В царстве Сатурна

Великое кольцо

Любимый объект художников, иллюстрирующих космическую тему,- Сатурн. Слишком уж соблазнительно выглядят кольца этой далекой планеты. Но хотя Сатурн был известен со времен незапамятных,- ведь его можно наблюдать простым глазом,- блистательное украшение его так просто не разглядеть.

Лишь Галилей в 1610 г. стал первым человеком, заметившим в телескоп у Сатурна некую странность. Вместо ожидавшегося кружка света перед ним предстала какая-то более сложная фигура с двумя выступами. К тому дню Галилей уже открыл Ио, Европу, Ганимед и Каллисто.

- Почему бы и Сатурну не обзавестись двумя спутниками, которые я и вижу по обе его стороны? - спросил себя ученый. - Но если так, то эти два небесных тела должны вести хоровод вокруг Сатурна, поочередно то выходя из укрытия, то прячась за планету от взора земного наблюдателя.

Однако Галилею так и не удалось ни разу быть свидетелем затмения непрозрачным телом Сатурна любого из этих предполагаемых спутников. Боковые "детали" планеты оставались одна справа, а другая слева от нее, как будто намертво приросшие к ее телу.

Великий астроном просто растерялся. Дело усугублялось тем, что многие его коллеги, все еще исповедовавшие устаревшие теории строения Вселенной, принимали на cмex результаты его наблюдений при помощи телескопа. - Все это не более, чем оптические иллюзии,- считали они. - Ни гор на Луне, ни, тем более, пятен на Солнце, этом безупречном светильнике божием, нет и быть не может, и ваши стекла, синьор профессор, вас попросту обманывают.

Ну, как тут можно выступить еще и с таким фактом, который сам не знаешь, чем объяснить! Но и совсем промолчать Галилей не хотел. Поэтому он прибег к методу, нередко, применявшемуся в эпоху Возрождения. Галилей написал Кеплеру письмо, в которое, помимо обычного текста, включил набор букв, выглядевший совершенно бессмысленно. Однако если эти буквы расставить по местам, то получалась фраза, которая на латыни означала: "Я видел удаленнейшую планету трехчастной". (Напоминаем, что тогда лежащие за Сатурном планеты еще были неизвестны.) Тем самым и приоритет первооткрывателя был закреплен, и отсутствие объяснения весьма странному факту пока можно было обойти.

Надо думать, Галилей потом немало радовался своей осторожности. Ведь два года подряд "спутники", казалось, так и не вели хоровод вокруг Сатурна. И, более того, к 1612 г. планета вообще приобрела совершенно обычный вид, никакая "трехчленность" ее уже не отличала! - Не иначе, как я и впрямь ошибался,- решил, очевидно, ученый. - Ведь тогда остается лишь предположить, что Сатурн, согласно мифам древних, просто пожрал своих детей... В конце своей жизни Галилей опять наблюдал "придатки" Сатурна, однако, великому астроному было так и суждено уйти в могилу, не познав причину этого явления.

В 1614 г. немецкий астроном Христоф Шейиер (1575-1650) также навел телескоп на Сатурн. Надо сказать, что человек он был в астрономии неслучайный. Этот влиятельный член ордена иезуитов был одновременно видным математиком, профессором Инголынтадтского университета, оптиком, конструктором телескопов, исследователем оолнечных пятен и факелов на светиле.

Шейнер тут же заметил, что с Сатурном творится неладное. Но он увидел в "придатках" не что-то шарообразное, как Галилей, а крошечные полумесяцы, обращенные остриями к планете, нечто вроде двух ручек, пристроенных с боков к чашке, как он писал.

Впрочем, если это "ручки", то, будучи намертво прикрепленными к планете, они должны по временам исчезать из нашего поля зрения, когда одна уходит "за спину" Сатурна, а другая встает прямо перед ним. Даже когда их видно по бокам, очертания ручек должны для земного наблюдателя изменяться по мере их перемещения по кругу. Или же Сатурн вообще не вращается? Этого никак нельзя было себе представить.

