Коснемся их рукой...

Но вот наступила эпоха непосредственного изучения космического пространства. Посланные человеком автоматические межпланетные станции должны были приступить к разведке дальних областей Солнечной системы. "Пионеру-11", запущенному в апреле 1973 г., потребовалось шесть с половиной лет, чтобы добраться до окрестностей Сатурна. Он уже был в полете, когда его конструкторы и ученые были встревожены сообщениями об открытии по наземным наблюдениям еще одного, пятого кольца Сатурна.

Это едва видимое внешнее кольцо Е могло оказаться смертельным для космического аппарата, летящего с огромной скоростью. Согласно планам "Пионер-11" должен был пройти между Сатурном и его самым внутренним кольцом D под углом 16°,5 к плоскости кольца. При этом межпланетная станция могла столкнуться примерно с 10 тысячами частиц диаметром в 1 см. А тут еще дополнительная опасность, пусть и от очень разреженного новооткрытого кольца Е! С Земли полетела команда изменить траекторию, и межпланетная станция между основными кольцами и Сатурном не пошла.

1 сентября 1979 г. "Пионер", находясь всего в 20 900 км от облачного покрова Сатурна, прошел кольцо Е. При этом счетчик метеоров насчитал пять соударений: два как раз в момент перед самым пересечением плоскости кольца, одно - на расстоянии 1,6 радиуса Сатурна и два - когда аппарат зашел за планету. На Земле это вызвало всплеск радости - аппарат цел. Кроме того, это характеризовало кольцо Е: или частицы, из которых оно состоит, очень малы и счетчики эту "пыль" просто не почувствовали, или же вся его материя сконцентрирована в более крупных телах, которые так далеко отстоят друг от друга, что вероятность столкновения с ними незначительна, Даже установленные на борту "Пионера" чувствительные приборы не зафиксировали никакого следа этого гипотетического кольца.

Впрочем, "закрытие" одного кольца немедленно сопровождалось открытием другого. Обработав материалы, присланные межпланетной станцией, Т. Герелс и Л. Эспосито обнаружили существование узкого - километров в пятьсот шириной - кольца, которое они обозначили буквой F. Оно отделено от внешнего края кольца А расстоянием менее примерно в 4000 км. Вот в эту "щелку" межпланетная станция и прошла (рис. 18). Новооткрытому пробелу присвоили наименование "деление Пионера".

Рис. 18. Так пролетела в районе Сатурна межпланетная станция 'Пионер-11', показавшая его кольца с той стороны, с какой люди, оставаясь на Земле, их видеть не могли

Изображения колец на этот раз были по четкости беспрецедентными. Дело в том, что большую часть времени перед максимальным сближением с Сатурном "Пионер-11" находился с одной стороны колец, а Солнце с другой, и создавалась отличная контрастность изображения,

Нет, недаром "Пионер-11" преодолел 3 миллиарда 200 миллионов километров. Дважды пересек он плоскость колец, находясь примерно всего в 38 тысячах км от внешнего края тех из них, которые видны с Земли. За какие-нибудь 10 суток, проведенных в обществе "сатурновой семьи", он помог нам узнать о ней очень многое.

Когда астрономы смотрят с Земли на кольца (рис, 19), те выглядят светлыми, а пробелы между ними - темными. Для аппаратуры "Пионера" темными были кольца, а пробелы светлыми. В то же время измерения показали, что пробелы действительно довольно "пустые" - число частиц в них очень мало.

Рис. 19. Строение наиболее ярких колец Сатурна

Среди сюрпризов, преподнесенных нам "Пионером", большие споры вызвало "закрытие" некоторых колец. Ведь его бортовые приборы, как фотооптические, так и магнитные, не заметили никаких признаков, подтверждающих существование не только самого внешнего из украшений Сатурна, но и самого внутреннего - кольца, которое с Земли, казалось бы, наблюдается, хотя и без большой уверенности.

Из остававшихся несомненными самое внешнее кольцо А предстает на фотографиях "Пионера" как объект, в пределах которого можно было уже рассмотреть некоторые подробности его структуры. Внешняя четверть этого кольца по ширине выглядит много темнее, чем остальная его часть, и, значит, здесь содержится больше материи. А в более внутренних районах кольца А, оказывается, есть несколько участков, где плотность частиц очень мала. Впрочем, если продвинуться еще ближе к планете, то здесь плотность частиц снова резко возрастает, и кольцо А становится почти столь же непрозрачным, как его сосед - кольцо В, которое почти совсем свет сквозь себя не пропускает, почему его с Земли так ясно и видно.

