วงแหวนของดาวเสาร์คืออะไร? ดาวเสาร์กำลังกลืนกิน ก่อนที่มันจะเสียชีวิต ยานแคสสินีส่งข้อมูลใหม่เกี่ยวกับความสัมพันธ์อันปั่นป่วนของดาวเสาร์กับวงแหวนของมันมายังโลก ผู้ค้นพบวงแหวนของดาวเสาร์
ความแตกต่างระหว่างดาวเสาร์และดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ ในระบบสุริยะนั้นมองเห็นได้ทันที วงแหวนของมันมีขนาดใหญ่กว่าวงแหวนของดาวเคราะห์ดวงอื่นในระบบของเราอย่างไม่มีใครเทียบได้ นี่เป็นเรื่องปกติมากด้วยเหตุผลหลายประการ
ประการแรก แบบจำลองทางทฤษฎีเกือบทั้งหมดที่มีอยู่เกี่ยวกับวิวัฒนาการของระบบสุริยะทำนายว่าวงแหวนรอบดาวเคราะห์ของมันน่าจะก่อตัวตั้งแต่แรกเริ่ม เห็นได้ชัดว่าดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดาวพฤหัสบดีจะไม่มีวงแหวนเหมือนดาวเสาร์ เนื่องจากดวงอาทิตย์ร้อนเกินไป น้ำแข็งจึงระเหยไป วงแหวนบนโลกหรือดาวอังคารหากเคยมีอยู่ก็จะหายไปอย่างรวดเร็ว อีกสิ่งหนึ่งที่ไม่ชัดเจน: ทำไมดาวพฤหัสบดีซึ่งมีแรงโน้มถ่วงมากกว่าดาวเสาร์หรือดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนซึ่งอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์มากจึงไม่มีวงแหวนที่น่าประทับใจเหมือนกันซึ่งตามทฤษฎีแล้วมันดีต่อความปลอดภัยของวงแหวน .
ประการที่สอง ไม่มีความชัดเจนเลยว่าทำไมวงแหวนของดาวเสาร์จึงแวววาวมาก มีดาวหางจำนวนไม่น้อยในระบบสุริยะที่ถูกปกคลุมไปด้วยน้ำแข็ง แต่น้ำแข็งทั้งหมดนี้ค่อนข้างมืด แม้ว่าดาวหางจะมีฝุ่นเพียงเล็กน้อย แต่รังสีดวงอาทิตย์ก็ทำให้ดาวหางร้อนขึ้นเป็นระยะๆ และน้ำแข็งที่อยู่รอบๆ เมล็ดฝุ่นก็ระเหยออกไป สิ่งที่เหลืออยู่คือก้อนหิมะและน้ำแข็งสกปรก ซึ่งชวนให้นึกถึงหิมะที่หลงเหลืออยู่ตามท้องถนนในเมืองในฤดูใบไม้ผลิ แต่น้ำแข็งในวงแหวนดาวเสาร์ส่วนใหญ่สว่างและเป็นประกาย ไม่ใช่การคำนวณเพียงครั้งเดียวที่แสดงให้เห็นว่าสามารถรักษาความฉลาดนี้ไว้ได้ในช่วง 4.5 พันล้านปีที่ผ่านไปนับตั้งแต่การเกิดขึ้นของระบบของเรา
ด้วยความกังวลเกี่ยวกับคำถามเหล่านี้ผู้เขียนบทความใหม่มา ศาสตร์สองสามปีที่ผ่านมาพวกเขาเกิดการเคลื่อนไหวที่ผิดปกติมาก - เพื่อตรวจสอบความเร็วที่ดาวเสาร์กลืนกินวงแหวนของมัน ในระหว่างวงโคจรรอบสุดท้ายรอบโลก แคสสินีเคลื่อนตัวไป 3,000 กิโลเมตรเหนือยอดเมฆของดาวเสาร์ และ 320 กิโลเมตรจากขอบวงแหวน D ที่มองเห็นได้ ซึ่งอยู่ใกล้กับดาวเคราะห์มากที่สุด อุปกรณ์สร้างวงโคจร 22 รอบที่นั่น และใช้เครื่องวิเคราะห์ฝุ่นจักรวาล สามารถวัดจำนวนอนุภาคฝุ่นที่มีประจุที่ตกลงสู่ชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ยักษ์ดวงนี้ รวมถึงทิศทางทั่วไปที่พวกมันมา โดยรวมแล้ว พวกเขาสามารถจับอนุภาคฝุ่นดังกล่าวได้ 2,700 อนุภาค ส่วนใหญ่ตกลงไปเกือบแนวตั้งบนเส้นศูนย์สูตรของโลก
ปรากฎว่าโดยรวมแล้วฝุ่นขนาดนาโนเมตรประมาณหลายตันก่อตัวขึ้นในวงแหวนด้านในของดาวเสาร์ - เนื่องจากการชนและการทำลายของอนุภาคขนาดใหญ่ ฝุ่นบางส่วนอาจตกสู่ชั้นบรรยากาศของดาวเสาร์ซึ่งอาจมากถึงหนึ่งตันต่อวินาที (อย่างไรก็ตาม ปริมาตรที่วัดได้อย่างน่าเชื่อถือนั้นอ้างอิงถึงเพียงส่วนหนึ่งของระนาบเส้นศูนย์สูตรของโลกและให้ค่าเพียงห้ากิโลกรัมต่อวินาที)
ฝุ่นนาโนสีเข้มในสีดำ พื้นที่สีดำ
สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือในบรรดาอนุภาคที่ตกลงมานั้น 422 ชิ้นประกอบด้วยน้ำแข็งและ 214 ซิลิเกต อัตราส่วนนี้สูงกว่าการวัดด้วยกล้องโทรทรรศน์ทั้งหมดที่แสดงไว้อย่างมาก โดยหลักการแล้ว อาจเกิดความคลาดเคลื่อนกับการสังเกตระยะไกลได้ อนุภาคซิลิเกตมีแนวโน้มที่จะมืดมากและระยะห่างระหว่างดาวเสาร์และโลกไม่น้อยกว่า 1.3 พันล้านกิโลเมตร แน่นอนว่าการเห็นอนุภาคซิลิเกตสีเข้มขนาดนาโนเมตรจากระยะไกลนั้นยากกว่าอนุภาคสว่างของน้ำแข็งมาก การค้นพบนี้บ่งชี้ว่าการสำรวจเทห์ฟากฟ้าจากระยะไกล แม้แต่ในกรณีของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ ก็ไม่สามารถทดแทนการวิจัยในแหล่งกำเนิดได้
เมื่อมันปรากฏออกมาด้วยความช่วยเหลือของกล้องแคสสินีซึ่งทำงานในส่วนอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัม "คอลัมน์" ของไฮโดรเจนที่เป็นกลางบางประเภทก็ถูกพบเห็นในชั้นบรรยากาศของโลก ก่อนที่จะสังเกตฝุ่นนาโนที่ตกลงมาจากวงแหวน ยังไม่ทราบแน่ชัดว่ามาจากไหน แต่เมื่อรวมข้อสังเกตบางอย่างเข้ากับข้อสังเกตอื่นๆ นักวิทยาศาสตร์ก็สรุปได้ว่าสิ่งเหล่านี้เข้ากันได้ดี หากอนุภาคฝุ่นที่มีประจุระดับนาโนเมตรตกลงสู่ชั้นบรรยากาศของดาวเสาร์ พวกมันก็ควรจะชะลอตัวลงที่นั่น โดยให้พลังงานแก่อะตอมไฮโดรเจนจากเปลือกก๊าซของดาวเคราะห์ ในที่สุดพวกเขาก็ได้รับพลังงานมากขึ้น ซึ่งช่วยให้พวกเขาสามารถ "กระโดดออกมา" เหนือส่วนหลักของบรรยากาศได้ หลังจากนั้นพวกเขาก็กลับมาที่บรรยากาศอีกครั้ง
ในขณะนี้ นักวิจัยยังไม่ได้ข้อสรุปที่ชัดเจนเกี่ยวกับอายุของวงแหวนดาวเคราะห์ ข้อมูลที่ได้รับเกี่ยวกับฝุ่นจะช่วยให้เราทำสิ่งนี้ได้เฉพาะโดยเป็นส่วนหนึ่งของงานในอนาคตเท่านั้น ซึ่งจะพิจารณาว่าควรมืดแค่ไหนเมื่อมีอนุภาคซิลิเกตในวงแหวนจำนวนดังกล่าว - ทั้งในสถานการณ์ของโบราณวัตถุอันยิ่งใหญ่และใน สถานการณ์ของการปรากฏตัวครั้งล่าสุดของพวกเขา ความจริงก็คือ ยิ่งน้ำแข็งอยู่ในบริเวณที่เต็มไปด้วยฝุ่นนานเท่าใด ฝุ่นก็จะเกาะเกาะมากขึ้นเท่านั้น เมื่อพิจารณาจากข้อมูลที่ได้รับจากเครื่องมือแคสสินี มีฝุ่นซิลิเกตในวงแหวนมากกว่าที่คิด ซึ่งหมายความว่าการอธิบายความสว่างที่ทนไม่ได้ของวงแหวนน้ำแข็งนั้นยากกว่าที่เคยคิดไว้ กลไกอีกประการหนึ่งในการประมาณอายุของวงแหวนตามอัตราที่วงแหวนถูกกลืนกินโดยชั้นบรรยากาศของโลก หากปรากฎว่าเมื่อเวลาผ่านไปหลายพันล้านปี วงแหวน D ใกล้ดาวเสาร์มากที่สุดน่าจะหมดไปนานแล้ว แต่ก็ยังไม่หมด สมมติฐานของวงแหวนอายุน้อยจะได้รับการยืนยันเพิ่มเติม
ทำไมมันถึงสำคัญ?
