Пръстени на Рея: пръстенова система на Сатурновата луна и откритие от Касини
Сатурновата луна Рея може да има тънка пръстенова система с три тесни ивици в диск от твърди частици. Това са първите пръстени, наблюдавани около луна. Откритието е обявено в списание Science на 6 март 2008 г.
През ноември 2005 г. орбиталният апарат "Касини" установява, че магнитосферата на Сатурн в близост до Рея няма енергийни електрони. Според екипа на откритието това се обяснява най-добре, като се предположи, че те са били погълнати от твърд материал под формата на екваториален диск с по-плътни пръстени или дъги, с частици може би от много дециметри до около метър в диаметър.
Как беше направено откритието
Индиректното откриване се базира на регистрация на дефицит на високоенергийни електрони в зоната около орбитата на Рея. Апарати като MIMI (част от научния инструментариум на "Касини") измерват потоци от заредени частици в магнитосферата на Сатурн. В зоните, където потоците внезапно намаляват, изследователите предположиха присъствие на твърд материал, който поглъща тези електрони. Такъв ефект се наблюдава и при пръстеновите системи около планети, където частици от прах и камъни блокират заредените частици.
Предполагаеми свойства на пръстените
- Разположение: предложените структури са концентрирани около екватора на Рея, като се описват и три сравнително тесни ивици (пръстени) в по-широк дископодобен пояс.
- Размер на частиците: интерпретацията от 2008 г. сочи по-големи фрагменти (възможно от десетки сантиметри до приблизително метър), а не фино прахово покритие, което би дало различен подпис в измерванията на частиците и светлината.
- Значение: ако тези пръстени съществуват, те биха били първите добре документирани пръстени около луна в Слънчевата система и биха предоставили нова информация за процеси като сблъскване, разпад и динамика на малки тела в околопланетните среди.
По-късни наблюдения и статус на теорията
След първоначалното съобщение последваха целенасочени наблюдения с оптични камери и инструменти за звезден окулация на "Касини" (като ISS и UVIS), които търсиха директно отразена светлина или затъмнение от предполагаемите пръстени. Тези последващи търсения не дадоха убедителни доказателства за наличие на достатъчно количество фини частици, които да бъдат засечени по оптичен път или чрез звездни окулации. В резултат на това научната общност остава предпазливо скептична: индиректните данни за поглъщане на електрони могат да имат и други обяснения, свързани с локални магнитосферни процеси или временни облаци от материал.
Възможни обяснения и научно значение
Ако пръстените са били реални, техният произход би могъл да бъде:
- разпад или фрагментация на малко сателитно тяло вследствие на удар;
- завъртане и „изхвърляне“ на материали от повърхността на Рея вследствие на микрометеоритни удари;
- временна структура, нестабилна в дългосрочен план поради гравитационното влияние на Сатурн и взаимодействия с неговата магнитосфера.
Дали пръстените съществуват трайно или са временен феномен, остава въпрос с важно значение за разбирането на еволюцията на сателитите и динамиката на праховите и каменисти пояси в планетарните системи.
Кратко резюме: през 2008 г. бяха съобщени индиции за тънка пръстенова система около Рея, основани на дефицит на енергийни електрони, наблюдаван от "Касини". Въпреки първоначалната находка, по-късните директни наблюдения не потвърдиха наличието на ясно отразяващи частици, така че въпросът за съществуването и природата на тези пръстени остава отворен и продължава да бъде предмет на научен интерес.
Впечатление на художника за пръстените на Рея
Откриване
През 1980 г. "Вояджър 1" вижда област без толкова много енергийни електрони, уловени в магнитното поле на Сатурн надолу по течението от Рея. Тези измервания, които така и не бяха обяснени, бяха направени на по-голямо разстояние от данните на Касини.
На 26 ноември 2005 г. "Касини" извършва единственото целево прелитане до Рея по време на основната си мисия. Тя премина на 500 км от повърхността на Рея, надолу по течението на магнитното поле на Сатурн, и видя образувалата се плазмена буря, както при други луни, като Дион и Тетис. В тези случаи имаше прекъсване на енергийните електрони, когато Касини премина в плазмените сенки на луните (областите, в които самите луни блокираха достигането на магнитосферната плазма до Касини). В случая с Рея обаче електронната плазма започна да намалява на осем пъти по-голямо разстояние и постепенно намаляваше до очакваното рязко спиране, когато Касини навлезе в плазмената сянка на Рея. Разширеното разстояние съответства на Хил-сферата на Рея - разстоянието от 7,7 пъти радиуса на Рея, вътре в което орбитите са доминирани от гравитацията на Рея, а не на Сатурн. Когато "Касини" излезе от плазмената сянка на Рея, се получи обратната картина: рязък скок на енергийни електрони, а след това постепенно нарастване до радиуса на Хил-сферата на Рея.
Тези показания са подобни на тези на Енцелад, където водата, излизаща от южния му полюс, поглъща електронната плазма. В случая с Рея обаче моделът на поглъщане е симетричен.
Освен това Инструментът за магнитосферни изображения (MIMI) видя, че този плавен градиент е прекъснат от три резки спада в плазмения поток от всяка страна на Луната - модел, който също е почти симетричен.
