الفلك

هل حلقات زحل مستقرة؟

هل حلقات زحل مستقرة؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تحتوي حلقات زحل على العديد من الأقمار الصغيرة التي تشكل حلقات زحل. تشبه الهياكل الموجودة في حلقات زحل حول الأقمار الصغيرة تلك الموجودة في أقراص الكواكب الأولية حول الكواكب حديثة التكوين ، مما يجعلني أتساءل عما إذا كانت المادة الموجودة في الحلقات ستتبع مصيرًا مشابهًا وتتشكل في أجسام أكبر.

هل ستلتحم المادة الموجودة داخل حلقات زحل في النهاية لتصبح أقمارًا ، أم أن حلقات زحل مستقرة بما يكفي لتستمر مليارات السنين؟


تقع معظم حلقات زحل داخل حدود روش ، مما يعني أنها لن تتكتل معًا أبدًا. تمنع قوى المد والجزر حدوث ذلك.

يمكن للأشياء الصغيرة الموجودة معًا بالفعل أن تصمد أمام قوى المد والجزر. يجب أن يتفكك جسم كبير بما فيه الكفاية داخل حدود روش على كوكب ما بواسطة قوى المد والجزر. قد تكون هذه هي الطريقة التي تشكلت بها الحلقات في المقام الأول ، أو ربما تكونت نتيجة الاصطدام.

يُعتقد أن حلقات زحل صغيرة نسبيًا ، إذا كانت 100 مليون سنة مؤهلة لتكون صغيرة ، لكنها تخص أجسامًا داخل النظام الشمسي. كونك شابًا لا يخبرنا إلى متى ستستمر. أعتقد أن تقدير 300 مليون سنة قد يكون دقيقًا بدرجة كافية ، مذكور في الأصل في التعليقات ، ولكن حتى يحدث ذلك ، ستبقى الحلقات ، وتصغر بمرور الوقت ولن تتحد أبدًا لتصبح أقمار.

كحاشية سفلية ، فإن حلقات زحل الخارجية الرقيقة أو حلقات الجوسامر تقع خارج حدود روش ، وقد تتشكل في يوم من الأيام إلى أقمار ، أو قد تكون ضعيفة جدًا بحيث لا يمكن أن يحدث ذلك. ربما تكون هناك حاجة إلى كثافة معينة لتكوين القمر.


حلقات زحل

واحدة من أبرز ميزات زحل هي مجموعة الحلقات التي تحيط بالكوكب. في السنوات القليلة الماضية ، اكتشفنا أن جميع الكواكب الرئيسية (كوكب المشتري ، وزحل ، وأورانوس ، ونبتون) لها أنظمة حلقات ، وكلها مختلفة. يحتوي زحل على أكبر نظام من الحلقات وأكثرها إثارة ، رغم أن الآخرين ليسوا بهذه السهولة.

من خلال النظر إلى صورة هابل ، قد تعتقد أن الحلقات عبارة عن أقراص صلبة تدور حول زحل (نظرًا لأنها تبدو صلبة) ، لكن العلماء أظهروا منذ فترة طويلة أنه سيكون من المستحيل أن تكون صلبة. في الواقع ، إنها مصنوعة من الكثير من قطع الجليد المائي أو الصخور المغطاة بالجليد ، ويتراوح حجمها في الغالب من بوصة أو أقل إلى حجم سيارة أو نحو ذلك.

على الرغم من أن الحلقات كبيرة وعريضة جدًا ، إلا أنها أيضًا رقيقة جدًا - سمكها أقل من طول ملعب كرة القدم. هذا نحيف للغاية ، بالنظر إلى حجم زحل. للمقارنة ، إذا تم تقليص زحل إلى حجم كرة السلة ، فإن سمك الحلقات سيكون حوالي 1/250 من سمك شعرة الإنسان.

