NASA на Сатурне. Двенадцатая часть: спицы в кольца вставляют молнии

Ультрафиолетовый снимок колец B (слева) и C (справа). Голубым показан более "чистый" лёд, красным — более "грязный", с большим количеством микрочастиц. Их высокое содержание является одной из причин возникновения "спиц" (фото NASA/JPL/University of Colorado).

Едва астрономы заметили какие-то полосы на кольцах Сатурна, как эти структуры перестали появляться. А потом снова стали регулярно давать о себе знать, но лишь спустя четверть века. Их сравнивали то с лучами, то со спицами, но понимания это не добавляло. Прямо не спицы, а палки в колёса. Но сейчас разгадка стала намного ближе.

Недавнее открытие таинственной дырки в Сатурне озадачило учёных, и им удалось найти аналоги этого явления только на Земле. Как ни странно, но чтобы разобраться с другой сатурновской головоломкой — «спицами» в кольцах, — астрономам опять пришлось прибегнуть к знаниям о родной планете.

«Спицы» впервые обнаружили аппараты Voyager I и II, которые пролетали рядом с Сатурном в 1980 и 1981 годах.

Эти структуры похожи на тёмные или светлые полоски шириной порядка 100 километров и протяжённостью до 20 тысяч километров. Они непостоянны: формируются за какие-то несколько часов, а ещё через несколько часов исчезают. А иногда их вообще не бывает: например, в период между 1998 и 2004 годами ничего подобного не наблюдалось. Снова они появились только в сентябре прошлого года, и аппарат Cassini стал периодически передавать их изображения.

Один из самых известных ранних снимков сатурнианских «спиц», сделанный аппаратом Voyager II 22 августа 1981 года. Полоски возникли в кольце B и просуществовали в более-менее чётком виде на протяжении двух-трёх оборотов кольца (фото NASA).

Тринадцать учёных из Германии, Тайваня, США и Великобритании нашли объяснение загадочным аномалиям, время от времени возникающим в сатурнианских кольцах. Вердикт специалистов гласит: в этом повинны мощнейшие разряды молний в атмосфере газового гиганта.

Согласно концепции, разработанной Джерейнтом Джонсом (Geraint Jones) из института исследований Солнечной системы Макса Планка (Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung) и его коллегами, изменения облика колец происходят из-за электронных пучков. Источник последних — молнии на Сатурне, которые куда мощнее земных.

Группа полос, сформировавшихся в сентябре. На этом и на многих других снимках «спицы» выглядят светлыми, но могут быть и тёмными — это зависит от угла, под которым «смотрит» Cassini (фото NASA/JPL/Space Science Institute).

Образующиеся при этом свободные электроны врезаются в кольца, в которых, помимо более-менее крупных глыб и камушков, есть и совсем мелкие частицы. Они имеют радиус всего около 0,6 микрометра и наэлектризованы. В результате электроны «выбивают» из колец эти крупицы, что приводит к возникновению радиальных полос — наподобие спиц в колёсах.

Как доказывают исследователи, все это происходит за счёт сил электростатического взаимодействия. Однако окончательного представления о том, откуда микрочастицы в кольцах получили ненулевой заряд, пока не сложилось.

«Спицы увидены снова!» — такого рода восторженными заголовками NASA начинает свои пресс-релизы об этом, так и не понятом до конца, явлении. Снимки спиц сделаны 23 июля (вверху) и 24 сентября (внизу) (фото NASA/JPL/Space Science Institute).

Ранее существовала теория, согласно которой метеориты врезались в кольца, что становилось причиной электризации частиц. Но это, утверждает Джонс, не может объяснить расположение полос: маловероятно, что несколько метеоритов могли бы столкнуться с кольцами в такой упорядоченной последовательности, чтобы их следы могли складываться в линии.

Идея, предложенная Джонсом, является умозрительной — пока никто не видел, чтобы электронные пучки Сатурна действовали на его окружение. Но исследователи говорят, что эта теория может объяснить странные явления в кольцах, к тому же она вписывается в представления о происходящем при грозах на Земле.

На октябрьском снимке полосы уже немного «расползлись». Но «место действия» прежнее — кольцо B (фото NASA/JPL/Space Science Institute).

Обычно молнии на нашей планете возникают в результате разряда между облаками и поверхностью. Но сценарий может быть иным. Под воздействием космических лучей верхние слои атмосферы ионизируются, и освободившиеся электроны вырываются во внешнее пространство вдоль линий магнитного поля Земли.

Грозовые бури также происходят во внешних слоях атмосферы Сатурна, и Джонс уверен, что там имеет место точно такое же явление. И, как результат, всё это сказывается на кольцах.

Молния на Сатурне вызывает выброс электромагнитной энергии в широком диапазоне, в том числе и на радиоволнах. Некоторые волны движутся вверх, и Cassini регистрирует их с помощью специальной аппаратуры, предназначенной для изучения плазмы и радиоволн (иллюстрация NASA/JPL/University of Iowa).

Линии магнитного поля, проходящие от 43-52 градусов северной широты до 38-46 градусов южной, смещают электронные пучки к кольцу B, фрагменты которого движутся с той же угловой скоростью, что и сама планета. Это значит, что пока длится грозовой шторм, в кольце будет формироваться и поддерживаться «спица».

Электронные пучки, возникающие на иных широтах, взаимодействуют с другими кольцами, скорости которых отличны от скорости Сатурна. Именно по этой причине полоски хорошо видны только в кольце B. Они есть и в других частях, но более расплывчатые. Это, в целом, укладывается в концепцию исследовательской группы Джонса.

Динамика изменения «спиц». Это, кстати, первые снимки загадочных полос, сделанные в прошлом году после 25-летнего «затишья» (фото NASA/JPL/Space Science Institute).

Впрочем, дальнейшие доказательства, наверное, уже не за горами: Cassini удалось зарегистрировать по крайней мере два потока электронов, выпущенных в космос сатурнианскими молниями.

Более точные факты предоставят наблюдения за молниями на Сатурне, хотя это будет и непросто. «Я точно не знаю, как грозовые бури могут выглядеть на Сатурне, — говорит Джонс и добавляет: — И вообще, я не уверен, что кто-нибудь может это знать».

Продолжение следует.



Суперкомпьютер информирует: нас окружают тёмные невидимки

23 ноября 2006

Космонавт сыграл в гольф в открытом космосе

23 ноября 2006

Марсианский спутник практически потерян

22 ноября 2006

Взрывы звёзд приоткрыли тёмное прошлое энергии Вселенной

20 ноября 2006

Остатки звезды попались за созданием космических лучей

16 ноября 2006