Сорок лет тяготела эта тайна над всем просвещенным миром. Понадобились ум и руки еще одного титана Возрождения - голландца Христиана Гюйгенса (1629-1695), подлинного баловня природы, еще с 22-летнего возраста поражавшего ученый свет, чуть ли не ежегодно обогащавшего математику, механику, физику (ему принадлежит первая волновая теория света), оптику, астрономию незаурядными открытиями.

В 1656 г. он построил телескоп, самый совершенный в его время, и стал наблюдать загадочнейшую из планет. Результатом стал вошедший в историю вывод, который Гюйгенс, подобно Галилею, не так-то легко решился предать гласности.

В краткое сообщение, написанное по другому, хотя тоже астрономическому поводу, Гюйгенс включил строчку букв, составляющих анаграмму. Тот, кто ее расшифровал бы, увидел бы латинскую фразу: "Он [Сатурн] окружен тонким и плоским кольцом, нигде не соприкасающимся с ним и наклоненным к эклиптике".

Трудно было сказать более кратко и одновременно более точно. Перед нами не "придатки", "трехчлен" или "ручки" небесного сосуда, а именно тонкое, отдельно существующее и наклонное кольцо планеты!

Но Гюйгенсу нужно было время, чтобы наблюдениями накопить факты и затем представить больше неопровержимых доказательств и объяснений. Тайнопись дала ему желанную передышку. Отлично воспользовавшись ею, он в 1659 г. опубликовал новый труд, озаглавленный "Systema Saturnium". Здесь он уже во всеуслышание заявил о том, что Сатурн обладает кольцом. В просвещенной Европе это произвело впечатление разорвавшейся бомбы. Противники учения Коперника со всех кафедр осмеивали Гюйгенса. Ему пришлось туго и потому, что предмет спора оказался очень уж капризным. Еще раньше, не успел он и составить свою анаграмму, как ее разгадка... полностью исчезла, Гюйгенс попал в то же положение, в каком перед ним был Галилей. До самого октября 1656 г. Сатурн выглядел плоским диском, лишенным каких-либо украшений. Лишь после этого у его экватора стали вновь возникать светящиеся объекты, как и за полтора года перед тем (рис. 15).

Рис. 15. Рисунок, сделанный рукой X. Гюйгенса в 1658 г., изображает Сатурн с его кольцом, как это представлял себе ве ликий голландский ученый XVII века.

Гюйгенс обладал незаурядным математическим умом, и вскоре он нашел всем этим чудесам строгое геометрическое объяснение, которое мы изложим немного ниже.

Теперь же уделим несколько слов изредка встречающемуся на страницах науки случаю, когда ее продвижению предшествуют странные озарения, позволявющие то писателю, то абстрактному философу, то поэту предсказать факт, который открыть еще только предстоит. Мы упоминали уже о том, как Свифт и Вольтер "предрекли" существование Фобоса и Деймоса.

В 1651 г, нюрнбергский городской советник и довольно известный в свое время, а ныне давно забытый, поэт Г. Ф. Харсдёрфер... предсказал существовавние сатурнова кольца. Он являлся человеком образовванным, много читал, немало путешествовал, но в физике, математике, астрономии был чуть ли не полным профаном. Его перу принадлежали не только снискавшие расположение читающей публики лирические стихи и поэмы, но и продолжение популярного тогда немецкого сочинения некоего Швентнера "Отдохновения математические и философические" - труда весьма поверхностного с точки зрения научной.

И в этом-то "Продолжении к Отдохновению" мы находим строчки: "Сатурн имеет при себе два кольца". Правда, схематический рисунок, который сопровождает это немаловажное заявление, показывает, что автор не представляет себе его подлинное значение и, скорее всего, имеет в виду что-то иное, известное всем, но просто более витиевато высказанное...