ตามทฤษฎี สิ่งนี้ทำให้คำอธิบายอีกข้อหนึ่งน่าสนใจ: วงแหวนปรากฏขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้ ดังนั้นจึงไม่มีเวลาทำให้มืดลง “เมื่อเร็ว ๆ นี้” แน่นอนเฉพาะตามมาตรฐานทางดาราศาสตร์เท่านั้น งานบางชิ้นชี้ให้เห็นว่าพวกมันปรากฏเป็นผลพลอยได้จากการชนกันระหว่างดวงจันทร์ของดาวเสาร์หลายครั้งซึ่งเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 100 ล้านปีก่อน ในระหว่างการเดินทางดาวเทียมโบราณบางดวงของโลกก็หายไปและจากนั้นวงแหวนก็ถูกสร้างขึ้นจากวัสดุที่กระจัดกระจายจากวัสดุที่ดาวเทียมดวงใหม่เกิดขึ้น หนึ่งในนั้นถือเป็นเอนเซลาดัสซึ่งประกอบด้วยน้ำแข็งเป็นส่วนใหญ่เช่นเดียวกับวงแหวน
ควรเข้าใจว่าหากเหตุการณ์ขนาดยักษ์เกิดขึ้นจริงเมื่อ 100 ล้านปีก่อน นี่ไม่ใช่แค่เรื่องราวในท้องถิ่นที่เกี่ยวข้องกับดาวเคราะห์ดวงที่หกของระบบเท่านั้น ความจริงก็คือว่าตามกฎแล้ววงโคจรของดาวเทียมของดาวเคราะห์ยักษ์นั้นมีความเสถียรอย่างยิ่ง - ไม่มีตัวอย่างอื่นในระบบสุริยะ จะต้องเกิดเรื่องใหญ่และไม่ชัดเจนเสียก่อนจึงจะเกิดการชนได้ โดยทั่วไปสิ่งนี้จะเกิดขึ้น: ระบบสุริยะโคจรรอบใจกลางกาแล็กซีของเราทุก ๆ 220 ล้านปี และตามเส้นทางนี้จะตกลงไปในแขนข้างใดข้างหนึ่งเป็นระยะซึ่งมีความหนาแน่นของดาวฤกษ์สูงกว่าระหว่างแขนทั้งสอง เมื่ออยู่ในสถานที่ดังกล่าว ระบบมีความเป็นไปได้สูงกว่าที่จะเข้าใกล้ดาวฤกษ์อื่น และแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์นั้นอาจทำให้วงโคจรของดาวหางเมฆออร์ตและวัตถุอื่นๆ ในระบบไม่เสถียรอย่างรุนแรง บางส่วนอาจเคลื่อนผ่านเข้าใกล้ดาวเคราะห์โดยไม่ได้ตั้งใจ โดยที่แรงโน้มถ่วงจะค่อยๆ ดึงพวกมันเข้าใกล้ดาวเทียมหรือแม้แต่ตัวดาวเคราะห์เองมากขึ้น ในสถานการณ์นี้ 66 ล้านปีก่อน ร่างขนาดใหญ่ถือเป็นการสิ้นสุดยุคของไดโนเสาร์บนโลก ใครจะรู้ว่าเหตุการณ์ต่อเนื่องที่คล้ายคลึงกันนำไปสู่สถานการณ์หายนะสำหรับการก่อตัวของวงแหวนของดาวเสาร์หรือไม่
Cassini "จำแนก" ความยาววันของดาวเสาร์อย่างไร
อีกผลงานที่เพิ่งตีพิมพ์ในเดียวกัน ศาสตร์อุทิศให้กับความลึกลับอีกประการหนึ่งของโลก - คลื่นวิทยุยาวกิโลเมตร (ความยาวปกติของพวกมันคือหลายกิโลเมตร) ซึ่งมีกำลังมหาศาลเล็ดลอดออกมาจากมันและในปัจจุบันไม่มีอะนาล็อกที่สมบูรณ์บนเทห์ฟากฟ้าอื่น ๆ ที่รู้จัก พลังงานโดยประมาณของการแผ่รังสีสำหรับดาวเคราะห์ดวงที่หกนั้นอยู่ที่ประมาณหนึ่งกิกะวัตต์ ซึ่งไม่น้อยนักสำหรับแหล่งกำเนิดวิทยุที่ไม่ใช่ดาวฤกษ์ (สมมุติว่ามนุษยชาติยังไม่มีแหล่งกำเนิดวิทยุที่ทำงานอย่างต่อเนื่องซึ่งมีกำลังเทียบเท่ากัน) ยิ่งไปกว่านั้น สำหรับผู้สังเกตการณ์บนโลก สัญญาณเหล่านี้มีช่วงระยะเวลาหนึ่ง - 10-11 ชั่วโมง
เนื่องจากคาบซึ่งใกล้เคียงกับคาบประมาณของวันดาวเสาร์ ในตอนแรกนักดาราศาสตร์จึงเชื่อว่าแหล่งกำเนิดของรังสีประหลาดนี้เป็นส่วนที่มีความหนาแน่นมากกว่าดาวเคราะห์ ซึ่งเป็นจุดที่รังสีเคลื่อนผ่านชั้นบรรยากาศและเข้าสู่อวกาศ อนิจจาในที่สุด Cassini ก็ฝังสมมติฐานนี้ไว้ ความจริงก็คือระยะเวลาการระเบิดของคลื่นวิทยุในศตวรรษที่ 20 วัดโดยนักเดินทางรอบโลกเท่ากับ 10 ชั่วโมง 39 นาที 24 วินาที และจากข้อมูลของ Cassini ปรากฎว่าช่วงเวลาคือ 10 ชั่วโมง 45 นาที 45 วินาที ยิ่งไปกว่านั้น ตลอดหลายปีของการสังเกตการณ์ ยานสำรวจค้นพบว่าคาบของการแผ่รังสีนี้เปลี่ยนแปลงไป 1 เปอร์เซ็นต์ตามตัวอักษรต่อเดือน เป็นไปได้เท่านั้นที่จะเข้าใจว่ามีความเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างความแรงของสัญญาณกับความเร็วของลมสุริยะ (การไหลของโปรตอนและอนุภาคอื่น ๆ จากดวงอาทิตย์) และความเร็วเดียวกันนั้นส่งผลต่อระยะเวลาของคลื่นกิโลเมตรจาก ดาวเคราะห์
เราต้องเข้าใจว่าดาวเสาร์มีขนาดใหญ่กว่าโลก เช่น โลก และดาวเคราะห์ขนาดนี้ไม่สามารถเปลี่ยนความยาวของวันได้มากกว่าหกนาทีตลอดระยะเวลาหลายสิบปี ยิ่งกว่านั้นความยาวของวันไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้เกินหนึ่งเดือนหรือขึ้นอยู่กับความเร็วของลมสุริยะ เห็นได้ชัดว่าจำเป็นต้องมีคำอธิบายอื่นอีก
ผู้เขียนงานใหม่ใช้ข้อมูลจากเครื่องมือ Cassini หลายตัวที่ได้รับในปี 2560 ระหว่างการส่งผ่านไปยังพื้นที่ที่มีรังสีดังกล่าว พวกเขาพบว่าการแผ่รังสีมีความสัมพันธ์อย่างชัดเจนตามเวลากับการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในพื้นที่ใกล้กับบริเวณที่มีแสงออโรร่าบนดาวเสาร์ กล่าวอีกนัยหนึ่งปรากฎว่าแหล่งกำเนิดของคลื่นยาวกิโลเมตรแปลก ๆ นั้นคือเหตุการณ์ในสนามแม่เหล็ก จากข้อมูลเชิงปริมาณจากการสังเกตของแคสสินี ก่อนหน้านี้นักวิจัยได้ "กำหนด" แหล่งกำเนิดรังสีให้กับบริเวณที่ไม่เสถียรระหว่างชั้นต่างๆ ของอนุภาคที่มีประจุเหนือโซนออโรร่า ไม่สามารถพูดได้ว่าทุกสิ่งที่มีการแผ่รังสีนี้ชัดเจน แต่เป็นที่ชัดเจนว่าไม่สามารถใช้คาบของคลื่นกิโลเมตรเพื่อกำหนดความยาวของวันดาวเสาร์ได้ น่าเสียดายที่ชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์มีความเร็วที่เปลี่ยนแปลงไป ส่วนที่หนาแน่นกว่าของโลกไม่สามารถเข้าถึงได้จากการสังเกต ดังนั้น ในปัจจุบันจึงไม่สมจริงที่จะค้นหาความยาวที่แน่นอนของวันเหล่านี้ ใครจะรู้บางทีการสอบสวนครั้งต่อไปอาจช่วยชี้แจงสถานการณ์ได้
