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

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.

Статья получена: Membrana.ru