В 60-х годах XVII века конструкция телескопов стала уже куда совершеннее, появилось немало приборов с диаметром всего примерно в два дюйма (5 см), в которые можно уже было увидеть кольцо Сатурна без особого труда; эти наблюдения как бы вошли в моду. Вскоре накопились сведения о всех капризах этого прекрасного объекта.

Оказалось, что поведение кольца подвержено строгой цикличности. Дважды в течение каждого сатурнова года (а он равен 29,5 земных лет) - первый раз, когда планета встает между созвездиями Тельца и Близнецов, и второй - когда она вступает в созвездие Стрельца,- земной наблюдатель видит кольцо во всей его первозданной красе. В другие же два периода, когда Сатурн находится вблизи созвездий Рыб и Льва, кольцо, как заколдованное, исчезает, словно его и не бывало.

Плоскость кольца совпадает с плоскостью экватора Сатурна. Если бы его ось вращения не имела никакого наклона к эклиптике, мы всегда бы видели кольцо проходящим через центр диска планеты. Оно тогда всегда предстояло бы нашему взору с торца, подобно игральной карте, положенной горизонтально, на уровне глаз. Тонкое кольцо на столь огромном расстоянии в таком случае еще труднее разглядеть, чем ребро игральной карты на многометровой дистанции. И Сатурн казался бы людям простым шаром, как Марс или Венера, например.

К счастью для ученых, ось вращения Сатурна наклонена по отношению к плоскости его обращения вокруг Солнца примерно на 27°. Кольцо - тоже. В своем зашифрованном письме это и отметил математически мыслящий Гюйгенс.

При обращении Сатурна вокруг Солнца кольцо сохраняет свое положение относительно планеты (рис. 16). Поэтому земным астрономам и удается видеть его в разное время под различными углами. Дважды в течение сатурнова года оно полностью раскрывается и видно лучше всего и дважды становится к нам ребром, и еще совсем недавно в эти периоды исчезало из вида.

Рис. 16. Положение Сатурна с его кольцом, изменяющееся относительно Земли и Солнца, то позволяет нам наблюдать плоскость кольца, то ставит его к нам почти невидимым ребром (S - Солнце, Е, Е' - различные положения Земли)

Правда, надо сказать, что современный исследователь и в это время может различить тень кольца на диске Сатурна - она там лежит темной полоской. Более того, с середины 30-х годов нашего века появились уже такие оптические приборы, мощность которых позволяла опытному наблюдателю улавливать слабое свечение, едва различимую серебристую полоску, которая возникает в результате того, что кольцо слегка "подсвечивается" лучами, отраженными от поверхности планеты.

Но во времена Галилея таких приборов не было. Вот почему, открыв кольцо в 1610 г. и понаблюдав его некоторое время, в следующем году он его потерял. Гюйгенс же, поняв причину и установив продолжительность цикла, сумел предсказать три следующих момента, когда кольцо должно было "исчезнуть": в июле 1671, в марте 1685 и декабре 1700 гг. Кольцо покорно "слушалось" великого математика даже и после его смерти (до последнего из предсказанных им сроков Гюйгенс не дожил пять лет). Такое поведение кольца стало новым триумфом астрономии, которой стали верить даже люди невежественные...

Читатель, вероятно, заметил, что "украшение" Сатурна здесь упоминалось нами лишь в единственном числе. Это было обычным с его открытия и до конца XVII века, когда, как мы уже говорили, наблюдать это явление стало модой. Правда, в 1665 г. англичанин У. Болл заметил посредине кольца некую темную линию, но объяснить ее не смог, и его открытие особого интереса не привлекло.

Лишь десятью годами позже выдающийся итало-французский астроном Джан Доменико Кассини (1625-1712), создатель и первый директор Парижской обсерватории, талантливейший наблюдатель, обнаружил с уверенностью: кольцо Сатурна не едино, оно состоит из двух частей, разделенных черной полосой. Ее, естественно, окрестили делением Кассини, тем более, что он же и предложил реальную гипотезу, что кольцо - не монолит, а скопление большого количества отдельных небольших частиц.