อเล็กซานเดอร์ เบเรซิน
ในกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ มองเห็นวงแหวนสามวงที่ดาวเสาร์ ได้แก่ วงแหวนรอบนอกที่มีความสว่างปานกลาง วงแหวนตรงกลาง สว่างที่สุด และวงแหวนโปร่งแสงด้านใน (“เครป”) ตามลำดับระยะห่างจากดาวเสาร์ จะใช้ตัวอักษรละติน C, B, A
ในช่วงที่เอื้ออำนวยเป็นพิเศษในปี พ.ศ. 2509 เมื่อวงแหวนหันไปทางผู้สังเกตการณ์บนโลกด้วยด้านที่ไม่มีแสงสว่างและเกือบจะเป็นขอบ (ซึ่งหมายความว่าวงแหวนสว่างไม่รบกวนการสังเกตการณ์) วงแหวนชั้นนอกสุดที่จางมากก็ถูกค้นพบ (และสลัวมากด้วย) ถูกพบโดยผู้สังเกตการณ์ภาคพื้นดินในช่องว่างด้านในระหว่างวงแหวน C "เครป" และตัวดาวเคราะห์เอง
ผู้ส่งสารจักรวาลยืนยันว่ามีวงแหวนที่กระจัดกระจายมากเหล่านี้บนดาวเสาร์และชี้แจงว่า วงแหวนรอบนอกสุดแสดงด้วยวงแหวนอิสระสามวงที่คั่นด้วยช่องว่าง รัศมีภายนอกของวงแหวนนอกสุดของวงแหวนทั้งสามนี้ครอบคลุมพื้นที่รัศมีสูงสุด 6 รัศมีของโลกซึ่งก็คือ 360,000 กม.
ดังนั้น โครงสร้างทั่วไปของวงแหวนของดาวเสาร์จึงแสดงด้วยวงแหวนกว้างมากกว่าหรือน้อยกว่า 7 วง โดยคั่นด้วยช่องว่าง แต่แสงแดดที่สะท้อนมากกว่า 99% มาจากวงแหวนเพียงสองวงที่มองเห็นได้ชัดเจนจากโลก คือ วงแหวนตรงกลาง สว่างที่สุด และวงแหวนรอบนอก ซึ่งแยกออกจากวงแหวนด้วยกรีดแคสสินี
นักเดินทางได้รับผลลัพธ์ที่น่าสนใจมาก ยานโวเอเจอร์ 1 แสดงให้เห็นว่าวงแหวนกว้างของดาวเสาร์ที่มองเห็นผ่านกล้องโทรทรรศน์นั้นประกอบด้วยวงแหวนแคบหลายร้อยวง และยานโวเอเจอร์ 2 ซึ่งมีกล้องโทรทัศน์ที่มีความไวมากกว่า "เห็น" ว่าวงแหวนแคบๆ ทั้งหมดถูกแบ่งออกเป็นวงแหวนที่แคบกว่า ซึ่งคล้ายกับร่องในแผ่นเสียง จำนวนวงแหวนดังกล่าวในความละเอียดของกล้อง (ประมาณ 100 ม.) ถึงประมาณ 10,000 อันที่จริงแล้วอาจมีมากกว่า 100,000 วง แต่ทำไมอนุภาคในวงแหวนจึงไม่เติมเต็มพื้นที่ทั้งหมดเท่า ๆ กัน แต่ถูกจัดกลุ่มไว้ แหวนแคบเหรอ?
นักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต A. M. Fridman และ V. L. Polyachenko อธิบายเรื่องนี้โดยกล่าวว่าวงแหวนที่เต็มไปด้วยอนุภาคสม่ำเสมอมีพลังงานศักย์มากกว่าวงแหวนที่แบ่งออกเป็นวงแหวนแต่ละวง และเนื่องจากระบบทางกายภาพใด ๆ มีแนวโน้มที่จะอยู่ในตำแหน่งที่สอดคล้องกับพลังงานศักย์ขั้นต่ำ วิวัฒนาการของวงแหวนจึงนำพวกมันไปสู่สถานะปัจจุบัน
ได้รับการพิสูจน์มานานแล้วว่าวงแหวนของดาวเสาร์ประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กหลายพันล้านอนุภาค ซึ่งแต่ละอนุภาคโคจรรอบดาวเคราะห์เหมือนดวงจันทร์ดวงเล็กๆ นักวิทยาศาสตร์สนใจขนาดของดวงจันทร์จิ๋วเหล่านี้และองค์ประกอบทางเคมีของพวกมัน จากการสังเกตสเปกตรัมภาคพื้นดินยังทราบกันว่าอนุภาคของวงแหวนอาจเป็นน้ำแข็ง เครื่องมือออนบอร์ดที่ติดตั้งบนยานอวกาศยืนยันความถูกต้องของข้อสรุปนี้ ที่อุณหภูมิต่ำมากที่วงแหวนมี (เฉลี่ย -206°C) สิ่งเหล่านี้อาจเป็นอนุภาคน้ำแข็งทั้งหมดหรือปกคลุมด้วยชั้นน้ำแข็ง (มี "กระดูก" ที่เป็นหินอยู่ข้างใน) พวกมันมีขนาดเล็กมาก และไม่สามารถมองเห็นได้แม้จะได้รับความช่วยเหลือจากกล้องโทรทัศน์จากยานอวกาศที่บินใกล้ดาวเสาร์ก็ตาม อย่างไรก็ตาม การทดลองในอวกาศยังช่วยให้ประเมินคุณลักษณะทางเคมีกายภาพของอนุภาคที่มองไม่เห็นเหล่านี้ได้อย่างน่าเชื่อถือ
เส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคถูกวัดโดยวิธีการบังด้วยคลื่นวิทยุของยานอวกาศโดยใช้วงแหวนของดาวเสาร์ ลำแสงวิทยุของยานอวกาศทะลุผ่านวงแหวนรอบนอก, ช่องแคสสินี, วงแหวนด้านในที่สว่างที่สุด และวงแหวน “เครป” ที่อยู่ข้างในอย่างต่อเนื่อง เมื่อคลื่นวิทยุผ่านวงแหวนวงใดวงหนึ่ง พวกมันจะกระจัดกระจายไปตามอนุภาคของวงแหวน จากลักษณะของการกระเจิงของคลื่นวิทยุพบว่าเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของอนุภาคแตกต่างกันไปตั้งแต่หลายเซนติเมตรไปจนถึงหลายสิบเมตร ที่เล็กที่สุดจะกระจุกอยู่ในวงแหวน "เครป" ซึ่งใหญ่ที่สุด (ขนาดของบ้าน) - อยู่ด้านนอก นอกจากนี้ยังพบก้อนหินขนาดใหญ่ในวงแหวนซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายร้อยเมตร การกระเจิงที่รุนแรงไม่ใช่ของคลื่นวิทยุ แต่เป็นแสงที่มองเห็นได้ในวงแหวนรอบนอกสุดสองวง สิ่งนี้บ่งชี้ว่ามีฝุ่นละเอียดจำนวนมากอยู่ในองค์ประกอบ
