PRSTENOVI SATURNA

Zlatan Gavrilović Kovač

PRSTENOVI

Teleskopski gledano, Saturnovi prstenovi ga čine vjerojatno najljepšim

objektom na cijelom nebu. Mali instrument će ih

dobro prikazati kada su prikladno postavljeni, iako

većinu našeg detaljnog znanja o njima

dobiveno je iz svemirskih sondi. U osnovi, prstenovi su

sastavljeni od bezbrojnih čestica i 'ledenih brijegova', veličine od fine prašine do malih kuća. Sastavljeni su

od labavo zbijenih snježnih grudvi vodenog leda, iako blagi

efekti boje ukazuju na to da može postojati mala količina

stjenovitog materijala.

Isto tako se može reći da su prstenovi sastavljeni od elektrolita, zapravo bilo bi točnije reći od cryofleničkih tekućina koje su poznate po superprovodljivosti na ekstremno niskim temperaturama nižim od -150 stupnjeva celzijusa

Također to područje ima vodika.

Na niskim temperaturama, vodik je obično izolator, što znači da ima slabu električnu vodljivost. Međutim, pod ekstremnim tlakom, vodik se može transformirati u metalno stanje i postati dobar vodič. Teoretski se pretpostavlja da ova metalna faza postoji u unutrašnjosti divovskih planeta poput Jupitera i Saturna.

Ukupna masa sustava prstenova je iznenađujuće mala;

kada bi se sve čestice mogle kombinirati, činile bi

satelit ne veći od 300 km u promjeru. Iako su

vrlo opsežni - glavni sustav ima ukupni promjer

preko 270 000 km - vrlo su tanki; debljina ne može

biti veća od 200 m, a vjerojatno je i manja. Rečeno je

da ako bi se model sustava napravio od materijala

debljine kovanice , ukupni promjer bio bi

reda veličine 15-20 km. Podrijetlo prstenastog sustava je

neizvjesno. Možda je nastao od materijala 'preostalog', da tako kažem, kada je sam Saturn formiran, ili je možda

nastao raspadom bivšeg ledenog satelita koji je

lutao preblizu planetu i doslovno je rastrgan.

Prstenovi se zasigurno u potpunosti nalaze unutar Rocheove granice od

Saturna.

Prstenovi su mnogo složeniji nego što se vjerovalo

prije misija Pioneer i Voyager. Umjesto da budu

manje-više homogeni, utvrđeno je da su

sastavljeni od tisuća malih kolutića i uskih praznina.

Genijalan eksperiment proveden je s Voyagera 2,

1981. godine. Kao što se vidjelo iz svemirske letjelice, zvijezda treće magnitude

Delta Škorpiona bila je zaklonjena prstenovima.

Očekivalo se

da će biti relativno malo 'treptanja',

jer bi svjetlost zvijezda probijala kroz sve praznine, ali bi bila

blokirana materijalom prstena. Zapravo, zabilježene su tisuće 'treptanja',

i čini se da ima vrlo malo praznog prostora

bilo gdje u glavnom sustavu prstenova.

Takozvani Prsten D nije pravi prsten i nema

oštar unutarnji rub; čestice se mogu protezati prema dolje gotovo

do vrhova oblaka. Prsten C, ili Sumračni prsten,

širok je preko 17 000 km i ima različite praznine, uključujući dvije

širine 200 i 300 km; vanjska praznina

sadrži uzak, gušći i blago ekscentričan sjajni prsten,

90 km širine. U prosjeku, čestice C-prstena čine se

promjera oko 2 min.

Glavni prsten je, naravno, Prsten B, gdje čestice

veličine variraju od 10 cm do oko 1 m. Čestice

su crvenije od onih u C prstenu i D području;

temperature se kreću od -180 ◦C na sunčevoj svjetlosti do

-200 ◦C u sjeni. Također je utvrđeno da postoji

oblak neutralnog vodika koji se proteže do 60 000 km iznad i ispod ravnine prstena. Voyagerove slike pokazale su čudne radijalne

žbice u prstenu B -- usput rečeno, prikazane mnogo godina ranije

na crtežima E. E. Barnarda i E. M. Antoniadija

-- a one su odlučno zbunjujuće, jer logički se ne bi trebale

takve značajke formirati; razlika u periodu rotacije

između unutarnjeg i vanjskog ruba prstena je preko

3 sata -- a ipak su žbice opstale satima nakon što su izašle

iz sjene globusa; kada su se iskrivile i

razbile, iz sjene su se pojavile nove žbice koje su ih zamijenile.

Vjerojatno su posljedica čestica određene

veličine koje su magnetske

ili elektrostatske sile odmaknule od ravnine prstena. U potpunosti su ograničene na Prsten B.

Cassinijeva divizija širine 4700 km nije prazna, već

sadrži mnogo prstenova širine nekoliko stotina kilometara, od kojih je jedan

izrazito ekscentričan. Čestice su manje crvene

od onih iz Prstena B i više nalikuju onima iz

Prstena C.

Prsten A sastoji se od čestica u rasponu od finih zrnaca

do oko 10 m promjera. Enckeova divizija u Prstenu A je

značajna jer sadrži sićušni satelit, Pan; satelit

Atlas kreće se blizu vanjskog ruba Prstena A i

odgovoran je za oštar rub prstena. (Usput,

Enckeova divizija se nazivala Keelerovim jazom,

ali sada je, vrlo ispravno, odlučeno da će se zadržati stari,

poznati naziv; tri druga uska jaza

u sustavu prstenova nazvana su Huygens, Maxwell i

Keeler.)

