой спутник планеты может быть разорван на части за счёт приливных сил. Этот эффект препятствует консолидации частиц, находящихся вблизи планеты, и, соответственно, образованию крупных спутников. Современная конфигурация колец обязана своим происхождением влиянию гравитационного притяжения спутников планеты, находящихся в ближайших окрестностях (или даже внутри) структуры колец и называемых по этой причине «пастухами». Частицы колец, сами представляющие собой маленькие спутники, оказываются в резонансах с более крупными спутниками планеты (т. е. отношение периода их обращения к периоду обращения спутника выражается простой дробью - 1/2, 2/3 и т.п.). Это приводит к нарушению однородной структуры колец, в частности к образованию внутри них щелей (например, щели Кассини в кольцах Сатурна), по своей природе аналогичных «пустым» областям (так называемым люкам Кирквуда) в Главном поясе астероидов (смотри Астероиды). Те же причины вызывают генерацию волн плотности, формирование иерархической структуры колец и их расслоение на тысячи тонких спиральных колечек (ringlets), наблюдаемых в структуре основных колец Сатурна (рис. 3).
Наличие спутников с очень близкими орбитами приводит также к эффекту гравитационной фокусировки и концентрации частиц в тонких кольцах Урана и к образованию сгустков частиц (арок), дрейфующих в азимутальном направлении у колец Нептуна. Механизм образования арок до конца не понят, хотя одним из объяснений служит наличие резонансов частиц колец со спутником Нептуна Галатеей, поскольку эксцентриситеты и наклонения орбит частиц и спутника практически одни и те же. Резонансы препятствуют равномерному распределению частиц вдоль орбиты. Таким образом, кольца планет представляют собой сложную открытую систему частиц, находящихся в орбитальном движении и одновременно испытывающих хаотические взаимодействия. В результате в системе возникает эффект самоорганизации, создающий упорядоченность в конфигурациях колец (в первую очередь за счёт возникновения коллективных процессов и наличия в дисковой системе неупругих столкновений макро-частиц). Механизм самоорганизации заложен в самой системе; близкие спутники планеты оказывают на процесс дополнительное «стимулирующее» влияние.
Существуют две основные гипотезы происхождения колец планет: 1) образование колец из частиц протопланетного облака (из которых сформировались спутники вне предела Роша); 2) возникновение колец планет в результате распада астероида или кометы, попавших внутрь предела Роша. Характерным примером последнего события служит кольцо Юпитера. В пользу второй гипотезы говорит также оценка времени существования колец - около 0,5 миллиарда лет, что существенно меньше возраста Солнечной системы (около 4,5 миллиарда лет). В рамках этой гипотезы нужно считать, что кольца планет периодически возникают и исчезают в результате гравитационного захвата планетой малого тела и его последующего разрушения. Другим аргументом, подтверждающим гипотезу распада, могут служить, например, преимущественно ледяные частицы колец Сатурна. Эти частицы обладают высоким альбедо, т. е. не покрыты тёмным микрометеорным веществом, как это произошло бы с реликтовыми кольцами за время существования Солнечной системы.
Лит.: Planetary rings / Ed. R. Greenberg, А. Brahic. Tucson, 1984; Горькавый Н. Н., Фридман А. М. Физика планетных колец. М., 1994; Miner Е., Wessen R., CuzziJ. Planetary ring systems. В.; N. Y., 2007.