นักวิจัยยังสนใจคำถามที่ว่า อนุภาคของวงแหวนประกอบด้วยน้ำแข็งทั้งหมดหรือถูกปกคลุมไปด้วยน้ำแข็งเท่านั้น เรดาร์ช่วยไขปริศนานี้ เป็นที่รู้กันว่าอนุภาคหินดูดซับคลื่นวิทยุ และอนุภาควงแหวนได้พิสูจน์แล้วว่าสามารถสะท้อนคลื่นวิทยุได้ดี วงแหวนของดาวเสาร์จึงมีน้ำแข็งเป็นส่วนใหญ่
ระบบวงแหวนขนาดใหญ่ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางโลกถึงดวงจันทร์ถึงสองเท่า กลับกลายเป็นว่าบางมากอย่างน่าประหลาดใจ เมื่อพิจารณาจากภาพที่ส่งโดยยานโวเอเจอร์ 2 ความหนาของวงแหวนในบางพื้นที่คือ 150 ม. และมีบางจุดที่สูงถึง 100 ม. เห็นได้ชัดว่าความหนาของวงแหวนแตกต่างกันไปตั้งแต่หลายสิบถึงหลายร้อยเมตรและเทียบเคียงได้ ถึงขนาดอนุภาคที่ใหญ่ที่สุด
ยานอวกาศยังได้พยายามวัดมวลของวงแหวนด้วย เป็นไปได้มากว่ามันจะอยู่ใกล้กับหนึ่งในสิบล้านของมวลดาวเสาร์เอง หรือหนึ่งแสนมวลของโลก หรือเท่ากับประมาณหนึ่งในพันของมวลดวงจันทร์
เมื่อสรุปเรื่องราวเกี่ยวกับวงแหวนดาวเสาร์แล้ว ผมอยากจะกล่าวถึงปัญหาที่มาของวงแหวนดาวเสาร์อีกครั้ง วงแหวนอาจก่อตัวขึ้นจากการทำลายดวงจันทร์ดวงใดดวงหนึ่งของดาวเสาร์โดยแรงคลื่นอันทรงพลัง
นักดาราศาสตร์ชาวมอสโก M. S. Bobrov แสดงความคิดมานานแล้วว่าวงแหวนของดาวเสาร์ไม่ใช่ดาวเทียมที่ถูกฉีกออกจากกันด้วยแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ แต่ในทางกลับกัน อนุภาคของสสารก่อกำเนิดดาวเคราะห์ที่พลังน้ำขึ้นน้ำลงป้องกันไม่ให้ก่อตัวเป็นดาวเทียมดวงเดียว ดังนั้นบริเวณวงแหวนของดาวเสาร์จึงอาจเป็นสถานที่แห่งเดียวในระบบสุริยะที่เศษของสสารปฐมภูมิก่อนดาวเคราะห์ถูกเก็บรักษาไว้ การศึกษานี้สามารถให้ความกระจ่างเกี่ยวกับประวัติความเป็นมาของการกำเนิดดาวเคราะห์ได้
01.02.2018 21:37
2484
ทำไมดาวเสาร์จึงมีวงแหวน?
ดาวเคราะห์ดาวเสาร์เป็นดาวเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่เป็นอันดับสองในระบบสุริยะของเรา และอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มากที่สุดอันดับที่หก พวกคุณคงคุ้นเคยกับดาวเคราะห์ดวงนี้เพราะมีวงแหวนลึกลับที่ล้อมรอบดาวเสาร์
วงแหวนเหล่านี้แสดงถึงอะไร และเหตุใดจึงมีความจำเป็น?
ตอนนี้เราจะค้นพบ
วงแหวนของดาวเสาร์ล้อมรอบดาวเคราะห์ที่เส้นศูนย์สูตร ซึ่งก็คือ ตรงกลางดาวเคราะห์ เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 250,000 กม. นอกจากนี้ความหนาของวงแหวนเพียง 1.5 กม.
วงแหวนของดาวเสาร์ถูกพบเห็นครั้งแรกในกล้องโทรทรรศน์โดยนักดาราศาสตร์ชาวอิตาลี กาลิเลโอ กาลิเลอี ในปี 1610 แต่เขาสันนิษฐานว่าเขาเห็นส่วนนูนที่ไม่รู้จักที่ด้านข้างของดาวเคราะห์ ความจริงที่ว่าดาวเสาร์มีวงแหวนนั้นได้รับการเสนอโดย Christian Hugens นักดาราศาสตร์ชาวดัตช์ โดยสำรวจดาวเคราะห์ผ่านกล้องโทรทรรศน์ที่ทรงพลังกว่า
นักวิทยาศาสตร์กำหนดวงแหวนที่ใหญ่ที่สุดด้วยตัวอักษร A, B และ C หลังจากนั้นก็ค้นพบวงแหวนอีกสามวง นักดาราศาสตร์ตั้งชื่อพวกมันว่า D, E และ F ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์กำลังศึกษาดาวเสาร์โดยใช้ดาวเทียมแคสสินีเทียม พวกเขาสามารถค้นพบวงแหวนอื่นๆ อีกมากมายรอบๆ ดาวเคราะห์ที่ไม่ธรรมดาดวงนี้!
วงแหวนของดาวเสาร์ประกอบด้วยชิ้นส่วนของน้ำแข็งและหิน ขนาดของมันอาจเป็นขนาดลูกฟุตบอลหรือขนาดเท่าบ้านสองชั้นก็ได้! รังสีของดวงอาทิตย์ที่ตกกระทบก้อนกรวดน้ำแข็งจะสะท้อนออกมา และเกิดแสงเรืองแสงที่ผิดปกติในอวกาศ นั่นเป็นสาเหตุที่วงแหวนของดาวเสาร์สว่างมากจนสามารถมองเห็นได้ในกล้องโทรทรรศน์
ไม่มีคำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถามที่ว่าวงแหวนเหล่านี้ก่อตัวได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่าครั้งหนึ่งดาวเสาร์ชนกับวัตถุในจักรวาลขนาดใหญ่ บางทีอาจเป็นหนึ่งในสหายของเขา ดาวเสาร์ไม่ได้รับความเสียหายระหว่างการชน แต่วัตถุอื่นในจักรวาลแตกออกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย ตอนนี้ชิ้นส่วนเหล่านี้หมุนรอบโลกด้วยแรงโน้มถ่วงของดาวเสาร์ มีข้อสันนิษฐานว่าวงแหวนของดาวเสาร์เป็นเพียงเศษเสี้ยวของดาวเทียมดวงเดิม เนื่องจากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของดาวเสาร์ ดาวเทียมจึงพังทลายลง และชิ้นส่วนของมันก็เริ่มหมุนรอบโลก นักวิทยาศาสตร์บางคนแนะนำว่าดาวเคราะห์น้อยและชิ้นส่วนน้ำแข็งที่อยู่รอบดาวเสาร์นั้นเป็นเศษของเมฆทรงกลม (ฝุ่นจักรวาล) ส่วนด้านนอกกลายเป็นบริวารของดาวเสาร์ ส่วนด้านในยังคงเป็นวงแหวน
คุณรู้ไหมว่านอกจากดาวเสาร์ ดาวพฤหัส ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน ยังมีวงแหวนอีกด้วย แต่มันไม่ใหญ่และไม่สว่างนัก สามารถมองเห็นได้ผ่านกล้องโทรทรรศน์ที่ทรงพลังมากเท่านั้น
ตั้งแต่ศตวรรษที่ 17 มนุษย์ได้รวบรวมข้อมูลทีละชิ้นเกี่ยวกับวงแหวนของดาวเสาร์ ซึ่งเป็นการก่อตัวแปลก ๆ ที่ล้อมรอบดาวเคราะห์ดวงที่ใหญ่เป็นอันดับสองในระบบสุริยะ ความกว้างของวงแหวนนั้นใหญ่มาก พวกมันมีเส้นผ่านศูนย์กลางห้าเท่าของโลก!
