Saturn rings hystory

Направив свой телескоп на Сатурн (в 1610 г.), Галилео Галилей

увидел то, что мог увидеть в свой примитивный (по современным меркам) прибор: два больших горба по бокам этой планеты. Так как незадолго до этого он наблюдал четыре спутника Юпитера и понял, что это именно спутники, разумно допустить, что и о горбах он подумал то же самое. Но спутникам положено периодически прятаться за (или перед) планетой. Сатурн же ночь за ночью оставался неизменным. Озадаченный Галилей прибег к модному в эпоху Возрождения способу закрепления приоритета: составил анаграмму из фразы рисунок Галилея

"я видел высочайшую планету тройной" (s m a i s m r m i l m e p o e t a l e u m i b u n e n u g t t a u i r a s) и послал ее другим наблюдателям, в том числе Иоганну Кеплеру. К 1612 году горбы у Сатурна исчезли (кольцо повернулось к Земле ребром), о чем Галилей не преминул написать в одном из своих писем. Он также предсказал, что горбы вновь появятся. В 1623 г. он опубликовал рисунок (без каких-либо комментариев), по которому можно догадаться, что он так и не понял, что увидел. В 1655 году Христиан Гюйгенс, построив значительно более совершенный телескоп, понял наконец, что это именно кольцо. Хотя предыдущая теория (Гевелиуса) представляла Сатурн как эллипсовидную планету с двумя ручками по бокам, теория с кольцом казалось тогда столь невероятной, что и Гюйгенс прибег к тайнописи, разместив в одной из публикаций зашифрованный текст: "он окружен тонким и плоским кольцом, нигде не соприкасающимся с ним и наклоненным к эклиптике". Спустя три года Гюйгенс

все же решился опубликовать "открытую" работу о кольце - Systema Saturnium, после чего был подвергнут насмешкам со стороны тогдашнего научного сообщества, хотя кольцо описывалось в работе очень грамотно и доходчиво (см. иллюстрации вверху и внизу). Уже в 1665 году английский астроном Уильям Болл заметил в середине кольца темную линию, которую гораздо позже назвали делением Кассини. Хотя уже сын Кассини предположил, что кольца состоят из большого количества метеоритов, такая гипотеза еще очень долго оставалась не самой популярной. В XVIII-XIX веках астрономы неоднократно сообщали о других полосах, разделяющих кольцо. Самое большое (после Кассини), обнаруженное (в кольце А ближе к его внешнему краю) Иоганном Энке, назвают делением Энке. Иммануил Кант, автор космогонической теории, господствовавшей почти два столетия, описал в 1755 г. кольцо как дифференциально вращающийся диск, состоящий из сталкивающихся частиц и разделенный на множество узких колечек. В XIX веке Василий Яковлевич Струве, директор Пулковской обсерватории, большой научный авторитет, предложил внешнее кольцо называть А, внутреннее - В. Когда в 1838 году Иоганн Готфрид Галле (из Берлинской обсерватории) обнаружил еще одно очень разреженное кольцо, расположенное внутри кольца В, его назвали кольцом С или креповым кольцом. Гюйгенс думал, что кольцо у Сатурна монолитное. Еще примерно столетие большинство ученых придерживалось этой же точки зрения, а деление Кассини считало просто темной полосой. Хотя не отметалась и дискретная гипотеза. В немецком учебнике по естественным наукам, вышедшим в 1776 г., записано следующее: "Полагают, что кольцо вокруг Сатурна состоит из большого числа сатурновых спутников, пребывающих в соседстве". Следующий серьезный вклад в теорию внес Пьер Симон Лаплас. Собственно уже давно были известны законы Кеплера (с начала XVII века), из которых следовало, что угловая скорость вращающихся на орбите тел зависит от высоты орбиты. Спутник, имеющий низкую орбиту, будет делать больше оборотов в единицу времени, чем спутник с более высокой орбитой. Внутренняя часть кольца поэтому будет стремиться вращаться быстрее, а внешняя - медленнее. Возникшие в результате так называемые приливные силы разрушат кольцо, состоящее из любого мыслимого материала. Лаплас предложил модель из множества узких колечек переменной ширины, каждое из которых вращается с соответствующей высоте его орбиты скоростью. В 1857 г. Джеймс Клерк Максвелл пересчитал модель Лапласа и выяснил, что устойчивыми могут оказаться лишь колечки, к каждому из которых приклеен небольшой спутник, в 4,5 раза превосходящий колечко по массе. Видимо, такая картина показалась ему уж совсем нелепой и он написал: "Единственная жизнеспособная система колец сводится к бесчисленному количеству несвязанных частичек, обращающихся вокруг планеты с различными скоростями. <...> Эти частицы могут быть собраны в систему узких колец..." Под частичками можно было понимать и газ, и жидкость, и твердые тела различного (не очень большого) размера. Софья Васильевна Ковалевская привела математические доказательства в пользу последнего варианта. Ученик Струве Аристарх Аполлонович Белопольский в 1895 г., изучая кольца Сатурна с помощью только что созданного прибора спектрографа (основанного на эффекте Доплера), измерил скорости движения частичек в разных частях кольца. Каждая частичка двигалась, как оказалось, по своей орбите в соответствии с законами Кеплера. В том же году аналогичные измерения были сделаны в других обсерваториях. Идея о системе узких колечек к тому времени была отметена как не имеющая под собой научной основы. В 1958 г. была открыта азимутальная ассиметрия яркости колец: при фиксированном угле зрения яркость секторов кольца, расположенных под прямым углом друг к другу, различается на 40%. В ноябре 1980 г. окрестностей Сатурна достигла американская межпланетная станция "Вояджер-1". Она, а позже и "Вояджер-2", передали на Землю телеизображения колец, сделанные с высоким разрешением. Оказалось, что Лаплас и его последователи были недалеки от истины: кольца представляют собой систему отдельных очень узких колечек, количество которых измеряется сотнями (возможно, их больше тысячи). "Вояджеры" прояснили некоторые загадки колец, но, как всегда, поставили много новых вопросов.