من الأرض ، نرى زحل من زوايا مختلفة ، اعتمادًا على مكان الأرض في مدارها مقارنة بمكان زحل في مداره. نظرًا لأن مداري الكوكبين مائلتان بالنسبة لبعضهما البعض ، فإننا نرى زحل وحلقاته من زوايا مختلفة في أوقات مختلفة. في الواقع ، يبدو أحيانًا أن الحلقات تختفي ، نظرًا لأنها رفيعة جدًا ونراهم من الحافة.

يعتقد بعض علماء الفلك أن حلقات الكواكب مثل حلقات زحل مؤقتة فقط ، وتستمر لبضعة ملايين من السنين فقط (مقارنة بعمر النظام الشمسي ، حوالي 4.5 مليار سنة). إذا كان الأمر كذلك ، فقد تختفي حلقات زحل في وقت ما في المستقبل البعيد ، وربما يكون لكوكب آخر مجموعة كبيرة من الحلقات.

إذا نظرت إلى صور زحل (مثل صورة هابل) ، ستلاحظ أن الحلقات ليست قرصًا واحدًا موحدًا وأن نظام الحلقات يتكون في الواقع من سلسلة من الحلقات متحدة المركز ، بعضها أكثر إشراقًا من البعض الآخر. تمت تسمية الحلقات الفردية بأحرف ، من A إلى G.

قد يكون أحد الأشياء الرائعة التي يجب وضعها في الملصق هو & quot؛ خريطة & quot من الخواتم. سيعطيك ذلك فكرة جيدة عن مكان كل حلقة ، ومدى اتساعها. لقد أرفقت مخططًا يوضح الطريقة التي يمكنك بها إنشاء مثل هذه الخريطة. تُظهر هذه المؤامرة ربع كوكب زحل ونظام الحلقات الخاص به. تظهر المسافات من زحل على محوري X و Y ، بوحدات نصف قطر زحل (وهي الطريقة التي نقيس بها عادةً المسافات في مشروع كاسيني). لقد رسمت ربع دائرة نصف قطرها 1 لإظهار مكان زحل ، وزوج آخر من ربع الدوائر لإظهار مكان الحلقة A. قد ترغب في استخدام بوصلة لملء مواقع جميع الحلقات الأخرى ، أو قد ترغب في عمل خريطة لتصميمك الخاص. يظهر موقع كل حلقة في الجدول أدناه.

مواقع الحلقات (في نصف قطر زحل).
خاتم د 1.110 - 1.236
خاتم C 1.239 - 1.527
يحضر 1.527 - 1.951
خاتم 2.027 - 2.269
خاتم F. 2.326
خاتم G 2.82 - 2.90
خاتم E 3 - 8

يجب أن يفعل ذلك الآن. سأتابع برسالة أخرى لاحقًا مع مزيد من التفاصيل حول حلقات زحل. لدينا بعض الأفكار حول مصدر الحلقات ، وقد أوضحت لنا كاسيني الكثير من التفاصيل في بنية الحلقات: مكبرات الصوت ، وموجات الجاذبية ، ورعاية الأقمار ، وما إلى ذلك. المزيد عن ذلك لاحقًا. في هذه الأثناء ، إذا كان لديك أي أسئلة حول حلقات زحل ، فلا تتردد في إرسالها إلي.

أعلاه: بداية خريطة حلقات زحل.

الجزء 2

آخر مرة قمت فيها بتغطية بعض الحقائق الأساسية عن الحلقات:

  1. إنها ليست صلبة ، ولكنها تتكون من قطع من جليد الماء ، تتراوح من حجم سيارة أو مبنى صغير إلى بوصة أو أصغر (بما في ذلك بعض الغبار المجهري).
  2. الحلقات رفيعة جدًا - ربما بسماكة 100 ياردة أو نحو ذلك.
  3. نرى الحلقات بزوايا مختلفة عن الأرض ، اعتمادًا على مكان الأرض وزحل في مداراتهما. من حين لآخر نرى حواف الحلقات تسمى & quotring معبر الطائرة & quot.
  4. يعتقد بعض علماء الفلك أن الحلقات قد لا يتجاوز عمرها بضعة ملايين من السنين ، وقد تختفي في النهاية. لسنا متأكدين من هذا ، على الرغم من أن هذا الموضوع لا يزال قيد المناقشة.
  5. يحتوي زحل في الواقع على عدد من الحلقات التي تم تحديدها بواسطة الأحرف ، A-G.