นับตั้งแต่เริ่มยุคอวกาศ ดาวเสาร์มียานอวกาศ 5 ลำมาเยี่ยมเยียน ส่วนสุดท้ายคือ Cassini ยังคงเปิดดำเนินการอยู่ ด้วยภาพถ่ายของเขา ภาพที่สวยงามน่าอัศจรรย์และมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวจึงค่อย ๆ เปิดขึ้นต่อหน้าเรา ซึ่งไม่สามารถพบได้ที่อื่นในระบบสุริยะ
กาลิเลโอ บุคคลแรกที่มองเห็นดาวเสาร์ผ่านกล้องโทรทรรศน์ รู้สึกทึ่งกับรูปลักษณ์ของมัน ไม่ เขาไม่เห็นวงแหวน กล้องโทรทรรศน์ตัวแรกให้กำลังขยายเพียง 30 เท่า และเลนส์ก็ไม่ค่อยดีนัก แต่กาลิเลโอสังเกตเห็น "หู" รอบดาวเคราะห์ที่ทำให้ดาวเสาร์มีรูปร่างยาวและเป็นเวลานานที่เขาไม่เข้าใจว่ามันคืออะไร
ในท้ายที่สุด เขาก็ตัดสินใจว่าสิ่งเหล่านี้คือดาวเทียมของดาวเคราะห์ดวงนี้ เพียงไม่กี่ทศวรรษต่อมา นักดาราศาสตร์ก็ได้ค้นพบธรรมชาติของ “หู” เหล่านี้ และรู้สึกประหลาดใจ ภาพนี้เป็นหนึ่งในภาพสีชุดแรกที่ถ่ายโดยยานแคสสินีของ NASA หลังจากมาถึงระบบดาวเสาร์ในปี พ.ศ. 2547 วงแหวนอันงดงามเป็นเวลา 7 ปีจะเป็นหนึ่งในวัตถุวิจัยที่น่าสนใจที่สุดในระบบอันห่างไกลนี้ไม่เหมือนที่อื่น
จุดที่ทำเครื่องหมายไว้ในภาพถ่ายคือดาวเคราะห์โลกของเรา
คลื่นภายในช่องว่าง Encke ความจริงที่ว่าดาวเสาร์มีวงแหวนมากกว่าหนึ่งวงเริ่มชัดเจนในศตวรรษที่ 17 เมื่อนักดาราศาสตร์ชาวอิตาลี แคสซินี ค้นพบรอยกรีดที่ตั้งชื่อตามเขา ต่อมา เมื่อกล้องโทรทรรศน์ดีขึ้น นักดาราศาสตร์ก็พบช่องว่างในวงแหวนของดาวเคราะห์ยักษ์มากขึ้นเรื่อยๆ ปรากฎว่าแทนที่จะเป็นวงแหวนแข็ง ดาวเสาร์กลับถูกล้อมรอบด้วยวงแหวนและวงแหวนขนาดเล็กจำนวนมาก Encke Gap ซึ่งค้นพบในศตวรรษที่ 19 กลับกลายเป็นว่าไม่ว่างเปล่าเช่นกัน ภาพถ่ายแสดงให้เห็นวงแหวนสองวงภายในรอยแยก Encke อย่างชัดเจน นอกจากนี้ ในปี 1990 มีการค้นพบแพน ดาวเทียมของดาวเสาร์ ซึ่งมีวงโคจรผ่านไปภายในช่องว่างทั้งหมด ดาวเทียมเชพเพิร์ดนี้ได้เคลียร์พื้นที่ในวงแหวน และอิทธิพลโน้มถ่วงของมันทำให้เกิดคลื่นที่เปลี่ยนแปลงได้และสิ่งผิดปกติภายในช่องว่าง Encke ภาพนี้ถ่ายเมื่อวันที่ 7 ตุลาคม พ.ศ. 2549 โดยยานอวกาศแคสสินีของ NASA
เมื่อมองวงแหวนของดาวเสาร์จากมุมเล็กน้อย คุณจะเห็นช่องว่าง รอยแยก และรอยแยกระหว่างวงแหวนมากมาย วงแหวนนั้นแตกต่างกันทั้งในด้านความกว้างและความสว่าง สังเกตเครื่องหมายดอกจันที่ "จุดสิ้นสุด" ไกล นี่คือ Atlas ดาวเทียมระยะทาง 32 กิโลเมตร วงโคจรของมันผ่านระหว่างวงแหวน A และ F
ระบบดาวเสาร์เปรียบเสมือนระบบสุริยะขนาดเล็ก ดาวเทียมโคจรรอบดาวเคราะห์ยักษ์เหมือนกับดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ แต่มีความแตกต่างที่สำคัญประการหนึ่งคือดวงอาทิตย์ไม่มีวงแหวนที่หรูหราเช่นนี้ วงแหวนของดาวเสาร์บางมาก โดยปกติความหนาของพวกเขาจะเพียงไม่กี่เมตรและไม่ว่าในกรณีใดก็ไม่เกิน 10 กิโลเมตร อย่างไรก็ตาม วงแหวนสามารถสร้างเงาได้ ในภาพนี้ คุณจะเห็นว่าเงาจากวงแหวนบางแห่งเป็นสีดำและเป็นสีเทาในบางจุด ซึ่งหมายความว่าพวกมันส่งผ่านแสงต่างกัน
วิธีที่ดีที่สุดในการสังเกตคลื่นในวงแหวนของดาวเสาร์คือวงแหวน F แรงโน้มถ่วงของโพรมีธีอุสซึ่งเป็นดวงจันทร์ระยะทาง 86 กิโลเมตรที่เห็นในภาพ ได้บิดเบือนโครงสร้างของวงแหวน ทำให้เกิดการก่อตัวในแนวทแยง ภาพนี้ถ่ายเมื่อวันที่ 30 สิงหาคม 2551 จากระยะทาง 1.2 ล้านกม.
วงโคจรของยานอวกาศแคสสินีถูกเลือกเพื่อให้ในวันที่ 3 มีนาคม พ.ศ. 2548 วงแหวนดังกล่าวบดบังโลก จากนั้น Cassini ก็ส่งสัญญาณวิทยุสามสัญญาณไปยังโลกของเราที่ความยาวคลื่น 0.94, 3.6 และ 13 เซนติเมตร สัญญาณที่ผ่านวงแหวนดาวเสาร์ค่อนข้างผิดเพี้ยนไป จากการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ทราบถึงความหนาของวงแหวนและวัสดุที่ใช้ประกอบ ภาพนี้สร้างขึ้นจากการวัดด้วยคลื่นวิทยุของช่องว่างแคสสินีและวงแหวน A ปรากฎว่าวงแหวน A มีความหนาประมาณ 10 กม. และคลื่นความหนาแน่นที่เกิดจากดวงจันทร์ของคนเลี้ยงแกะถูกสังเกตเห็นในวงแหวนรอบนอกและรอบช่องว่าง Encke สีเท็จจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับขนาดอนุภาคที่ประกอบเป็นวงแหวน สีม่วง หมายถึง อนุภาคที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 5 ซม. สีเขียวและสีน้ำเงินหมายถึงอนุภาคขนาด 1-5 ซม. และมีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 1 ซม
ด้ายสีและเงา ภาพที่น่าทึ่งปรากฏขึ้นต่อหน้ากล้องแคสสินีเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม พ.ศ. 2547 ไม่นานหลังจากมาถึงระบบดาวเสาร์ บรรยากาศของก๊าซยักษ์ถูกทาสีด้วยโทนสีเรียบและเงียบสงบ และมีวงแหวนโปร่งแสงบาง ๆ พาดผ่านเงาของมันเอง ภาพแสดงวงแหวน C ใกล้กับดาวเสาร์มากที่สุด และช่องแคสซินีกว้าง ซึ่งสามารถมองเห็นได้แม้จะใช้กล้องโทรทรรศน์สมัครเล่นก็ตาม
เฉดสีทองอันงดงามเผยให้เห็นวงแหวน B ด้านใน ภาพแสดงให้เห็นรอยกรีดของ Cassini ซึ่งเต็มไปด้วยวงแหวนสลัวและแคบมาก ขอบของช่อง Cassini จะดูเบลอเมื่อมองจากระยะไกล
วงแหวนไม่เพียงแต่สามารถสร้างเงาบนดาวเสาร์เท่านั้น แต่ดาวเสาร์ยังสามารถสร้างเงาบนวงแหวนได้อีกด้วย ดูสิว่าเงาของดาวเคราะห์นั้นคมและชัดเจนแค่ไหนในอวกาศที่ไม่มีอากาศ!