История открытия колец Сатурна
Направив свой телескоп на Сатурн (в 1610 г.), Галилео Галилей увидел то, что мог увидеть в свой примитивный (по современным меркам) прибор: два больших горба по бокам этой планеты. Так как незадолго до этого он наблюдал четыре спутника Юпитера и понял, что это именно спутники, разумно допустить, что и о горбах он подумал то же самое. Но спутникам положено периодически прятаться за (или перед) планетой. Сатурн же ночь за ночью оставался неизменным. Озадаченный Галилей прибег к модному в эпоху Возрождения способу закрепления приоритета: составил анаграмму из фразы "я видел высочайшую планету тройной" (s m a i s m r m i l m e p o e t a l e u m i b u n e n u g t t a u i r a s) и послал ее другим наблюдателям, в том числе Иоганну Кеплеру. К 1612 году горбы у Сатурна исчезли (кольцо повернулось к Земле ребром), о чем Галилей не преминул написать в одном из своих писем. Он также предсказал, что горбы вновь появятся. В 1623 г. он опубликовал рисунок (без каких-либо комментариев), по которому можно догадаться, что он так и не понял, что увидел. В 1655 году Христиан Гюйгенс, построив значительно более совершенный телескоп, понял наконец, что это именно кольцо. Хотя предыдущая теория (Гевелиуса) представляла Сатурн как эллипсовидную планету с двумя ручками по бокам, теория с кольцом казалось тогда столь невероятной, что и Гюйгенс прибег к тайнописи, разместив в одной из публикаций зашифрованный текст: "он окружен тонким и плоским кольцом, нигде не соприкасающимся с ним и наклоненным к эклиптике". Спустя три года Гюйгенс все же решился опубликовать "открытую" работу о кольце - Systema Saturnium, после чего был подвергнут насмешкам со стороны тогдашнего научного сообщества, хотя кольцо описывалось в работе очень грамотно и доходчиво (см. иллюстрации вверху и внизу). Уже в 1665 году английский астроном Уильям Болл заметил в середине кольца темную линию, которую гораздо позже назвали делением Кассини. Хотя уже сын Кассини предположил, что кольца состоят из большого количества метеоритов, такая гипотеза еще очень долго оставалась не самой популярной. В XVIII-XIX веках астрономы неоднократно сообщали о других полосах, разделяющих кольцо. Самое большое (после Кассини), обнаруженное (в кольце А ближе к его внешнему краю) Иоганном Энке, назвают делением Энке. Иммануил Кант, автор космогонической теории, господствовавшей почти два столетия, описал в 1755 г. кольцо как дифференциально вращающийся диск, состоящий из сталкивающихся частиц и разделенный на множество узких колечек. В XIX веке Василий Яковлевич Струве, директор Пулковской обсерватории, большой научный авторитет, предложил внешнее кольцо называть А, внутреннее - В. Когда в 1838 году Иоганн Готфрид Галле (из Берлинской обсерватории) обнаружил еще одно очень разреженное кольцо, расположенное внутри кольца В, его назвали кольцом С или креповым кольцом. Гюйгенс думал, что кольцо у Сатурна монолитное. Еще примерно столетие большинство ученых придерживалось этой же точки зрения, а деление Кассини считало просто темной полосой. Хотя не отметалась и дискретная гипотеза. В