Деление Кассини привычно считали чуть ли не пустым местом, настолько "ненаселенным" оно выглядит с Земли. "Пионер-11" с решительностью опроверг такое мнение. На его фотоснимках этот район выглядит весьма светлым и, следовательно, он содержит определенное количество частиц. Особенно интересно, что их скопление приходится как раз на середину этого пробела между кольцами (рис. 20),

Рис. 20. На снимке, сделанном с борта 'Пионера-11', когда он находился в 2,8 млн. км от Сатурна, видны кольцо А и светлое деление Кассини с внутренней его стороны. Яркое пятнышко над планетой -ее спутник Титан

Креповое кольцо С, при наземных наблюдениях едва светящееся в сумеречном свете, доверчиво показало "Пионеру" свои частицы. Теперь можно сделать вывод, что плотность их здесь, очевидно, настолько же мала, как в пределах деления Кассини.

И еще межпланетная станция порадовала астрономов Франции. За последние годы некоторые из них приводили свидетельства того, что между кольцами В и С должно быть неизвестное доселе деление, И сот фотоглаз "Пионера-11" сумел заснять нечто, с Земли вообще неуловимое: тень колец, лежащую на верхушках облаков, плавающих в верхних слоях сатурновой атмосферы! Когда снимки обработали, на них с очевидностью обнаружился гипотетический пробел между кольцами Б и С шириной примерно 4200 км. Название его напрашивалось само: Французское деление.

Даже сам характер полета межпланетной станции, без взгляда на показания бортовых приборов, уже несет в себе немало информации. Ведь измеряя траекторию движения рукотворного небесного тела, можно судить о том, какому тяготению и с какой стороны оно подвергалось. Изучив маршрут "Пионера-11", ученые сделали выводы, пусть еще предварительные, об общей массе и плотности колец. Оказалось, что кольца А и В обладают меньшей плотностью, чем ожидалось.

Инфракрасные датчики "Пионера" измерили температуру колец. Обнаружилось, что там, где кольца освещены Солнцем, она составляет -203 °С, а в отбрасываемой Сатурном тени холоднее, но, как ни странно, совсем ненамного: там -210 °С. Да и сам Сатурн оказался градусов на пять теплее, чем ожидалось (его температура составляет что-то около - 179±3°С). Объясняя этот феномен, руководитель эксперимента по измерениям в области инфракрасной части спектра А. П. Ингерсол высказал такое предположение. Очевидно, кольца получают тепловую энергию от самой планеты, а на таком огромном расстоянии от Солнца его лучи делают сравнительно небольшой вклад в общий энергетический баланс сатурновой семьи. И общая температурная кривая говорит, что планета излучает в окружающее ее пространство в два - два с половиной раза больше тепла, чем прибывает сюда от Солнца.

Но ведь закон сохранения энергии должен соблюдаться: из ничего не бывает. Откуда берутся излишки энергии? Можно полагать, что она появляется как результат идущего у нас на глазах процесса отделения друг от друга двух важнейших элементов, из которых в основном "сделана" эта планета,- водорода и гелия. При тех низких температурах, которые царят на Сатурне, гелий уже не может, как это происходит на более теплом Юпитере, оставаться в смеси с водородом. Плотность гелия больше: "разводясь" с водородом, он постепенно погружается в недра планеты, стремясь к ее ядру, и по мере опускания выделяет тепловую энергию. Она-то в основном и "отопляет" дом Сатурна, заброшенный так далеко от родного всем нам Солнца.

Между прочим, измерения в инфракрасной области спектра, выполненные приборами "Пионера-11", рассказали кое-что и о строении колец. Они опровергли гипотезу, согласно которой кольца в толщину равны диаметру средней своей частицы. Нет, оказывается, они потолще и состоят не из одного слоя частиц, а как бы из нескольких, лежащих друг над другом. Л сами частицы, по-видимому, имеют размеры всего в несколько сантиметров каждая. Все это еще в 1951 г. утверждал московский астроном М. С. Бобров, изучивший результаты фотометрических наблюдений, выполненных на Земле.