“เหวเปิดออกแล้ว เต็มไปด้วยดวงดาว…” Lomonosov ผู้ยิ่งใหญ่เขียนเกี่ยวกับท้องฟ้ายามค่ำคืน แทนที่ "ดวงดาว" ด้วย "ดวงจันทร์" แล้วคุณจะได้ภาพที่ถ่ายโดยยานแคสสินีในระบบดาวเสาร์ เราเห็นดวงจันทร์มากถึงห้าดวง ได้แก่ Janus, Mimas, Pandora, Prometheus และ Atlas (จากซ้ายไปขวา) ที่เราเห็นในภาพอันงดงามนี้ และหากได้รับอนุญาต เราก็คงจะสังเกตเห็นอีกสองสามอย่าง น่าเสียดายที่ดวงจันทร์ของดาวเสาร์หลายดวงมีขนาดเล็กเกินไปสำหรับภาพวาดขนาดใหญ่ สิ่งเหล่านี้เป็นเพียงก้อนหินที่มีรูปร่างไม่ปกติซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 5-15 กม. ภาพนี้ถ่ายเมื่อวันที่ 13 ธันวาคม พ.ศ. 2551 โดยใช้แสงอินฟราเรดใกล้
“ซี่” แปลกๆ ในวงแหวนดาวเสาร์ ในวงแหวนของดาวเสาร์มีการสังเกตการก่อตัวที่ผิดปกติ - "ซี่" ซึ่งเป็นแถบสีอ่อนและสีเข้มพาดผ่านวงแหวน ซี่ล้อถูกค้นพบครั้งแรกโดยนักเดินทาง สิ่งที่แปลกก็คือวงดนตรีเหล่านี้มีพฤติกรรมเป็นร่างเดียว ในขณะที่วงแหวนของดาวเสาร์ไม่ใช่ร่างเดียว ชั้นในของวงแหวนหมุนรอบดาวเคราะห์เร็วกว่าวงแหวนรอบนอก ตามกฎของกลศาสตร์ท้องฟ้า "ซี่" ควรจะยุบลงอย่างรวดเร็ว แต่สิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้น อะไรคือสาเหตุของการมีอายุยืนยาวนักดาราศาสตร์ยังไม่ทราบ
แผ่นเสียงไวนิลที่ใหญ่ที่สุดในโลก วงแหวนของดาวเสาร์ถูกเปิดเผยด้วยความงดงามด้วยกล้องแคสสินีเมื่อวันที่ 7 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2551 ผลที่ตามมาคือ เรามองเห็นโมเสกที่ซับซ้อน ซึ่งเป็นความซับซ้อนของส่วนโค้งจำนวนมาก โดยที่รอยแยกแคสสินีขนาดใหญ่ที่แยกวงแหวนหลัก A และ B หายไป แต่รอยแยก Encke ที่แคบซึ่งมีขอบที่ชัดเจนทางด้านซ้ายจะมองเห็นได้ชัดเจน เช่นเดียวกับวงแหวน F ที่แคบมากซึ่งอยู่ห่างไกลออกไป
มีวงแหวนหลัก 3 วง ชื่อ A, B และ C ซึ่งสามารถมองเห็นได้โดยไม่มีปัญหาอะไรจากโลก นอกจากนี้ยังมีวงแหวนที่อ่อนกว่า - D, E, F เมื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิดพบว่ามีวงแหวนจำนวนมาก มีช่องว่างระหว่างวงแหวนที่ไม่มีอนุภาคอยู่ ช่องว่างหนึ่งที่สามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์เฉลี่ยจากโลก (ระหว่างวงแหวน A และ B) เรียกว่าช่องว่างแคสสินี ในคืนที่อากาศแจ่มใส คุณยังมองเห็นรอยแตกร้าวที่มองเห็นได้น้อยลงอีกด้วย ส่วนด้านในของวงแหวนหมุนเร็วกว่าวงแหวนด้านนอก
วงแหวนแห่งดาวเสาร์ |
ความกว้างของวงแหวนคือ 400,000 กม. แต่ความหนาเพียงไม่กี่สิบเมตร ดวงดาวสามารถมองเห็นได้ผ่านวงแหวน แม้ว่าแสงของมันจะอ่อนลงอย่างเห็นได้ชัดก็ตาม วงแหวนทั้งหมดประกอบด้วยน้ำแข็งแต่ละชิ้นที่มีขนาดต่างกัน ตั้งแต่จุดฝุ่นไปจนถึงเส้นผ่านศูนย์กลางหลายเมตร อนุภาคเหล่านี้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเกือบเท่ากัน (ประมาณ 10 กม./วินาที ความเร็วของพวกมันมีความสมดุลอย่างมากจนอนุภาคข้างเคียงดูไม่เคลื่อนที่เมื่อสัมพันธ์กัน) ซึ่งบางครั้งก็ชนกัน ภายใต้อิทธิพลของดาวเทียม วงแหวนจะโค้งงอเล็กน้อยจนไม่แบน: มองเห็นเงาจากดวงอาทิตย์ได้ อย่างไรก็ตาม อนุภาคจะเคลื่อนที่ช้าๆ ในทิศทางที่ต่างกันด้วยความเร็ว 1-2 มิลลิเมตร/วินาที
ลักษณะของวงแหวนจะแตกต่างกันไปในแต่ละปี นี่เป็นเพราะความเอียงของระนาบของวงแหวนกับระนาบของวงโคจรของดาวเคราะห์ ระนาบของวงแหวนเอียงกับระนาบการโคจร 26° ดังนั้นในระหว่างปีเราจะเห็นพวกมันกว้างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ หลังจากนั้นความกว้างที่ปรากฏก็ลดลง และหลังจากนั้นประมาณ 15 ปี มันก็กลายเป็นลักษณะที่เห็นได้ชัดเจนเล็กน้อย ในปี 1610 กาลิเลโอ กาลิเลอีเห็นวงแหวนของดาวเสาร์เป็นครั้งแรกผ่านกล้องโทรทรรศน์ แต่ไม่เข้าใจว่ามันคืออะไร เขาจึงเขียนลงไปว่าดาวเสาร์ประกอบด้วยส่วนต่างๆ
ในเดือนกรกฎาคม ค.ศ. 1610 กาลิเลโอ กาลิเลอีตีพิมพ์ข้อความที่เข้ารหัสโดยมีเนื้อหาดังนี้: “ดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลที่สุดมีดาวเคราะห์สามดวงที่สังเกตได้” ในเวลานั้น ดาวเสาร์ถือเป็น "ดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลที่สุด" และวงแหวนของมันปรากฏในกล้องโทรทรรศน์ของกาลิเลโอเป็นจุดหมอกสองจุดตามขอบดาวเคราะห์
ครึ่งศตวรรษต่อมา คริสเตียน ฮอยเกนส์รายงานการมีอยู่ของวงแหวนบนดาวเสาร์ และในปี ค.ศ. 1675 แคสสินีค้นพบช่องว่างระหว่างวงแหวนทั้งสอง
วงแหวนของดาวเสาร์สร้างความตื่นเต้นให้กับจินตนาการของนักวิจัยด้วยรูปร่างที่เป็นเอกลักษณ์อย่างต่อเนื่อง คานท์เป็นคนแรกที่ทำนายการมีอยู่ของโครงสร้างเล็กๆ ของวงแหวนดาวเสาร์ เขาจินตนาการถึงวงแหวนที่อยู่ในรูปของจานแบนที่มีอนุภาคชนกันซึ่งหมุนรอบโลกต่างกันไปตามกฎของเคปเลอร์โดยใช้แบบจำลองเมฆดาวเคราะห์ก่อนเกิดของเขา ตามความเห็นของคานท์ มันคือการหมุนแบบดิฟเฟอเรนเชียล ซึ่งทำให้แผ่นดิสก์แยกออกเป็นวงแหวนบางๆ หลายชุด ต่อมา Simon Laplace ได้พิสูจน์ความไม่มั่นคงของวงแหวนกว้างที่มั่นคง ในช่วงกลางศตวรรษที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ค้นพบวงแหวน 10 วงรอบดาวเสาร์ เจมส์ แม็กซ์เวลล์ มีส่วนสนับสนุนอย่างโดดเด่นในการศึกษาเสถียรภาพของวงแหวนดาวเสาร์ ซึ่งได้รับรางวัลอดัมส์จากผลงานของเขา ซึ่งเขาแสดงให้เห็นว่าวงแหวนแคบๆ ดังกล่าวก็ไม่เสถียรเช่นกันและจะตกลงสู่ดาวเคราะห์ดวงนี้ และถึงแม้ว่าข้อสรุปของแม็กซ์เวลล์เกี่ยวกับการล่มสลายของวงแหวนน้ำแข็งสมมุติบนดาวเคราะห์นั้นไม่ถูกต้อง (วงแหวนดังกล่าวควรจะแตกเป็นชิ้น ๆ เร็วกว่านี้มาก) ผลที่ตามมา - โครงสร้างอุกกาบาตของหัวเข่าของดาวเสาร์ - กลับกลายเป็นว่าถูกต้อง . ดังนั้น เมื่อถึงปลายศตวรรษที่ 19 สมมติฐานเกี่ยวกับโครงสร้างอุกกาบาตของวงแหวนดาวเสาร์ ซึ่งแสดงให้เห็นครั้งแรกโดยฌอง แคสซินี จึงได้รับการยืนยันทางทฤษฎี และในปี พ.ศ. 2436 ได้รับการยืนยันจากการสังเกตการณ์ ในช่วงศตวรรษที่ 20 ข้อมูลใหม่เกี่ยวกับวงแหวนดาวเคราะห์ค่อยๆ สะสม: ได้รับการประมาณขนาดและความเข้มข้นของอนุภาคในวงแหวนของดาวเสาร์ การวิเคราะห์สเปกตรัมพบว่าวงแหวนนั้นมีน้ำแข็ง และปรากฏการณ์ลึกลับของความแปรปรวนของแอซิมัททัลในความสว่างของ วงแหวนของดาวเสาร์ถูกค้นพบ
ตลอดระยะเวลา 29.5 ปีจากโลก วงแหวนของดาวเสาร์จะมองเห็นได้สองครั้งที่การเปิดสูงสุด และสองครั้งคือช่วงเวลาที่ดวงอาทิตย์และโลกอยู่ในระนาบของวงแหวน จากนั้นวงแหวนทั้งสองดวงก็จะได้รับแสงสว่างจากดวงอาทิตย์ “edge-on” หรือ “edge-on” ที่มองเห็นได้สำหรับผู้สังเกตการณ์ทางโลก ในช่วงเวลานี้ วงแหวนจะมองไม่เห็นจนเกือบหมด ซึ่งบ่งบอกถึงความหนาที่น้อยมาก นักวิจัยหลายคนจากการสังเกตการณ์ด้วยภาพและโฟโตเมตริกและการประมวลผลทางทฤษฎี สรุปได้ว่าความหนาเฉลี่ยของวงแหวนอยู่ระหว่าง 10 ซม. ถึง 10 กม. แน่นอนว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะเห็นวงแหวนที่มีความหนาขนาดนั้นจากขอบโลก
ตามกฎของเคปเลอร์ อนุภาคที่มีรัศมีต่างกันของวงแหวนจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ต่างกัน ยิ่งเข้าใกล้ดาวเคราะห์มากเท่าไรก็ยิ่งเร็วขึ้นเท่านั้น ในวงแหวนที่หนาแน่นที่สุดจะมีบริเวณที่อนุภาคไหลเวียนเป็นระยะเวลา 10.5 ชั่วโมงนั่นคือ ด้วยความเร็วเชิงมุมเท่ากับดาวเสาร์หมุนรอบตัวเอง ซึ่งหมายความว่าพวกมันยังคงไม่นิ่งเมื่อเทียบกับพื้นผิวของโลก
นักเดินทางได้เรียนรู้อะไร?
