Pierścienie Saturna to cecha nader charakterystyczna tej planety. Saturn, choć nie jest jedynym obiektem z pierścieniami w Układzie Słonecznym, z pewnością posiada najjaśniejszą i największą strukturę tego rodzaju w naszym bliskim sąsiedztwie.
Studiując fotografie Saturna, nie sposób przeoczyć ogromnego systemu pierścieni planetarnych, jakie otaczają planetę. Ich średnica jest ponad dwukrotnie większa od średnicy samej planety. Obecnie wiemy, że układ pierścieni Saturna jest miejscem, w którym znajduje się wiele naturalnych satelitów tej planety. Nie tworzą one rzecz jasna struktury pierścieni samej w sobie.
Zatem z czego zbudowane są pierścienie Saturna? Ile ich jest? Jakie są powody tego, że Saturn posiada pierścienie planetarne? Jaka przyszłość czeka tę strukturę? Choć wiele z tych pytań wciąż czeka na dokładne odpowiedzi, w tym artykule postaramy się przybliżyć wszystko, co nauka ma do powiedzenia na temat charakterystycznej cechy tego gazowego olbrzyma.
Pierścienie Saturna – co to jest?
Omawiany rozbudowany układ Saturna jest przykładem jasnych i wyraźnych pierścieni planetarnych. Są to struktury, które zawierają biliony cząsteczek pyłu oraz innych małych elementów (jak choćby lód lub skały). Pierścienie planetarne są związane grawitacyjnie z daną planetą, przez co orbitują dookoła niej. Najczęściej struktury tego rodzaju, choć mogą mieć ogromne rozmiary pod względem średnicy, są przy tym niezwykle cienkie.
Dobrym przykładem będzie tu sam Saturn. Choć struktura jego pierścieni ma średnice setek tysięcy kilometrów, sama ich grubość najczęściej nie przekracza kilometra. W wielu innych miejscach mają przy tym raptem 10 metrów grubości.
Pierścienie planetarne nie są charakterystyczną cechą jedynie omawianej tu planety. Choć układ ten wyróżnia się na tle innych planet, wszystkie gazowe olbrzymy Układu Słonecznego również je posiadają. Oznacza to, że swoje pierścienie ma również Jowisz, Uran oraz Neptun. To jednak nie wszystko, ponieważ pierścienie posiadają również mniejsze ciała niebeskie. Zaliczamy do nich planety karłowate (Haumea), planetoidy (Chariklo) lub nawet egzoplanety (J1407b, o której więcej w dalszej części artykułu).
Kiedy pojawiły się pierścienie wokół Saturna?
Ile lat mają pierścienie Saturna? To kwestia, która sprawia wiele problemów naukowcom zajmującym się astronomią. Początkowo dominowała teoria, która określała ich wiek jako bardzo stary. Zakładano, że same pierścienie powstały razem lub krótko po uformowaniu się Saturna. Dane zebrane przez sondę Cassini-Huygens sprawiły jednak, że kwestie uformowania się pierścieni Saturna trzeba było zrewidować.
-75%
I to znacznie, ponieważ według najnowszych badań wiek pierścieni, nie jest starszy niż 100 milionów lat. Biorąc pod uwagę wiek Saturna (około 4,5 miliarda lat), oznacza to, że pierścienie planetarne są niezwykle młodą formacją. Badacze nie wykluczają nawet tego, że do ich powstania mogło dojść nawet około 10 milionów lat temu – co jest praktycznie mgnieniem oka w skali czasowej kosmosu.
Skąd wzięły się pierścienie Saturna?
Odpowiedź na to pytanie również nie może być dokładna, ponieważ co do powodów powstania układu pierścieni wciąż dysponujemy jedynie teoriami. Jedna z nich zakłada, że są one pozostałością po jednym z księżyców Saturna. Satelita ten miał przekroczyć granicę Roche’a i zostać rozerwany przez siły pływowe Saturna. Postuluje się, że jego zewnętrzne warstwy zawierające lód stanowią dziś pierścienie Saturna.