немецком учебнике по естественным наукам, вышедшим в 1776 г., записано следующее: "Полагают, что кольцо вокруг Сатурна состоит из большого числа сатурновых спутников, пребывающих в соседстве". Следующий серьезный вклад в теорию внес Пьер Симон Лаплас. Собственно уже давно были известны законы Кеплера (с начала XVII века), из которых следовало, что угловая скорость вращающихся на орбите тел зависит от высоты орбиты. Спутник, имеющий низкую орбиту, будет делать больше оборотов в единицу времени, чем спутник с более высокой орбитой. Внутренняя часть кольца поэтому будет стремиться вращаться быстрее, а внешняя - медленнее. Возникшие в результате так называемые приливные силы разрушат кольцо, состоящее из любого мыслимого материала. Лаплас предложил модель из множества узких колечек переменной ширины, каждое из которых вращается с соответствующей высоте его орбиты скоростью. В 1857 г. Джеймс Клерк Максвелл пересчитал модель Лапласа и выяснил, что устойчивыми могут оказаться лишь колечки, к каждому из которых приклеен небольшой спутник, в 4,5 раза превосходящий колечко по массе. Видимо, такая картина показалась ему уж совсем нелепой и он написал: "Единственная жизнеспособная система колец сводится к бесчисленному количеству несвязанных частичек, обращающихся вокруг планеты с различными скоростями. <...> Эти частицы могут быть собраны в систему узких колец..." Под частичками можно было понимать и газ, и жидкость, и твердые тела различного (не очень большого) размера. Софья Васильевна Ковалевская привела математические доказательства в пользу последнего варианта. Ученик Струве Аристарх Аполлонович Белопольский в 1895 г., изучая кольца Сатурна с помощью только что созданного прибора спектрографа (основанного на эффекте Доплера), измерил скорости движения частичек в разных частях кольца. Каждая частичка двигалась, как оказалось, по своей орбите в соответствии с законами Кеплера. В том же году аналогичные измерения были сделаны в других обсерваториях. Идея о системе узких колечек к тому времени была отметена как не имеющая под собой научной основы. В 1958 г. была открыта азимутальная ассиметрия яркости колец: при фиксированном угле зрения яркость секторов кольца, расположенных под прямым углом друг к другу, различается на 40%. В ноябре 1980 г. окрестностей Сатурна достигла американская межпланетная станция "Вояджер-1". Она, а позже и "Вояджер-2", передали на Землю телеизображения колец, сделанные с высоким разрешением. Оказалось, что Лаплас и его последователи были недалеки от истины: кольца представляют собой систему отдельных очень узких колечек, количество которых измеряется сотнями (возможно, их больше тысячи). "Вояджеры" прояснили некоторые загадки колец, но, как всегда, поставили много новых вопросов.
	Страница из "Systema Saturnium" Гюйгенса, где он приводит шифр к своей тайнописи и расшифрованный текст о наличии у Сатурна кольца, снабжая его четкой иллюстрацией.
	Схема из книги Гюйгенса, поясняющая наблюдаемые с Земли периодические изменения видимой формы кольца наклоном их к плоскости эклиптики (см. также наверху).
кольца Сатурна