По одну сторону деления Кассини, ближе к поверхности Сатурна, лежит более яркое кольцо, а по другую - более тусклое. Полвека спустя знаменитый Василий Яковлевич Струве (1793-1864), основатель и первый директор Пулковской обсерватории, предложил обозначить внешнее кольцо буквой А, а внутреннее - буквой В. Наименования, хотя и лишенные нередкой в астрономии романтики, оказались удобными и применяются поныне.

В 1837 г. немецкий астроном Иоганн Франц Энке (1791 - 1865) заметил, что и само кольцо А не едино; оно рассечено очень слабо различимой полоской. Ее назвали делением Энке. Впрочем, оно оказалось довольно эфемерным, и иногда его не удается обнаружить даже в сильный телескоп. Да и знаменитое деление Кассини, хотя и более постоянное, тоже временами "раздваивается", а временами даже в сильные телескопы выглядит как едва различимый переход в яркости кольца А. Многие вполне достойные доверия астрономы (в их числе, например, Лоуэлл, исследователь Марса и "предсказатель" существования Плутона) сообщали, что они в разное время видели в кольцах Сатурна самые различные неизвестные науке "интервалы". Вряд ли все эти опытные наблюдатели давали природе себя обмануть. Оставалось предположить: виденные ими явления реальны, но очень уж субтильны; срок их жизни невелик, и, в отличие от постоянно существующих делений Кассини и Энке, они то возникают, то пропадают.

В 1838 г. молодой Галле, тот самый, которому еще только предстояло через восемь лет обнаружить Нептун, был еще никому не известным ассистентом Берлинской обсерватории. Но не по годам опытный наблюдатель, он заметил, что у Сатурна в кольцо В "вложено" еще одно, очень "реденькое", так что через него даже можно ясно видеть саму планету, как сквозь вуаль. Теперь его называют то креповым, то кольцом С. Но первые 12 лет после открытия опо оставалось как-то в забвении. Может быть, авторитет Галле был недостаточно весом, а может быть, подтверждение найти было нелегко. А ведь еще много раньше, в 1673 г., парижский астроном Жан Пикар ((1620-1682), работы которого о размерах Земли использовал для подтверждения закона всемирного тяготения сам Ньютон, намекал на вероятность существования полупрозрачного кольца Сатурна.

Сегодня-то существование крепового кольца - известный факт, и даже как-то странно, что до 1850 г., когда Джордж Филлипс Бонд (1825-1865) в Кеймбридже (штат Массачусетс, США) заново его открыл, о нем никто вслух давно не заявлял. Вероятно, тут опять виновата "эфемерность" этого создания. Креповое кольцо, согласно некоторым гипотезам, постоянно теряет свою материю: она выпадает "дождем" на поверхность самого Сатурна. А на место "высыпавшейся" столь же постоянно поступает новая материя, которую креповое кольцо занимает у кольца В. Если так, то этот процесс поможет объяснить тот факт, что у крепового кольца нет четко обозначенного внутреннего края.

В одну сентябрьскую ночь 1907 г. французский астроном - любитель Жорж Фурнье заметил у Сатурна нечто, напоминающее еще одно кольцо, лежащее вне кольца С. Но он и сам не был в этом уверен. Ровно год спустя о таком же факте сообщил швейцарец М. Э. Шаер из Женевы. В следующие годы поступили противоречивые известия: в Гринвиче "дополнительное" кольцо никому не удалось наблюдать, а в Йерксской обсерватории Чикагского университета работавший там на мощном телескопе Эдуард Эмерсон Барнард (1857-1923) его видел. Но этот астроном славился удивительно острым зрением; не каждый взялся бы опровергать то, что он утверждал. В 1911 г. в Лилле (Франция) гипотетическое кольцо D якобы обнаружил астроном Р. Фонкхеер, после чего об этом явлении никто ничего нового не слыхал больше 40 лет.