В окрестностях системы сатурновых колец "Пионер-11" обнаружил таинственное свечение. Данные сравнили с теми, что ранее были получены с борта спутника "Эксплорер", хотя и не подходившего столь близко к Сатурну, но все же проводившего интересные наблюдения, в том числе и в ультрафиолетовой части спектра. В данных, полученных с "Эксплорера", тоже нашлись свидетельства такого свечения. Выяснилось, что за это явление несет ответственность атомарный водород, скопившийся в районе колец. Но откуда он берется? Пока что предложено два объяснения. Согласно первому, в поясах радиации, которыми обладает, как теперь оказалось, Сатурн, происходит поглощение протонов, порождающее водород. Согласно же другой гипотезе в кольцах происходит диссоциация воды, образующей там ледяное покрытие частиц, а при этом возникает атомарный водород; он и излучает загадочное свечение. Впрочем, может оказаться, что верны обе эти гипотезы.

Да, именно "Пионер-11" открыл, что Сатурн тоже обладает так называемыми поясами радиации, подобными тем, какие обнаружили у Земли советские и американские ученые в период Международного геофизического года (1957-1959), когда заря космической эры, начатая нашим первым спутником, еще только разгоралась. Эти пояса, по существу, представляют собой ловушки заряженных частиц, удерживаемых вокруг планеты ее магнитным полем. Большую часть их населения составляют электроны и протоны с очень высокими энергиями. Оказалось, что их численность в окрестностях Сатурна примерно та же, что и у Земли, но объем поясов у гигантского Сатурна раз в десять превышает их объем вокруг нашей планеты.

Для пас же интересно вот что. Кольца Сатурна, как выяснилось, обладают немалым влиянием на его радиационные пояса. Стоит заряженной частице приблизиться к кольцу, как его материя без долгих слов буквально вычерпывает частицу из своего "царства". Уровень космической радиации здесь поэтому падает, и в результате вся область сатурновых колец, начиная от самой их разреженной периферии и вплоть до поверхности планеты, является, вероятно, самой безрадиационной зоной во всей Солнечной системе. Заряженные частицы в поясах обычно проводят жизнь в пути от одного полюса планеты до другого и обратно, отражаясь, как от зеркала, от ее магнитного поля. А у Сатурна они, попадая во внутреннюю часть окрестностей планеты, натыкаются там на ее кольцо и поглощаются. Так и возникает эта редкостная безрадиационная зона окольцованной планеты.

Межпланетная станция приближалась к Сатурну, интенсивность заряженных частиц все увеличивалась и увеличивалась. В момент перед самым входом в систему колец, на расстоянии от планеты в 2,33 ее радиуса, она достигла максимума. Но стоило "Пионеру" пройти через плоскость колец в их внутреннюю зону, интенсивность и количество частиц упали до уровня примерно в 30 раз ниже нормы.

Вот почему за целые 10 суток пребывания рядом с Сатурном "Пионер-11", прикрытый от радиации щитом колец, получил всего 9 миллиардов электронов на квадратный сантиметр своей поверхности, то есть такую же дозу, какую он получил лишь за две минуты, проходя в 1974 г. рядом с Юпитером.

Когда "Пионер-11" пролетал на расстоянии между 570 000. и 840 000 км от планеты, приборы записали такое поглощение электронов и протонов, которое ученым показалось странным. Единственное, что оставалось предположить, что здесь, недалеко за пределами кольца А, пролегает еще одно неизвестное кольцо (ему дали индекс G), столь разреженное, что его не только с Земли, но и с "Пионера" оптическими средствами не различить. А вот на заряженные частицы радиационных поясов оно свое влияние оказывает. Такой способ обнаружения небесных тел, верно, вызвал бы немалое восхищение и у великих астрономов старого времени.

Еще в прошлом веке Дж. К. Максвелл писал: "На самом деле, когда мы видим, как эта величественная арка висит над экватором планеты без всякой видимой oопоры или связи, наш разум спокойным оставаться не может. Мы не в состоянии примириться с этим явлением, не можем описывать его просто как факт наблюдений, не предполагая отыскать ему объяснения"...

Но как найти объяснение, когда нет полноты фактов? И вот, наконец, в ноябре 1980 г. в окрестностях Сатурна появился новый наблюдатель - "Вояджер-1", прошедший в 124 000 километрах от планеты. Сразу же посыпались неожиданности. Если до сих пор считалось, что Сатурн обладает шестью, от силы - восемью кольцами, то сделанные "Вояджером-1" снимки показали: их количество измеряется сотпями, а быть может, даже близко к тысяче! Конечно, это не новооткрытые "полноправные" образования, а подразделения ранее уже наблюдавшихся колец.

Каждое широкое кольцо Сатурна, оказалось, состоит из множества узеньких, которые подобны бороздкам на грампластинке. И некоторые из этих "бороздок" имеют различную ширину на разных своих участках. Одна из них, например, с одной стороны достигает 80 км в ширину, а с другой - лишь 25 км.