فيما يلي بعض التفاصيل الإضافية حول حلقات زحل:

سبب رقة الخواتم

قسم كاسيني

لاحظت وجود فجوة كبيرة بين الحلقتين A و B. يسمى هذا قسم & quotCassini & quot. (انظر الصورة المرفقة ، حيث قمت بتسمية الحلقات A و B و C ، جنبًا إلى جنب مع قسم Cassini.) هناك فجوات أخرى في الحلقات في أماكن أخرى ، لكن هذه هي الأكبر.

يحدث انقسام كاسيني بسبب سحب أحد أقمار زحل المسمى ميماس. سوف يدور جسيم حلقي في قسم كاسيني حول زحل مرتين في كل مرة تدور فيها ميماس بمجرد أن يطلق على هذا & quot2: 1 مدار رنين & quot. ما يحدث هو أنه إذا كان الجسيم الحلقي موجودًا في قسم كاسيني ، فسيتم سحبه بواسطة جاذبية ميماس في نفس المكان في مداره في كل مرة يمر فيها ميماس بالقرب من الجاذبية الصغيرة ، مثل دفع شخص ما في التأرجح مرة أخرى و أكثر يجعل الأرجوحة ترتفع. في نهاية المطاف ، ستسحب قاطرات الجاذبية بواسطة ميماس الجسيم الحلقي من قسم كاسيني - ولهذا السبب توجد فجوة هناك ، مع عدم وجود جسيمات حلقية بالداخل.

أعتقد أن هذا يجب أن يفعله الآن. يمكنني أن أرسل لك المزيد من المعلومات لاحقًا حول المتحدث ، وموجات الكثافة ، ورعاية الأقمار ، وبعض المعلومات الأكثر تحديدًا حول بعض الحلقات الفردية الأكثر إثارة للاهتمام مثل F و E. اسمحوا لي أن أعرف إذا كان لديك أي أسئلة في هذه الأثناء.

أعلاه: الحلقات أ ، ب ، ج قسم كاسيني (صورة تلسكوب هابل الفضائي).

الجزء 3

التاريخ

حلقات فردية

الحلقة

الحلقات A و B مفصولة بقسم & quotCassini & quot ، وهو فجوة كبيرة في الحلقات ناتجة عن جاذبية قمر زحل Mimas. الحلقة A هي الحلقة الأبعد عن زحل ، على & quotoutside & quot في قسم كاسيني. إنها أغمق قليلاً من الحلقة B.

تتكون الحلقة A من قطع من جليد الماء ، بدءًا من حجم المبنى وصولاً إلى بوصة أو أصغر.

كما ذكرت من قبل ، فإن الحافة الداخلية إذا كانت الحلقة A - في قسم كاسيني - ترجع إلى جاذبية قمر زحل ميماس. ترجع الحافة الخارجية للحلقة A بالمثل إلى سحب الجاذبية لقمرين آخرين يُطلق عليهما Janus و Epimetheus. سيتم سحب أي جسيمات خارج الحافة الخارجية للحلقة A من تلك المنطقة بواسطة جاذبية هذه الأقمار.

  • ترجع & quotEncke gap & quot إلى قوة الجاذبية لقمر صغير يسمى Pan والذي يدور فعليًا حول زحل داخل الفجوة.
  • ترجع & quotKeeler gap & quot (أيضًا في الحلقة الخارجية) إلى قمر صغير يسمى Daphnis يدور حول زحل داخل الفجوة. تم اكتشاف Daphnis مؤخرًا.

الحلقة B

تقع الحافة الخارجية للحلقة B عند قسم كاسيني ، ويرجع ذلك إلى قوة الجاذبية لقمر زحل ميماس.