Лишь в 1952 г. опытный английский планетолог Р. М. Баум заметил кольцо D снова. Оно едва-едва светилось, и яркость его составляла не более 0,4 яркости кольца С, которое и само ведь - объект весьма тусклый. В 1954 г. эти наблюдения с оговорками подтвердили несколько человек, а в 1958 г. довольно уверенно - Р. Р. де Фрейтас Мурао, ведущий астропом в обсерватории Рио-де-Жанейро. Все это звучало не так уж убедительно, но все-таки теперь уже большинство специалистов склонялось к мнению, что кольцо D существует, по крайней мере время от времени...

Астроном С. Л. Ларсон из Арпзонского университета наблюдал окрестности Сатурна при помощи 154-сантиметрового телескопа, снабженного особо высокочувствительным оборудованием, позволяющим фиксировать в пять раз более слабое свечение, чем это удается с обычными фотографическими приборами. Кроме того, эти наблюдения осуществлялись в таком диапазоне длин волн, в котором метан поглощает, а не отражает солнечное излучение. Это меняет дело, потому что атмосфера Сатурна содержит очень много метана, и при таких именно наблюдениях изображение планеты становится более тусклым, чем ее кольца, и их не засвечивает.

Два года потратил Ларсон на обработку полученных им материалов. Сперва, использовав данные всех прежних наблюдений, он построил модель, показывающую, как яркость колец должна изменяться по мере продвижения от Сатурна к периферии его системы. Учел он, конечно, и те искажения, которые вносит в результаты исследования состояние нашей земной атмосферы в ночь наблюдения, и те, что зависят от оптики самого прибора. Оказалось, что фактические наблюдения хорошо совпадают с теоретической моделью и, следовательно, надежны.

Все это позволило Ларсону в 1979 г. выделить изображение кольца D и определить, что его свечение обладает всего 3-5% яркости наиболее светлой части всей системы колец Сатурна. Даже деление Кассини, почти свободное от частиц, и то обладает большей яркостью, чем кольцо D!

Но и это, как оказалось, не все. В том же 1979 г. пенсильванский астроном У. А. Фейбелман (обсерватория Аллегени, США) обнаружил относительно яркую линию, заметную, когда на кольца смотрят "с ребра". Оказалось, что эта линия простирается вдвое дальше от Сатурна, чем диаметр известной до тех пор системы его колец.

Данные Фейбелмана использовал Б. Смит из Аризонского университета. Ему удалось вычислить, что плотность такого внешнего кольца должна быть в 100 тысяч раз меньше, чем даже у ларсоновского кольца D.

Английским астрономам, работающим на Гринвичской обсерватории, все же удалось сфотографировать это сверхразряженное кольцо. Вслед за ними это достижение было повторено американскими учеными, и, наконец, сомнения исчезли: у Сатурна есть не менее четырех колец, хотя и разных по плотности и свечению. Основная масса их материи, конечно, заключена в наиболее плотном кольце В.

Но что же они собой представляют, из чего "сделаны" эти кольца, как существующие несомненно, так и трудноуловимые, сомнительные?

Гюйгенс был убежден, что они сплошные. Так они выглядели, и этого в те времена было достаточно. И затем в продолжение целого столетия все остальные астрономы не знали в этом сомнения. Многие даже считали, что деление Кассини - всего лишь темная полоска на ярком фоне кольца, результат иной окраски, а не щель или материально существующий пробел. (Такое мнение держалось прочно, пока сквозь деление Кассини не удалось наблюдать звезду.)