При всей неожиданности открытия нашлись все же памятливые люди, которые "подняли" подшивку английского научного журнала "Мемуары Королевского астрономического общества" за 1825 г., а в них - сообщение астронома-любителя, некоего капитана Генри Катера: "После . тщательных многочасовых наблюдений у меня осталось мало сомнений, что то, что считалось самым внешним кольцом Сатурна, на самом деле состоит из нескольких колец".

Правда, их не "несколько", а сотни и сотни, но ведь это сказано за 155 лет до полета американского космического аппарата!

Даже внутри деления Кассини обнаружено множество неизвестных ранее "колечек", состоящих из мелких частиц. За двое суток до максимального сближения с планетой приборы "Вояджера-1" заметили, что два из колец Сатурна обладают эксцентричностью, то есть планета находится не в их центре, а несколько в стороне. Это - еще один случай открытия эксцентричных колец после колец Урана (см. с. 185).

Сутками позже - еще одно открытие. В кольце F, которое нашел "Пионер-11", были теперь замечены совсем уж "несообразные" вещи: оно оказалось подобным... плетеному жгуту или девичьей косе. Местами в нем замечались какие-то петли и "вилки". Два из трех "жгутов", из которых это кольцо свито, переплетают третье, делая по меньшей мере восемь витков вокруг него.

Первая реакция специалистов была: "Не может быть... Это уж слишком!" Действительно, механика такого странного образования - просто загадка. Высказываются предположения, что одна из "прядей" кольца F состоит из мелких частиц, заряженных электричеством, и магнитное поле Сатурна "завивает", эту "прядь" вокруг другой.

Несколько искусственно? Пожалуй, но ведь одними обычными законами небесной механики существование такой "косички" не объяснить. Приходится на помощь силам тяготения, взаимодействию многих тел и их столкновениям привлекать и другие эффекты.

Может быть, объяснению этого открытия послужит другое, тоже сделанное "Вояджером-1". Дело в том, что на поступивших от него снимках замечены два новых спутника, орбиты которых лежат как раз по обеим сторонам кольца F. Не исключено, что эти два "пастуха", пасущие частицы в кольце, на них и воздействуют, заставляя "завихряться" друг вокруг друга.

Казалось бы, достаточно чудес. Не тут-то было: Сатурн преподнес еще одно, В кольце В, самом ярком и видимом с Земли, были замечены какие-то спицеподобные радиальные образования. На фотографиях, сделанных, когда космический аппарат находился над системой колец, а сами они были ярко освещены Солнцем, эти "спицы" представлялись темными полосами, соединяющими "обод" сатурнова "колеса" с его "втулкой".

Правда, еще в 1970-х годах американский астроном-любитель С. О'Мира, установив свой старенький телескоп на крыше, увидел в кольце В нечто подобное, но кто поверил тогда никому не известному непрофессионалу... Теперь же факт был налицо, и срочно потребовалось его объяснение. Если бы тут действовали одни только классические законы небесной механики, спицы бы разрушились очень быстро, но некоторые из них наблюдались около трех часов. Все же "долгожителями" эти "спицы" пе назовешь: хорошо видные, когда кольцо только выходит из тени, они через несколько часов исчезают.

По мере погружения "Вояджера-1" под систему колец, "спицы" стали выглядеть яркими на фоне более темного самого кольца В. Значит, они - вовсе не пробелы в "ободе" планеты; ведь если бы это было так, они выглядели бы темными как при наблюдении сверху, так и снизу. Их яркость при взгляде снизу, когда Солнце находится за кольцами по отношению к "Вояджеру", означает, что "спицы" состоят из частиц, которые рассеивают солнечные лучи, а не отражают их.

А отсюда следует, что частицы эти обладают совсем небольшими размерами, сходными с длиной волны света. Такие частицы, действительно, могут подниматься над плоскостью кольца под воздействием электромагнитного поля. Не исключено, что их существование как-то связано с электрическими разрядами, подобными могучим молниям, которые временами наблюдаются в атмосфере Сатурна.

Но вот "Вояджер-1" нырнул под плоскость колец Сатурна. Отсюда открывался прекрасный вид на незадолго перед тем открытое наземными наблюдателями "наивнутреннейшее" кольцо D. Тут подтвердилось предположение, согласно которому это разреженное кольцо вообще чуть ли не касается верхнего края облачного покрова планеты. Необычное зрелище - скопище мельчайших "лун", проносящихся над самыми облаками! Когда закончили анализ их излучения в радио- и инфракрасном диапазонах длин волн, то пришли к выводу, что эти частицы или целиком "сделаны" из льда, или представляют собой камень, "облицованный" ледяной коркой: может быть, помимо обыкновенного льда, сюда входят и гидраты метана и аммиака; плотность такого смешанного льда - около 0,6 г/см³.