Nie zostały one pochłonięte przez planetę, ale związane grawitacją i uwięzione na orbicie. Z czasem, ulegając licznym kolizjom, zostały rozdrobnione i wypełniły poszczególne pierścienie. Teoria ta ma licznych zwolenników, biorąc pod uwagę fakt, że głównym materiałem wypełniającym pierścienie jest właśnie lód. Lód jest również jednym z głównych materiałów tworzących księżyce Saturna.
Pod uwagę brana jest również inna ewentualność. Rozmiary Saturna sprawiają, że planeta jest istną „pułapką” dla mniejszych ciał niebieskich. Wszelkie komety, asteroidy, fragmenty skał, pył przelatujący obok planety są „łapane” przez jej grawitację, po czym pozostają na orbicie planety. Orbita Saturna przez miliardy lat stała się ciasnym miejscem, aż wreszcie zagęszczenie materiału stało się przeogromne. Pomniejsze ciała niebieskie wchodziły ze sobą w kolizję, rozpadając się na mniejsze struktury. Przez miliony lat fragmenty skał, lodu i wszystkiego innego uległy spłaszczeniu i uformowały pierścienie.
Ile Saturn ma pierścieni?
Podanie dokładnej liczby pierścieni jest w zasadzie niemożliwe z kilku względów. Przede wszystkim część pierścieni jest gorzej widoczna niż pozostałe, a co więcej, występują między nimi szczeliny. Gęste „upakowanie” zarówno pierścieni, jak i szczelin oraz problemy z detekcją sprawiają, że dokładne określenie liczby pierścieni jest zbyt trudne. Nie oznacza to jednak, że naukowcy nie stworzyli głównego podziału układu pierścieni najbardziej widocznych.
Sprawdź też: Ciekawostki o kosmosie – poznaj te najciekawsze
Astronomia wyróżnia siedem głównych układów pierścieni Saturna – które dzielą się jeszcze na kolejne podpierścienie. Są one oznaczone literami, w kolejności od momentu wykrycia. Licząc więc od samego Saturna, są to kolejno D, C, B, A, F, G oraz E. Co warte odnotowania, nie każdy z nich jest tak samo jasny, jak i nie posiada takich samych proporcji co do struktury. Poniżej omawiamy każdy z osobna, według kolejności ich lokalizacji od Saturna.
- Pierścień D – najbardziej wewnętrzna struktura spośród wszystkich pierścieni. Jest to słabo widoczny pierścień, który tworzą cztery podpierścienie.
- Pierścień C – pierwszy szeroki pierścień, jednak jego kompozycja sprawia, że nie jest przesadnie wyraźny na tle pierścienia D. Odkryty został w 1850 roku. W jego skład wchodzą zdecydowanie „ciemniejsze” składniki, ponieważ jego struktura jest przyćmiewana przez pierścień B, do którego praktycznie przylega. Pierścień C zawiera dwie szczeliny określane mianem Przerwy Colombo i Przerwy Maxwella.
- Pierścień B – prawdziwy kolos, który na tle pozostałych wyróżnia się pod względem masy, jasności oraz rozmiarów. Nie posiada on żadnych przerw a co więcej, w wybranych miejscach ma nawet do 2,5 km grubości.
- Pierścień A – kolejny masywny pierścień, który wyróżnia się pod względem jasności. W jego obrębie panuje wysokie zagęszczenie materiału w postaci drobnych ciał niebieskich. To sprawia, że w jego obrębie występują lokalne zagęszczenia materiału, który z czasem ulega przemieszczeniom.
- Pierścień F – wąski pierścień znajdujący się na obrzeżach pierścienia A. Panuje w nim wysokie zagęszczenie materii, na co wpływ ma oddziaływanie dwóch pobliskich księżyców: Pandory oraz Prometeusza.