الحلقة C

الحلقة D

الحلقة الإلكترونية

تتمركز الحلقة الإلكترونية على قمر كوكب زحل إنسيلادوس. (يقع إنسيلادوس على بعد حوالي 4 أنصاف أقطار زحل من زحل ، إذا كنت تريد تحديد موقعه على خريطة الحلقة الخاصة بك.) الجزء الأكثر كثافة من الحلقة E يقع مباشرة في مدار إنسيلادوس ، مما يشير إلى أن إنسيلادوس هو مصدر الجسيمات في الحلقة E . في الواقع ، لقد اكتشفنا مؤخرًا أن هذا ما يحدث: هناك نبع ماء في القطب الجنوبي من إنسيلادوس يطلق نفاثة من جزيئات الماء في الفضاء ، والجسيمات من هذا السخان هي التي خلقت الحلقة الإلكترونية. ما زلنا غير متأكدين من كيفية عمل السخان ، ومن أين تأتي المياه ، وتفاصيل مماثلة ، لكننا نعمل على ذلك الآن.

جزيئات الماء التي تشكل الحلقة E مجهرية الحجم (حوالي 1/1000 من المليمتر).

الحلقة F

إذا نظرت إلى خريطة الحلقة الخاصة بك ، ستجد أن الحلقة F هي أضيق الحلقات. يقع خارج الحلقة A.

أظهرت الملاحظة الدقيقة للحلقة F أنها مصنوعة من & quot؛ خيوط & quot؛ من جسيمات الحلقة المتشابكة ، لذا فهي تتمتع ببنية مثيرة للاهتمام للغاية.

يوجد داخل الحلقة F قمر يسمى بروميثيوس ، وخارج الحلقة F يوجد قمر آخر (أصغر) يسمى باندورا. هذه هي & quotshepherding & quot الأقمار ، التي تحافظ جاذبيتها على الحلقة F في عرضها الضيق.

لا تزال الحلقة F غامضة بعض الشيء. نحن لا نفهم حقًا تفاصيل كيفية تشكل الخيوط ، أو بالضبط كيف تفعل أقمار الراعي ما تفعله. هذا شيء ما زلنا نعمل عليه.

ذا جي رينج

أعتقد أن هذا يجب أن يفعله الآن. سأرسل لاحقًا بعض المعلومات الإضافية حول رعاية الأقمار وبعض الميزات التفصيلية (مثل المتحدثين) التي نراها في الحلقات.

الجزء 4

قمر الرعي

تم اقتراح نظرية في عام 1979 مفادها أن الحلقات الضيقة قد تكون بسبب ما يسمى & quotshephering moons & quot. اتضح أنه عندما يكون لديك قمر صغير يدور حول زحل خارج إحدى الحلقات مباشرة ، فإن سحب الجاذبية للقمر على جزيئات الحلقة سيحاول دفع جسيمات الحلقة إلى مدارات أصغر كما لو أن القمر يتناثر & quot لهم مدار أقرب إلى زحل. وبالمثل ، إذا كان هناك قمر صغير داخل إحدى الحلقات ، فإن سحب الجاذبية للقمر على جسيمات الحلقة سيحاول دفع جزيئات الحلقة إلى مدارات أكبر مرة أخرى ، تعمل جسيمات الحلقة كما لو تم اقتباسها من القمر ، ولكن هذه المرة صنعوا للدوران بعيدًا عن زحل.

تخيل الآن أن هناك قمرين صغيرين: أحدهما يدور خارج الحلقة ، والآخر يدور داخل الحلقة. سوف يدفع القمر الخارجي جسيمات الحلقة نحو زحل ، ويدفع القمر الداخلي جسيمات الحلقة في الاتجاه المعاكس ، بعيدًا عن زحل. والنتيجة هي أن جزيئات الحلقة سيتم ترشيحها & quot؛ في حلقة بين القمرين ، مثل الراعي الذي يرعى الأغنام.