ภาพแรกของวงแหวนที่ส่งผ่านโดยยานโวเอเจอร์ 1 แสดงให้เห็นสีที่แตกต่างกันเล็กน้อยในวงแหวน ช่องว่างในวงแหวน C การมีอยู่ของสสารในฟิชชันแคสสินี และการเปลี่ยนแปลงในการกระจายตัวและความสว่างของสสารในวงแหวน C และ B รายละเอียดที่น่าสนใจที่สุดในภาพแรกคือ "ซี่ล้อ" คือลักษณะรัศมีสีเข้มที่ตัดกับวงแหวน B ที่สว่าง บางครั้งสังเกต "ซี่ล้อ" เป็นเวลาหลายชั่วโมง แม้ว่าขอบด้านในของวงแหวนจะอยู่ที่ฐานของ "ซี่ล้อ" " หมุนรอบดาวเคราะห์ด้วยความเร็วที่เร็วกว่าขอบด้านนอกที่ด้านบนของ "ซี่ล้อ" และการก่อตัวเหล่านี้จะต้องพังทลายลง
ต่อมาได้ถ่ายภาพ "ซี่" เมื่อมีแสงอาทิตย์ส่องไปข้างหน้า ในภาพเหล่านี้ บริเวณซี่ลวดมีแสงสว่าง ไม่มืดเหมือนในภาพแรกที่ถ่ายโดยมีแสงกระจายไปทางด้านหลัง สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าบริเวณ "ซี่" มีอนุภาคฝุ่นที่ละเอียดมาก บริเวณที่สังเกต "ซี่" ซ้อนทับกับเขตวงแหวนที่โคจรรอบดาวเสาร์ด้วยความเร็วเท่ากับสนามแม่เหล็ก ตามที่นักวิทยาศาสตร์บางคนกล่าวไว้ สิ่งนี้อาจอธิบายความเสถียรของซี่ล้อได้ แม้ว่าการเคลื่อนที่ของอนุภาคจะมีความเร็วต่างกันก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ตั้งสมมติฐานว่าอันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคเจ้าพ่อเหล่านี้กับแรงไฟฟ้าสถิต อนุภาคอาจมีความเข้มข้นในบางพื้นที่หรือลอยอยู่เหนือระนาบของวงแหวน หากวงแหวนมีประจุ อนุภาคในนั้นควรจะผลักกัน แต่แรงโน้มถ่วงจะยังคงอยู่ในวงแหวน สำหรับอนุภาคขนาดใหญ่ แรงโน้มถ่วงจะมากกว่าแรงผลัก และพวกมันจะยังคงอยู่ในวงแหวน สำหรับอนุภาคขนาดเล็ก แรงผลักจะมีมากกว่า และพวกมันจะลอยอยู่เหนือระนาบของวงแหวน มีการตั้งสมมติฐานว่าสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ส่งผลต่ออนุภาคขนาดเล็กที่มีประจุเหนือวงแหวน B "จัดเรียงพวกมันเหมือนตะไบเหล็ก" หรือทำให้พวกมันเกาะติดกัน สมมติฐานอีกข้อหนึ่งอธิบายการมีอยู่ของซี่ลวดด้วยปรากฏการณ์คลื่นรอบวงแหวน ซึ่งมีอิทธิพลต่ออนุภาคขนาดเล็กในเส้นทางของคลื่น กลไกที่รับผิดชอบในการประจุของวงแหวนยังไม่ชัดเจน มีการเสนอสมมติฐานว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของชั้นบรรยากาศของดาวเสาร์หรือรังสีอัลตราไวโอเลตพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์
ภาพแสดงให้เห็นว่าวงแหวนดาวเสาร์ทั้ง 6 วงที่เคยสังเกตมาก่อนหน้านี้ (D, C, B, A, F, E - ตามลำดับระยะห่างจากดาวเคราะห์) ประกอบด้วยวงแหวนแคบจำนวนมาก เชื่อกันว่าหลังจากประมวลผลภาพเสร็จแล้ว พวกเขาสามารถนับวงแหวนแคบได้ 500 - 1,000 วง นอกจากนี้ ยังพบวงแหวนแคบๆ หลายวงในส่วนแคสสินี ซึ่งก่อนหน้านี้คิดว่าเป็นพื้นที่ที่ค่อนข้างปลอดสสาร
การถ่ายภาพการกระเจิงไปข้างหน้าแสดงให้เห็นว่าอนุภาคในวงแหวนมีขนาดตั้งแต่ไม่กี่ไมครอนไปจนถึงหลายเมตร จากลักษณะของการส่งผ่านสัญญาณวิทยุโวเอเจอร์ 1 ผ่านวงแหวน C สรุปได้ว่าขนาดของอนุภาคในวงแหวนนี้มีตั้งแต่ 10 ซม. ถึง 10 ม. และสำหรับแต่ละอนุภาคขนาด 10 ม. จะมีอนุภาคประมาณ 1,000 อัน 1 ขนาด m และอนุภาคขนาดเล็กประมาณล้านอนุภาค อนุภาคขนาดเล็กดูเหมือนประกอบด้วยน้ำแข็ง ในขณะที่อนุภาคขนาดใหญ่ดูเหมือนเป็นหิมะและมีน้ำแข็งรวมอยู่ด้วย มีรายงานในภายหลังว่าตามข้อมูลเสียงวิทยุ ขนาดอนุภาคเฉลี่ยในวงแหวน C คือ 1 ม. และบางส่วนสูงถึง 10 ม. มีข้อสังเกตว่าก่อนหน้านี้ถือว่าขนาดอนุภาคเฉลี่ยเล็กกว่า มีรายงานด้วยว่า ดังที่แสดงด้วยเสียงวิทยุและการวัดอินฟราเรด อนุภาคนั้นเป็นชิ้นส่วนของน้ำแข็งหรือซิลิเกตที่มีการเคลือบน้ำแข็ง อย่างไรก็ตาม วงแหวนส่วนใหญ่ยังบรรจุอยู่ในอนุภาคขนาดเมตร
ในบางครั้งคุณจะเห็นปรากฏการณ์ที่มีประสิทธิภาพนั่นคือการชนกันของอนุภาคขนาดใหญ่สองตัว ที่นี่ขนาดสองช่วงตึกของบ้านสวนเริ่มสัมผัสกันอย่างช้าๆ ทำให้หิมะที่หลุดลอยหลุดลอยไปจากพื้นผิว พวกเขาโชคไม่ดี: พวกเขาไม่สามารถทนต่อแรงกดดันซึ่งกันและกันเมื่อถูกกระแทกและค่อยๆ สลายไป “ภัยพิบัติ” ทั่วไปสำหรับวงแหวนด้วยความเร็วมิลลิเมตรต่อวินาที! ซากทั้งสองที่เหลืออยู่ของวัตถุดั้งเดิมยังคงเคลื่อนไหว และกองหิมะ ก้อนเนื้อ และฝุ่นหิมะที่ถูกโยนออกมาจากพวกมันค่อย ๆ กระจายไปในทิศทางที่ต่างกัน เป็นประกายในรังสีของดวงอาทิตย์ที่อยู่ห่างไกล หลังจากผ่านไปสองสามวัน อนุภาคที่ "เสียหาย" ก็จะกลับมาขยายตัวอีกครั้ง โดยกักและดูดซับก้อนหิมะขนาดเล็กจำนวนมหาศาลในวงแหวน