Когда "Вояджер-1" проходил непосредственно под кольцом С, от него пришел на Землю радиосигнал, характер поглощения которого в пути позволил сделать заключение, что это кольцо состоит из более крупных, чем у кольца D, частиц: их поперечник составляет на менее 1 м (а в кольце А они достигают 10 м), да и расположены они куда гуще. Потом "Вояджер-1" проследовал дальше и уже из окраин владений Сатурна прислал сообщение, что внешнее кольцо Е простирается примерно на 480 000 км от планеты.

Общая структура всех этих великолепных украшений, считая от поверхности Сатурна, по нынешним представлениям, состоит из колец D, С, В, A, F и Е, причем кольца А, В и С в свою очередь делятся на многие сотни эфемерных "субколец", не удостоенных собственного наименования, даже буквенного. Не менее 99% всего солнечного света, отражаемого украшением Сатурна, дают лишь два кольца - сверкающие А и В. Вообще же частицы колец Сатурна, вне зависимости от тесноты их расположения или размеров, очень разных в различных кольцах, могут похвастаться прекрасным альбедо: они отражают более 60% падающего на них излучения Солнца. Размеры же частиц колеблются от 1 мкм до целого километра.

О толщине самих колец теперь тоже можно судить с большей уверенностью. У колец А, В и С она близка к 1,3 км. Теоретики подсчитали, что толщина зависит от двух факторов, "работающих" в противовес друг другу. Неупругие столкновения частиц стремятся расставить их в одной плоскости, чтобы толщина всего слоя была не больше диаметра любой частицы. С другой стороны, спутники Сатурна своим притяжением "раскачивают" слой частиц, сбивая наладившийся было стройный порядок.

Что же касается кольца F, то внутри него, очевидно, существуют не только мелкие и средние частицы, но и среднего размера спутники с размером до 20-30 км. Они по-своему организуют этот необычный "хоровод", влияя своим тяготением на распределение всех его участников.

Но откуда же вообще взялась вся эта прекрасная и столь сложная диадема на челе Сатурна? (рис. 21). Раньше чаще всего предполагал, что во всем "виноват" Рош с его роковым для спутников пределом. Ведь все кольца лежат внутри той области, в которой приливные силы Сатурна обладают достаточной мощностью, чтобы растянуть небесное тело и преодолеть внутреннее сцепление его частиц.

Рис. 21. В ноябре 1980 г. 'Вояджер-1' сделал этот снимок, на котором, помимо сложного строения многочисленных колец Сатурна, хорошо видны его спутники, Диона (верхний слева от планеты) и Тетис. Различимо также 'новое' кольцо F

Сразу за внешней стороной кольца А лежит зона гибели для тел, состоящих из льда с их плотностью около 1 г/см³, с внутренней стороны кольца В - для каменных спутников (их плотность примерно 3 г/см³), а внутри кольца С даже крупный спутник (5-7 г/см³) довольно скоро должен был бы развалиться на куски. Даже самые прочные и монолитные небесные тела с радиусом от 10 до 15 км целиком существовать вблизи Сатурна практически не могут.

Такова теория. Но вот "Пионер-11", а за ним и "Вояджер-1", в кольцах планеты заметили глыбы немалого размера. Тогда воспрянули духом сторонники той гипотезы, по которой кольца - не дети растерзанного притяжением планеты спутника, а наоборот, первичные частицы, возможные предки еще не родившегося спутника, которому лишь предстоит возникнуть, если они когда-нибудь слипнутся воедино. Недаром же видный советский специалист по этой проблеме М. С. Бобров еще десять лет назад писал, что они представляют собой зону доспутникового роя Сатурна, внутри которой приливные силы воспрепятствовали веществу сформироваться в единый спутник. Он подчеркивал, что зона колец Сатурна - почти единственное место в Солнечной системе, где можно найти и исследовать остатки допланетной материи.

В августе 1981 г. окрестностей Сатурна достиг "Вояджер-2". Переданные им снимки показали, что на некоторых участках толщина колец составляет всего 150 м, а толщина края кольца А, обращенного в сторону деления Энке, равна едва 100 м. В кольце В зарегистрированы молнии невиданной силы: их мощность достигает 1000 МВт.