Однако если кольца представляют собой сплошное тело, то должны возникнуть разногласия... с законом всемирного тяготения. А с законами лучше не спорить. Применительно к кольцам Сатурна об этом первым заявил великий Лаплас. Продолжив и развив дело Ньютона, он разработал подробнейшие "правила, движения" небесных тел. Это он (питомец школы бенедиктинского монашеского ордена!) ответил на вопрос Наполеона, почему в его грандиозном многотомном "Трактате о небесной механике" ни разу не упомянут господь бог: "В этой гипотезе я не нуждался"...

Как мы уже знаем, чем дальше от планеты находится тело, тем медленнее в соответствии с III законом Кеплера оно вокруг нее обращается. Например, внутренняя часть колец Сатурна совершает один оборот вокруг планеты всего лишь за 40% того времени, которое на это же потратит самая внешняя часть этих колец. Тут ведь сказывается ньютонов закон, согласно которому сила тяготения убывает пропорционально расстоянию, взятому во второй степени.

Если бы кольца Сатурна были сплошными, то они должны были бы вращаться как единое целое, и каждая часть завершала бы полный оборот за то же время, что и любая другая. Но тяготение тогда "притормаживало" бы более удаленную от Сатурна часть относительно быстро бегущей ближней. В результате возникли бы такие мощные приливные силы, которые вскоре разорвали бы единое кольцо на части, из чего бы оно ни состояло.

Лаплас предложил модель, по которой украшение Сатурна представляет собой систему из нескольких вложенных друг в друга цельных колец, настолько узких, что этим приливным эффектом уже можно пренебречь: он разорвать узенькое кольцо не в силах. А деление Кассини - просто крупнейший из пробелов между отдельными кольцами, вот его первым и открыли. Мы уже описали, как астрономы десятилетие за десятилетием с переменным успехом бились, чтобы отыскать остальные кольца, существование которых столь блистательно пророчествовал Лаплас.

Но не прошло и 30 лет со дня смерти великого француза, как известный шотландский математик Джеймс Клерк Максвелл (1831 - 1879) сообщил ученому миру: выводы Лапласа неполны. Даже узенькие кольца, если они цельные, не вынесут такого напряжения и развалятся. Единственный выход для Сатурна, если он не хочет лишиться своего украшения,- это "изготовить" его из множества отдельных мелких тел, каждое из которых слишком мало, чтобы заботиться о влиянии сил тяготения. Так, по мнению Максвелла, природа и поступила, выделив на сооружение колец целый сонм мелких обломков и пустив их в круговращение около Сатурна.

Впрочем, как альтернатива, одно время возникло даже довольно экзотическое предположение: а не жидкие ли кольца? Действительно, ведь нет природного запрета и на такие "стройматериалы" для космических объектов, нужно только это проверить. Проверить, пока нет способа "пощупать" или как следует понаблюдать,- это чаще всего означает посчитать. И здесь за дело взялся математик - наша незаурядная соотечественница, первая из российских женщин, ставшая профессором, Софья Васильевна Ковалевская (1850-1891), доктор философии Геттингенского университета, профессор Стокгольмского, и только потом член-корреспондент Петербургской Академии наук.

Она посвятила этой проблеме свою единственную за всю жизнь астрономическую работу, озаглавленную "Дополнения и замечания к исследованию о форме кольца Сатурна". В ней теоретически рассматривается проблема "прочности" этого образования и делается уверенный вывод: ни жидким, ни газообразным кольцо никак быть не может - недостаточная устойчивость под воздействием приливных сил тяготения давно бы привела к рассеянию его в пространстве. Не удовлетворившись лишь этим, С. В. Ковалевская мимоходом еще высказала мнение, что сечение колец Сатурна должно быть яйцевидным; в этом, впрочем, она опиралась на более раннюю работу Лапласа о жидких кольцах вообще.

Пришла пора проверить все сказанное наблюдениями.