วงแหวน C มีความสว่างน้อยที่สุดในบรรดาวงแหวน "คลาสสิก" ทั้งสามวง (A, B และ C) เห็นได้ชัดว่าสารมีการกระจายตัวมากขึ้นที่นั่น วงแหวนที่สว่างที่สุดคือวงแหวน B ซึ่งความหนาแน่นของสสารควรมากที่สุด ในวงแหวน B อนุภาคตั้งอยู่อย่างหนาแน่นมากจนเมื่อบินไปตรงกลางเราจะมองไม่เห็นดวงดาว
นอกจากวงแหวนคลาสสิกแล้ว ภาพที่ส่งโดยยานโวเอเจอร์ 1 ยังแสดงให้เห็นวงแหวน D ใกล้กับดาวเคราะห์มากที่สุด เชื่อกันว่าก่อตัวขึ้นจากวัสดุที่ทะลุผ่านสิ่งกีดขวางที่ก่อตัวเป็นขอบด้านในของวงแหวน C
เมื่อพิจารณาจากภาพ วงแหวน F อาจมีรูปร่างค่อนข้างเป็นวงรี โดยบางส่วนของวงแหวนบาง ๆ นี้ตั้งอยู่ใกล้กับดาวเคราะห์มากกว่าส่วนอื่น ๆ วงแหวนนี้ดูเหมือนจะประกอบขึ้นจาก "เกลียว" สองหรือสามเส้นที่พันกันอย่างหลวมๆ นักวิทยาศาสตร์พบว่าเป็นการยากที่จะอธิบายปรากฏการณ์นี้ สมมติฐานหนึ่งก็คือ เนื่องจากวงแหวน F ประกอบด้วยอนุภาคฝุ่น พวกมันสามารถรับประจุไฟฟ้าจากแสงแดดหรืออนุภาคที่ได้มาจากแสงอาทิตย์ และกลายเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดเล็ก ในกรณีนี้ อันตรกิริยากับสนามแม่เหล็กของดาวเสาร์สามารถนำไปสู่การพันกันของวงแหวนได้ พบก้อนสารอยู่รอบๆ วงแหวน F หนึ่งในนั้นหนาแน่นมากจนเข้าใจผิดว่าเป็นดาวเทียมในตอนแรก การวิเคราะห์ในภายหลังแสดงให้เห็นว่านี่คือบริเวณความเข้มข้นของสสารโดยมีขนาดลักษณะเฉพาะ 100 - 200 กม. มีการเสนอว่าส่วนที่กว้างกว่าของกลุ่มนี้ถูกควบคุมโดยดาวเทียม S-13 และ S-14 ในระดับหนึ่ง หรือกลุ่มนั้นประกอบด้วยวัตถุขนาดใหญ่ซึ่งชิ้นส่วนต่างๆ จะแตกออกเนื่องจากการชนกัน ดังนั้น จึงเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นของวัสดุถูกสังเกตในบริเวณนี้ ดูเหมือนว่ากลุ่มก้อนนี้จะเคลื่อนที่ในวงโคจรรอบดาวเสาร์ สันนิษฐานว่าดาวเทียมดังกล่าว S-13 และ S-14 ซึ่งอยู่ที่ด้านใดด้านหนึ่งของวงแหวน F จะควบคุมการเคลื่อนที่ของอนุภาคในวงแหวนนี้
การสำรวจวงแหวนในขณะที่กระจายแสงไปข้างหน้าเผยให้เห็นวงแหวนอีกวงหนึ่ง ซึ่งถูกกำหนดอย่างไม่แน่นอนว่า G รัศมีวงโคจรของวงแหวน G คือ 150,000 กม. เชื่อกันว่าตั้งอยู่ใกล้วงโคจรของดาวเทียม “วงโคจรร่วม” S-10 และ S-11 เงาที่สังเกตได้บนดาวเทียมดวงใดดวงหนึ่งอาจถูกทอดทิ้งโดยวงแหวนนี้โดยเฉพาะ ภาพยังแสดงให้เห็นวงแหวน E ซึ่งอาจอยู่ห่างจากดาวดวงนี้ออกไปไกลถึง 480,000 กิโลเมตร
โดยทั่วไป ระบบวงแหวนดูเหมือนจะเป็นปรากฏการณ์ที่ค่อนข้างคงที่สำหรับดาวเสาร์ ในทางตรงกันข้าม เชื่อกันว่าวงแหวนของดาวพฤหัสบดีเป็นระบบไดนามิกที่ควบคุมตัวเองอยู่ตลอดเวลาแต่มีอายุขัยที่จำกัด เห็นได้ชัดว่าวงแหวนของดาวพฤหัสบดีมีอยู่เนื่องจากการที่วัตถุบางส่วนป้อนสสารเข้าไปในวงแหวนอย่างต่อเนื่อง หรือมีวัตถุที่ตรวจไม่พบในวงแหวนเองซึ่งก่อให้เกิดอนุภาค สำหรับวงแหวนของดาวยูเรนัสนั้น ไม่ค่อยมีใครรู้จักวงแหวนเหล่านี้
เมื่อกลับมาที่วงแหวนในหมู่พวกเขามีกระแสแคบ ๆ ที่เบี่ยงเบนไปจากวงโคจรเป็นวงกลม ขอบของวงแหวนบางวงมีรอยหยัก และพวกมันก็แกว่งไปมาภายใต้ความกดดันโน้มถ่วงของดาวเทียม การโค้งงอและก่อตัวเป็นคลื่น คลื่นเกลียว วงแหวนทรงรี การรวมตัวกันของวงแหวนแคบอย่างแปลกประหลาด... ความประหลาดใจทั้งหมดของวงแหวนนั้นยากจะบรรยาย
แคสสินีเรียนรู้อะไร?
สถานี Cassini เปิดตัวเมื่อวันที่ 15 ตุลาคม พ.ศ. 2540 เพื่อที่จะพบว่าตัวเองอยู่ในวงโคจรดาวเสาร์ แคสซินีต้องทำการเบรกที่สำคัญที่รอคอยมานาน คุณสามารถดูส่วนหนึ่งของการซ้อมรบนี้ได้ในตารางรูปภาพนี้
การซ้อมรบได้รับการคำนวณอย่างรอบคอบเมื่อนานมาแล้ว และโปรแกรมการดำเนินการทั้งหมดถูกเก็บไว้ในหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ออนบอร์ด และบัดนี้วันที่ 1 กรกฎาคม พ.ศ. 2547 ซึ่งนักออกแบบและนักวิทยาศาสตร์รอคอยก็มาถึงแล้ว เมื่อเวลา 2:11 GMT แคสสินีเคลื่อนผ่านสิ่งที่เรียกว่าโหนดขึ้นของวิถีโคจร และเอาชนะระนาบวงแหวนของดาวเสาร์ โดยเลื่อนอยู่ระหว่างวงแหวนรอบนอกบางๆ สองวงพอดี ซึ่งเรียกว่า F และ G |
|||
มันไม่น่าประทับใจเหรอ? (ถึงแม้จะเป็นภาพเล็กๆ น้อยๆ ก็ตาม) ในขณะนี้ ยานอวกาศแคสสินีได้รับภาพและข้อมูลมากมายเกี่ยวกับดาวเคราะห์ วงแหวน และดาวเทียมของดาวเสาร์แล้ว
กำเนิดวงแหวนดาวเสาร์ เชื่อกันมานานแล้วว่าดาวเทียมที่ประมาทเข้าใกล้ดาวเสาร์และถูกพลังน้ำขึ้นน้ำลงฉีกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย แต่ข้อมูลของยานโวเอเจอร์หักล้างความเชื่อที่เป็นที่นิยมนี้ ปัจจุบันมีการพิสูจน์แล้วว่าวงแหวนของดาวเสาร์ (และดาวเคราะห์อื่นๆ ด้วย) เป็นซากของเมฆดาวเคราะห์ดวงใหญ่ที่มีความยาวหลายล้านกิโลเมตร |