През август 2007 г. "Касини" отново премина през плазмената сянка на Рея, но по-надолу по течението. Показанията му са сходни с тези на Вояджър 1.
Няма изображения или преки наблюдения на материала, за който се предполага, че поглъща плазмата, но вероятните кандидати трудно биха могли да бъдат открити директно. Допълнителни наблюдения са планирани за първото удължаване на мисията на "Касини", като целевото прелитане е насрочено за 2 март 2010 г.
Сравнение на показанията на MIMI в Рея и Тетис и възможни пръстени. Плазмената вълна е по-бурна на Рея, отколкото на Тетис, така че сянката ѝ не е толкова ясна.
При 100-секундна експозиция на осветената отзад Рея не бяха открити никакви следи от пръстени. Ако има такива, те или са твърде слаби, или не разпръскват достатъчно светлина, за да бъдат открити. Тази геометрия на наблюдение е особено пригодена за откриване на малки частици с размер на прах, така че пръстен, съставен изцяло от по-големи отломки, все още е възможен. Яркият полумесец, осветен от Слънцето, е в долния десен ъгъл; осветлението на гибона от лявата страна е планетарно сияние.
Тълкуване
Траекторията на прелитане на "Касини" затруднява интерпретацията на магнитните показания.
Очевидните кандидати за поглъщаща плазма материя в магнитосферата са неутрален газ и прах, но количествата, необходими за обяснение на наблюдаваното намаляване на електроните, са много по-големи, отколкото позволяват измерванията на "Касини". Затова откривателите, ръководени от Гераинт Джоунс от екипа на Cassini MIMI, твърдят, че намаляването на електроните трябва да се дължи на твърди частици, които обикалят около Рея:
Анализът на електронните данни показва, че това препятствие най-вероятно е под формата на диск от материал с ниска оптична дълбочина в близост до екваториалната равнина на Рея и че дискът съдържа твърди тела с размер до ~1 m.
Най-простото обяснение за симетричните прекъсвания в плазмения поток са "удължени дъги или пръстени от материал", които обикалят около Рея в екваториалната ѝ равнина. Тези симетрични пропадания имат известна прилика с начина, по който са открити пръстените на Уран през 1977 г.
| Възможни пръстени Rhean | |
| Пръстен | орбитален радиус (km) |
| диск | < 5,900 |
| 1 | ≈ 1,615 |
| 2 | ≈ 1,800 |
| 3 | ≈ 2,020 |
Не всички учени обаче са убедени, че наблюдаваните признаци се дължат на пръстеновидна система. На изображенията не са забелязани пръстени, което поставя много ниска граница поне за миниатюрните частици с размер на прах. Освен това би се очаквало пръстен, изграден от камъни, да генерира прах, който вероятно би се видял на изображенията.
История
Симулациите показват, че твърди тела могат да обикалят стабилно около Рея близо до екваториалната ѝ равнина в астрономически времеви диапазон. Възможно е те да не са стабилни около Дион и Тетис, тъй като тези луни са много по-близо до Сатурн и поради това имат много по-малки сфери на Хил, или около Титан поради съпротивлението на плътната му атмосфера.
Направени са много предложения за възможния произход на пръстените. Възможно е удар да е изнесъл материал в орбита; това може да се е случило преди едва 70 милиона години. Възможно е малко тяло да е било разрушено, когато е попаднало в орбита около Рея. И в двата случая отломките в крайна сметка биха се установили на кръгови екваториални орбити. Предвид дългосрочната им орбитална стабилност обаче е възможно те да са оцелели от формирането на самата Рея.
За да съществуват различни пръстени, нещо трябва да ги разделя. Предположенията включват лунни петна или струпвания на материал в диска, подобни на тези, наблюдавани в пръстена А на Сатурн.
Въпроси и отговори
В: Около коя луна е разположена системата от тънки пръстени?
О: Системата от тънки пръстени е около сатурновата луна Рея.
В: Кога беше обявено откриването на тази система от тънки пръстени?
О: Откриването на системата от тънки пръстени беше обявено в списание Science на 6 март 2008 г.
Въпрос: Как учените откриха, че магнитосферата на Сатурн в близост до Рея няма енергийни електрони?
О: Учените откриха, че магнитосферата на Сатурн в близост до Рея няма енергийни електрони, когато използваха орбиталния апарат "Касини" през ноември 2005 г.
В: Какво означава да се каже, че около Рея има "по-плътни пръстени или дъги"?
О: Това означава, че има области с по-висока концентрация на твърд материал, като частици с диаметър от много дециметри до около метър, които образуват пръстени или дъги около Рея.
В: Какъв тип частици съставляват тези по-плътни пръстени и дъги?
О: Тези по-плътни пръстени и дъги са съставени от твърди частици с диаметър от много дециметри до около метър.
В: По какво се различава този пръстен от другите известни пръстени, наблюдавани около луни?
О: Това би било различно от другите известни пръстени, наблюдавани около луни, защото за първи път се наблюдава система от тънки пръстени около луна.