- Pierścień G – wąska (choć szersza od pierścienia F) struktura, która nie jest mocno widoczna. Znajduje się w znacznej odległości od poprzednika. W jego obrębie krąży niewielki księżyc Aegaeon. Naukowcy uważają, że jest on głównym źródłem materii dla tego pierścienia.
- Pierścień E – najbardziej odległa struktura od planety. Pierścień E jest największym pierścieniem planetarnym w naszym Układzie Słonecznym. Jego szerokość jest ogromna – pierścień ten obejmuje swoim zakresem obszar od Mimasa do Tytana, dwóch księżyców Saturna. Dzieląca je odległość wynosi około miliona kilometrów. Jego ogromne rozmiary są tłumaczone wysoką aktywnością kriowulkaniczną na Enceladusie, która stale dostarcza materii do pierścienia.
Pierścień Febe
Niezwykle cienki pierścień, który odkryty został w 2009 roku wewnątrz orbity Febe, jednego z dalszych księżyców Saturna. Wraz z jego odkryciem przyjmuje się, że pierścień Febe powinien być zaliczany do pozostałych pierścieni Saturna. Pomimo ogromnych rozmiarów jest on praktycznie niewidoczny. Jest tak ze względu na charakterystyczną kompozycję pierścienia Febe.
Przede wszystkim pierścień ten jest zbudowany z niezwykle małych obiektów – badacze przypuszczają, że jego kompozycja składa się z materiałów w skali mikroskopowej. Dane zebrane przez sondy sugerują, że obiekty mające średnicę większą niż 10 cm stanowią mniej niż 10% stanu materiałowego pierścienia. Obliczenia związane z obszarem lokalizacji pierścienia Febe sugerują, że rozciąga się on od Iapetusa aż do odległości wyznaczonej przez 270 średnic Saturna.
Sprawdź też: Ile trwa lot na Marsa – wszystko o podróży na Marsa. Ile się tam leci i kiedy to będzie możliwe?
Przyszłość pierścieni Saturna: czy pierścienie Saturna znikają?
Niestety, uroda, jaką nadają Saturnowi jego pierścienie, nie będzie trwać wiecznie. Proces zaniku tych struktur trwa właściwie cały czas, choć nie można tu mówić o zwykłym rozrzedzaniu lub uciekaniu materiału w przestrzeń. Saturn sam z siebie „pochłania” pierścienie, które przyciągane są mocą ogromnej siły grawitacyjnej planety.
Naukowcy z NASA określili ten proces jako „deszcz pierścieni”, który stale opada w kierunku Saturna. Obliczenia wskazują na to, że materiał w postaci wody, jaki odbierany jest pierścieniom przez grawitację, mógłby wypełnić cały basen olimpijski w ciągu pół godziny. Proces ten jest nie do zatrzymania, a według kalkulacji naukowców, Saturn straci w ten sposób swoje wewnętrzne pierścienie w przeciągu następnych 100 milionów lat. Jest to niezwykle krótki czas, po którego upływie wchłonięte zostaną struktury do pierścienia A, który ulegnie znacznemu rozrzedzeniu. NASA zakłada, że system pierścieni ulegnie całkowitemu pochłonięciu przez planetę w ciągu 300 milionów lat.
Według przewidywań obecny układ pierścieni Saturna znajduje się w środku na swojej „osi czas istnienia”. Pierścienie są jednak tylko tymczasową cechą planety, która z czasem ulega zanikowi. Przykładem tego procesu są Jowisz, Uran oraz Neptun. Każde z tych ciał niebieskich posiada układ słabych pierścieni. W przeszłości jednak planety te mogły posiadać podobne (być może nawet bardziej rozbudowane) pierścienie planetarne.
Jak wielkie są pierścienie Saturna?