Izvan glavnog sustava nalazi se nepravilni Prsten F,

koji je opisan kao zamršeni splet uskih

niti. Stabiliziraju ga dva mala satelita, Prometej

i Pandora, s obje strane njegovog središta. Satelit nešto

bliže Saturnu (trenutno Prometej) kreću se

brže od čestica prstena i ubrzavaju

česticu koja zaluta od glavnog sustava; vanjski

satelit, krećući se sporije, povlači sve zalutale čestice

natrag i vraća ih u središnje područje. Iz očitih

razloga, ova dva sićušna mjeseca nazivaju se 'pastirski

sateliti'.

Iza Prstena F i njegovih pastira nalaze se dva ko-

orbitalna satelita, Epimetej i Janus. Sljedeći je vrlo rijedak Prsten G. Posljednji prsten, E, širok je 300 000 km, ali doista vrlo rijedak, pa se čak kaže da je sastavljen od slabih kondenzacija debrisa u orbitalnoj

ravnini satelita. Njegov najsjajniji dio je nešto bliže

od orbite Enkelada, i moguće je da materijal

izbačen s Enkelada može biti uključen u formiranje

prstena. Prsten E proteže se izvan orbite Tetisa,

i gotovo do orbite Dione.

Zašto su prstenovi tako složeni? Cassinijeva podjela

objašnjena je kao posljedica satelita Mimas;

Čestica koja se kreće u Diviziji imaju orbitalni

period upola manji od Mimasovog, a kumulativne perturbacije

trebale bi je otjerati iz 'zabranjene zone', ostavljajući

Diviziju čistom. Ipak, Voyageri su pokazali da

je ovo objašnjenje očito neadekvatno i sada se čini

vjerojatnijim da imamo posla s efektom vala gustoće.

Satelit poput Mimasa može promijeniti orbitu čestice prstena

i učiniti je eliptičnom. To uzrokuje 'grupiranje' u raznim

područjima; stvara se spiralni val gustoće, a čestice u

njemu se sudaraju, krećući se prema unutra prema planetu i ostavljajući

prazninu odmah izvan rezonantne orbite. Ova teorija, koju su napisali

Peter Goldreich i Scott Tremaine, zvuči uvjerljivo,

ali bilo bi pogrešno tvrditi da još uvijek stvarno razumijemo

mehaniku sustava prstenova.

MAGNETSKO POLJE I AURORÆ

Saturn ima snažno magnetsko polje, prvi put otkriveno 1979. godine

sondom Pioneer 11. Ono je 850 puta jače od

Zemljinog, iako 30 puta slabije od

Jupiterovog. Saturn je jedinstven po tome što se njegova rotacijska os

i magnetska os gotovo poklapaju; magnetsko polje

je stoga prilično izravno i osnosimetrično,

a magnetosfera je mnogo manje aktivna od

Jupiterove. Čini se da je polje nešto jače na sjevernom

polu nego na južnom, a središte polja je pomaknuto

oko 2400 km sjeverno duž planetarne osi.

Magnetosfera je otprilike petina veličine

Jupiterove; udarni talas luka nalazi se na udaljenosti od oko 60 300 km

od planeta i ima debljinu od oko 2000 km.

Saturn ima zone zračenja; magnetosfera zarobljava

čestice radijacijskog pojasa, koje se protežu sve do vanjskog ruba

glavnog sustava prstenova. Broj elektrona brzo opada

na vanjskom rubu Prstena A, jer elektrone

apsorbiraju čestice prstena; područje između Prstena A

i globusa vjerojatno je zona s najmanje zračenja u

cijelom Sunčevom sustavu. Nema sumnje da postoji vrlo opsežan

'magnetorep'.

Svi unutarnji sateliti ugrađeni su u

magnetosferu. Vanjska granica je donekle promjenjiva

i nalazi se blizu orbite Titana, tako da se Titan

ponekad nalazi odmah unutar glavne magnetosfere, a

ponekad odmah izvan nje.

Aurore se javljaju na Saturnu, a budući da su magnetski

i rotacijski polovi gotovo podudarni, 'auroralni

ovali' su centrirani na polovima. Prva opažanja su

obavljena iz Pioneera 11 1979. godine, a od 1980. aurore

su detektirane nizom spektroskopskih opažanja

sa satelita IUE (International Ultra-violet Explorer);

sjeverni oval je prvi put snimljen svemirskim teleskopom Hubble

u lipnju 1992. godine. Ogromna auroralna zavjesa pronađena je

kako se uzdizala i do 2000 km iznad vrhova oblaka 9. listopada 1994., kada je Saturn bio 1300 000 000 km od Zemlje.

S obzirom na današnje stanje naših spoznaja za mene je važno nekoliko činjenica:

Saturnovi prstenovi nisu fiksni. Sastoje se od bezbrojnih čestica leda i stijena koje kruže oko planeta. Iako te čestice drži u orbiti Saturnova gravitacija, one nisu trajno fiksne i stalno se kreću i međusobno djeluju. Nadalje, prstenovi postupno erodiraju i na kraju će nestati tijekom milijuna godina.