اكتشفنا منذ ذلك الحين أن هناك بالفعل قمرين راعيين مسئولين عن ضيق الحلقة F لزحل. يطلق عليهم Pandora (الشخص الموجود خارج الحلبة) و Prometheus (الشخص الموجود داخل الحلقة). لقد أرفقت صورًا لباندورا وبروميثيوس (بالقرب من الحلقة F التي يحتفظون بها) ، كما تراها مركبة الفضاء كاسيني. لاحظ العديد من المضفرات & quot؛ مضفر & quot للحلقة F (خاصة الملحوظة في صورة بروميثيوس).

باندورا وبروميثيوس أقمار صغيرة إلى حد ما. كلاهما غير منتظم الشكل ، مع كون بروميثيوس أكبر قليلاً من باندورا. يبلغ عرض بروميثيوس حوالي 45 ميلاً ، ويبلغ عرض باندورا حوالي 35 ميلاً. هذا في الواقع نوع من اللغز في الوقت الحالي - تقول النظريات الحالية أنه لشرح الميزات الموجودة في الحلقة F ، يجب أن يكون أكبر القمرين في الخارج (بعيدًا عن زحل) ، ولكن العكس هو الصحيح. لا يزال العلماء يحاولون شرح ذلك.

أقمار مخططة

تحدث فجوة Encke الأوسع بسبب الجاذبية من قمر يسمى Pan. تدور المقلاة حول زحل داخل فجوة Encke تؤدي جاذبيتها إلى دفع الجسيمات الحلقية والقطعية (الأقرب إلى زحل) إلى مدارات أصغر ، وجسيمات خارجية (أبعد من زحل) يتم دفعها إلى مدارات أكبر ، مما يؤدي إلى فجوة Encke. لقد أرفقت صورة التقطتها كاسيني والتي تُظهر فجوة Encke (أكبر الفجوتين ، على اليمين). تستطيع أن ترى قمر القمر داخل الفجوة.

إلى اليسار في نفس الصورة ، يمكنك أيضًا رؤية فجوة كيلر الأضيق. بالكاد يمكن رؤيته داخل فجوة كيلر ، يمكنك رؤية القمر Daphnis ، الذي تكون جاذبيته مسؤولة عن إزالة فجوة كيلر.

كما أن بان ودافني أقمار صغيرة. يقع Pan على بعد حوالي 16 ميلاً عبر Daphnis وهو أصغر حجمًا ، فقط حوالي 4 أميال عبر.

يجب أن يفعل ذلك الآن. سأرسل لك المزيد من المعلومات حول هياكل الحلقة لاحقًا. يُرجى إعلامي إذا كان لديك أي أسئلة في الوقت الحالي.

أعلاه: قمر رعي زحل باندورا والحلقة F.

أعلاه: قمر رعي زحل بروميثيوس والحلقة F. لاحظ الخيوط في الحلقة F.

أعلاه: قمر زحل المضمن داخل فجوة Encke في الحلقة A (يمين). القمر Daphnis بالكاد مرئي داخل فجوة Keeler (على اليسار).

الجزء الخامس

صورة لجميع الخواتم

أعلاه: صورة مضاءة من الخلف لزحل ، كما تُرى من المركبة الفضائية كاسيني.

أعلاه: صورة مضاءة من الخلف لزحل ، مع تعليق عليها.

تكلم

عندما وصلت المركبة الفضائية كاسيني إلى زحل في عام 2004 ، لم يكن المتحدث موجودًا في أي مكان. لم تظهر أي من الصور المبكرة التي أعادتها كاسيني هذه الميزات المتكلمة ، لذلك يبدو أنها اختفت منذ أن زارت فوييجر 2 زحل. منذ ذلك الحين رأيناهم يظهرون من جديد ، رغم ذلك.