Średnica samego Saturna pozbawionego pierścieni wynosi około 116 tysięcy kilometrów. Obecność układu pierścieni znacznie ją zwiększa, ponieważ średnica całej planety rośnie wtedy do 282 tysięcy kilometrów – czyli ponad dwukrotnie. Saturn ze swoim układem pierścieni z powodzeniem zmieściłby się w przestrzeni, jaką Ziemia dzieli z Księżycem.
Sprawdź też: Układ słoneczny – jakie planety wchodzą w jego skład? Wszystkie planety układu słonecznego
Należy jednak pamiętać, że główne pierścienie Saturna są niezwykle cienkie. Pomimo ogromnych rozmiarów, struktury te w zdecydowanej większości nie przekraczają kilometra grubości. Oznacza to, że mając model planety o szerokości jednego metra, jego pierścienie byłyby 10 tysięcy razy cieńsze niż szerokość żyletki.
Kolor pierścieni Saturna
Pod względem barw, pierścienie Saturna cechuje spore zróżnicowanie. Kolory, jakie możemy dostrzec to odcienie delikatnego różu, szarości, brązu, bieli oraz czerni. O danym odcieniu decyduje skład chemiczny lodu, który stanowi główny składnik układu pierścieni. Kolor biały oznacza, że w danym miejscu znajduje się czysty lód, podczas gdy inne kolory sugerują, że doszło tam do zanieczyszczenia lodu innymi związkami.
W momencie padania światła słonecznego na materiał, cząsteczki odbijają je w różny sposób, co prowadzi do pojawiania się różnego rodzaju kolorów. Znaczący wpływ na to mają również inne składniki, jak choćby węgiel, który pochodzi z przechwyconych przez grawitację planety asteroid. Saturn to jedyna planeta z pierścieniami w naszym układzie słonecznym, które są tak wyraźne.
J1407b – egzoplaneta z ogromnym układem pierścieni
Około 454 lata świetlne od Układu Słonecznego znajduje się gwiazda V1400 Centauri. Obiekt ten przypomina naszą lokalną gwiazdę, ale jest od niej znacznie młodszy. Uwagę naukowców przyciąga jednak nie sama gwiazda, ale jej towarzysz w postaci egzoplanety. Obiekt ten nosi nazwę J1407b i posiada rozbudowany system pierścieni, który jest znacznie większy i cięższy niż ten, który ma Saturn.
Planeta odkryta w 2012 roku jest częstym obiektem badań. W ich toku stwierdzono, że system składa się z ponad 30 pierścieni, spośród których praktycznie każdy ma szerokość wielu milionów kilometrów. Gdyby Saturn posiadał taki sam układ pierścieni, byłby on z łatwością widoczny z Ziemi w nocy, górując rozmiarami nad Księżycem.
Badania nad systemem wskazują, że J1407b posiada 200 razy większy układ pierścieni niż Saturn. Obliczenia wskazują, że ma on zawrotne 120 milionów kilometrów średnicy. Z tego względu, a także właściwości samej planety (jest znacznie większa niż nasze lokalne gazowe olbrzymy) egzoplaneta jest określana mianem Super-Saturna.
Jak dużą ilość materii jest potrzebna do wypełnienia tak ogromnych pierścieni? Najprawdopodobniej tyle samo, ile ma cała nasza planeta. Tak wysoka ilość materii sprawia, że w momencie odpowiedniego ustawienia się egzoplanety (tak, że zasłania ona gwiazdę), pierścienie pochłaniają 95% światła emitowanego przez gwiazdę.
Pierścienie wokół Saturna to jeden z najbardziej charakterystycznych elementów naszego Układu Słonecznego. Struktura ta z pewnością dodaje blasku temu gazowemu olbrzymowi. W komosie jednak istnieją znacznie masywniejsze pierścienie planetarne, czego dowodem jest J1407b. Być może w przyszłości astronomom uda się odszukać obiekty z jeszcze większymi pierścieniami?