...Рассказывают, что лет 140 назад австрийский физик Христиан Доплер (1803-1853) прогуливался со своим сыном где-то в окрестностях Праги. Внезапно мимо них по рельсам промчался выскочивший из-за поворота шумный паровичок. И мальчик спросил, отчего это, когда паровоз приближался к ним, тональность его свистка становилась все выше и выше, а стоило ему пройти мимо, как тон свиста стал понижаться.

Трудно теперь сказать, легенда ли это, или вправду любознательность сына пробудила интерес ученого, но только эффект, открытый в 1842 г. Доплером и получивший его имя, стал подлинным кладезем информации для специалистов в самых различных областях знания.

А состоит он в следующем. Когда источник какого-либо излучения - звукового, светового или радио,- это роли не играет,- движется относительно стоящего на месте наблюдателя, его волны приходят к наблюдателю не с той частотой, с какой они покинули источник. Если источник приближается к наблюдателю, частота их увеличивается, при удалении же источника частота волн уменьшается.

Если излучающий свет объект сближается с нами, в спектре его излучения все линии смещаются в сторону фиолетового конца, а если расстояние между нами растет, то мы увидим все спектральные линии сдвинутыми в красный его конец, причем величина смещения прямо пропорциональна скорости взаимного приближения или удаления.

Еще в 1895 г. принцип Доплера независимо друг от друга взяли на вооружение два видных астронома - пулковец академик Аристарх Аполлонович Белопольский (1854-1934) и директор обсерватории Аллегени (США) Джеймс Эдуард Килер (1857-1900). Идеи нередко носятся в воздухе, и оба, не зная друг друга, применили не столь уж различную методику, основанную на доплеровском эффекте.

Так, А. А. Белопольский расположил щель своего спектрографа вдоль колец Сатурна и увидел, что спектральные линии западного "ушка" наклонены по отношению к линиям спектра самой планеты в одну сторону, а восточного "ушка" - в другую. Стало ясно: с одной стороны Сатурна частицы, из которых "сделаны" кольца, бегут к Земле, а с другой - от нее удаляются; скорость же этого движения тем меньше, чем дальше частица расположена от своей планеты.

Дж. Э. Килер измерил эту скорость и установил: на периферии колец частица в своем полете вокруг Сатурна имеет скорость "лишь" 17 км/с, а та, чья орбита расположена вблизи планеты, несется со скоростью почти 20,9 км/с. Вот насколько быстрее внутренний край колец, подчиняясь закону Кеплера, обращается быстрее, чем внешний^*).

^*(Работа Килера, в которой он в 1895 г. излагал результаты своих наблюдений, называлась "Спектрографическое доказательство метеоритного состава колец Сатурна". (Разрядка моя. - Б. С.))

Максвелл был прав: кольцо представляет собой скопление небольших частиц, движущихся независимо друг от друга.

Но тогда следовало предположить существование у Сатурна третьего кольца. Поэтому его открытие было лишь подтверждением правильности предположения Максвелла. Более того, согласно его гипотезе оно обязательно должно быть "слабеньким" объектом; ведь ему надлежит состоять из меньшего числа обломков, чем первые два. Так оно и оказалось.

Есть и другой свидетель, рассказывающий о структуре кольца. Как ни странно, это... тень. Действительно, даже в слабосильный двухдюймовый (5 см) телескоп можно заметить тени, отбрасываемые кольцами на диск Сатурна. А уж глядя в более сильный прибор, видишь, что край такой тени как бы зазубрен. Это можно объяснить, предположив: материал, из которого "сделай" отбрасывающий тень объект, распределен в пространстве неравномерно. Лучше всего такая неравномерность описывается гипотезой скопления множества мелких частиц (рис. 17). Так гипотеза, подтверждаемая с разных сторон независимыми друг от друга методами, и стала общепринятой теорией.