لا يزال هناك الكثير مما لا نفهمه حول المتحدث. ما تعلمناه هو أنها مصنوعة من جزيئات غبار صغيرة جدًا ، قطرها أقل من ميكرون واحد (1/1000 مليمتر). يُعتقد أن الجسيمات المتكلمة لها شحنة كهربائية سالبة ، مما يجعلها تحوم 50 ميلًا أو نحو ذلك فوق الحلقات. يبدو أن ضوء الشمس المباشر على الحلقات يمنع تكوين البرامق (لأسباب غير مفهومة تمامًا حتى الآن) ، لذلك تميل إلى التكون عندما تكون الحلقات على حافة الشمس تقريبًا. لهذا السبب لم تراهم كاسيني في البداية - كانت الشمس تسطع مباشرة على الحلقات في ذلك الوقت. ومنذ ذلك الحين ، شاهدت كاسيني مكبرات صوت في حلقات زحل ، حيث تحرك زحل في مداره وأصبحت الحلقات أكثر قربًا من الشمس.

يبدو أن المتحدث يتبع خطوط المجال المغناطيسي لكوكب زحل ، ولكن سبب ذلك لا يزال قيد البحث.

المتحدثين هي ميزات قصيرة العمر للغاية. تتشكل في غضون دقائق ، وتستمر لبضع ساعات فقط قبل أن تختفي.

أصل المتحدث هو شيء آخر لا يزال العلماء يحققون فيه. يعتقد البعض أن الاصطدامات النيزكية في الحلقات تنتج سحابة من الغبار تسبب المتحدث ولكن هناك أفكار أخرى أيضًا ، لذلك لا أحد متأكدًا بعد.

كما ترون ، هناك الكثير من الكلام الذي لم نفهمه بعد. لقد رأيناهم ، ونعلم أنهم مكوّنون من غبار ناعم ، لكن ليس هناك الكثير مما نحن على يقين منه.

آمل أن يأتي الملصق جيدًا. كالعادة ، لا تتردد في مراسلتي إذا كان لديك أي أسئلة.

أعلاه: المتحدث في حلقات زحل ، كما رأته فوييجر 2 (أغسطس 1981). (المتحدث هو البقع الداكنة على الحلقات).

الجزء 6

أحجام الخواتم

القطر (المسافة عبر الحلقة): نقيس عادةً المسافات في نصف قطر زحل ، حيث يبلغ نصف قطر زحل 1 60268 كيلومترًا = 37449 ميلاً. (للمقارنة ، يبلغ نصف قطر الأرض حوالي 6378 كيلومترًا = 3963 ميلاً). في المجموعة الأولى من الملاحظات التي أرسلتها إليك ، أعطيتك نصف القطر الداخلي والخارجي لكل حلقة ، في نصف قطر زحل. إذا قمت بضرب نصف القطر الخارجي في 2 ، فسيخبرك هذا بقطر كل حلقة ، في نصف قطر زحل. اضرب هذا الرقم في 60268 لتحصل على قطر الحلقة بالكيلومترات ، أو اضرب في 37449 لتحصل على قطر الحلقة بالأميال.

في بعض الأحيان يكون من الأسهل تصور هذه المسافات إذا تم قياسها بوحدات أقطار الأرض. نظرًا لأن نصف قطر الأرض يبلغ 6378 كم ، فإن قطر الأرض يبلغ 2 × 6378 = 12756 كم. لذا إذا قسمت كل المسافات بالكيلومترات على 12756 ، فستحصل على مسافات بأقطار الأرض.

لقد فعلت ذلك في الجدول أدناه. قد ترغب في القيام ببعض هذه الحسابات بنفسك للتأكد من فهمك لكيفية القيام بها.

أقطار الحلقات.
حلقة نصف قطر زحل كيلومترات اميال أقطار الأرض
خاتم د 2.472 148,983 92,573 11.679
خاتم C 3.054 184,059 114,369 14.429
يحضر 3.902 235,166 146,125 18.435
خاتم 4.538 273,496 169,943 21.440
خاتم F. 4.652 280,367 174,212 21.979
خاتم G 5.80 349,554 217,203 27.403
خاتم E 16 964,288 599,181 75.593