Рис. 17. Художник-астроном Людек Пешек иллюстрирует две альтернативные гипотезы строения колец Сатурна: на верхнем рисунке ледяные цилиндрообразные тела примерно равных размеров, обточенные постоянным трением друг о друга, обращаются вокруг планеты, образуя весьма плоское кольцо. Внизу изображен вариант, по которому покрытые льдом каменные обломки размерами 'от горошины и до равных роялю' образуют кольцо значительно большей мощности

Итак, перед нами пусть неплотные, но огромные образования. Наша Земля могла бы целиком уместиться на любом из этих колец, не заняв всю его ширину. Если даже взять лишь три открытых первыми кольца, то на них поместилось бы пять таких планет, как наша, причем деление Кассини оказалось бы слишком узким, чтобы Земля могла сквозь него провалиться...

Зная ширину колец, нетрудно подсчитать их площадь в сравнении с земной: площадь кольца С почти равна 32 поверхностям нашей планеты, кольца В - 67, а кольца А - 53 ее поверхностям. Общая поверхность колец в 1,7 раза превышает площадь поверхности самого Сатурна.

Не забудем об их малой плотности и толщине, составляющей, как тогда думали, что-то около 2,5 км. Все же, если представить себе всю массу колец собранной воедино, то получится шар диаметром около полутора тысяч километров,

Такой объект случайно не возникает, и "родословную" его начал создавать в 1849 г. французский астроном Э. Рош.

Как мы помним, Рош вынес приговор: всякий мало-мальски крупный спутник, если у него и планеты одинаковая плотность, стоит ему подойти к своей планете ближе известного предела (2,44 ее радиуса), обречен смерти. Более того, если даже рядом с планетой оставался запас неиспользованного при ее образовании обломочного материала, то "слипнуться" воедино, образовав новый спутник, он не может, если расположен ближе к ней, чем то же самое, роковое для спутников расстояние, именуемое пределом Роша.

Так вот, внутренний край сатурновых колец лежит от планеты на расстоянии всего 1,28 ее радиуса, а внешний - на расстоянии 2,27 радиуса. Значит, вся система находится внутри предела Роша и либо образовалась при развале спутника (или спутников), либо обречена оставаться несостоявшимся дополнительным спутником.

Во всем этом уже заключены две гипотезы возникновения колец Сатурна. Согласно одной из них вначале было тело - единый спутник, впоследствии раскрошившийся на части, которые образовали хоровод вокруг планеты. А согласно другой, кольца, наоборот, представляют собой несостоявшийся спутник, "отходы производства" самой планеты или ее спутника, обреченные быть разъединенными внутри предела Роша.

Здесь хочется извлечь из забвения еще один случай предвидения. В 1776 г. в немецком городке Фульда был издан анонимный учебник по естественным наукам, в котором неизвестный автор заявлял: "Полагают, что кольцо вокруг Сатурна состоит из большого числа сатурновых спутников, пребывающих в соседстве". А ведь до того, чтобы это стало научным фактом, оставалось еще ни много, ни мало - лет восемьдесят...

Приходится все же признаться, что размеры, форма, точная природа частиц, из которых состоят кольца, все еще доподлинно неизвестны. Поэтому каждая работа в этой области привлекает внимание специалистов. Несколько лет назад, например, научные сотрудники Массачусетского университета в Амхерсте (США) К. Ламме и У. Ирвин изучили 70 фотопластинок с изображением системы Сатурна, полученных в течение 1969-1975 гг. в астрономической обсерватории Университета штата Нью-Мексико (Лас-Крусес, США).

При этом выяснилось, что у кольца А отражающая способность разных участков различна. А вот у кольца В такой особенности нет.

Простейшее объяснение этой странности, по мнению Ламме и Ирвина, состоит в том, что частицы, входящие в кольцо А, не только обращаются вокруг Сатурна, но и вращаются вокруг собственной оси, причем их периоды совпадают. Значит, эти частицы, подобно нашей Луне, всегда обращены к планете одной и той же стороной. Но так вести себя могут только тела с определенными размерами и структурой, которыми частицы кольца В, вращающиеся несинхронно, очевидно, не обладают...