العرض: يمكنك فعل شيء مشابه لحساب عرض كل حلقة. في هذه الحالة ، يكون "عرض" الحلقة هو نصف قطرها الخارجي مطروحًا منها نصف قطرها الداخلي. مرة أخرى باستخدام الأرقام الموجودة في الجدول الذي أرسلته إليك في المجموعة الأولى من الملاحظات ، أحصل على هذه النتائج:

عرض الخواتم.
حلقة نصف قطر زحل كيلومترات اميال أقطار الأرض
خاتم د 0.126 7,594 4,719 0.595
خاتم C 0.288 17,357 10,785 1.361
يحضر 0.424 25,554 15,878 2.003
خاتم 0.242 14,585 9,063 1.143
خاتم F. - - - -
خاتم G 0.08 4,821 2,996 0.378
خاتم E 5 301,340 187,244 23.623

لذلك ، على سبيل المثال ، نجد أن الحلقات الرئيسية (أ ، ب ، ج) يبلغ قطرها حوالي 21 قطرًا من الأرض (قطر الحلقة أ) ، وعرضها حوالي 4.5 أقطار أرضية (مجموع عرض أ ، ب ، وحلقات C).

للمساعدة في تصور هذا ، تظهر أدناه صورة توضح أبعاد الحلقات الرئيسية ، إلى جانب صورة للأرض من أجل القياس.

أعلاه: حجم الحلقات الرئيسية ، مع عرض الأرض لمقياس الرسم.

الجزء 7

موجات الحلبة

يوجد نوعان من الموجات: & quot ؛ موجات الكثافة الحلزونية & quot ؛ و & quot ؛ موجات الانحناء الحلزونية & quot

موجات الكثافة الحلزونية

موجات الانحناء الحلزونية

كلا النوعين من الموجات مرئيان في صورة كاسيني أدناه. في هذه الصورة (لقطة مقرّبة للحلقة أ) ، زحل خارج الصورة ، متجهًا إلى أسفل اليسار ، لذلك نبتعد عن زحل بينما ننظر إلى أعلى اليمين. لاحظ نمط العصابات في الزاوية اليسرى السفلية: ترى أنها تقترب من بعضها البعض بينما نتجه نحو أعلى اليمين (بعيدًا عن زحل). هذا يعني أن الطول الموجي يتناقص مع زيادة المسافة ، لذلك فهذه موجات كثافة. تلاحظ النمط المعاكس في الشرائط الموجودة في الجزء العلوي الأيمن: تلك هي موجات منحنية.

أعلاه: موجات في حلقة زحل أ. العصابات الموجودة في أسفل اليسار عبارة عن موجات ذات كثافة لولبية ، والأشرطة الموجودة في أعلى اليمين هي موجات منحنية. التقطت هذه الصورة بواسطة المركبة الفضائية كاسيني في عام 2004. (زحل مغلق في أسفل اليسار).


ما هي حلقات Saturn & # 8217s المصنوعة؟

تتكون حلقات زحل من بلايين من قطع الجليد والغبار والصخور. بعض هذه الجسيمات صغيرة مثل حبة الملح ، والبعض الآخر بحجم المنازل. يُعتقد أن هذه الصخور والجليد عبارة عن قطع من المذنبات أو الكويكبات أو حتى الأقمار التي مزقتها الجاذبية القوية لزحل قبل أن تتمكن من الوصول إلى الكوكب.

في عام 1655 ، كريستيان هيغنز أصبح أول شخص يشير إلى أن زحل كان محاطًا بحلقة. باستخدام 50 تلسكوبًا انكسارًا للطاقة صممه بنفسه ، وهو أعلى بكثير من تلك المتاحة لجاليليو ، لاحظ هويجنز زحل وكتب أنه "[زحل] محاط بحلقة رقيقة ، مسطحة ، لا تلامس أي مكان ، تميل إلى مسير الشمس" روبرت هوك كان مراقبًا مبكرًا آخر لحلقات زحل ، ولاحظ إلقاء الظلال على الحلقات.

في عام 1675 ، جيوفاني دومينيكو كاسيني قرر أن حلقة زحل كانت مكونة من عدة حلقات أصغر مع فجوات بينها ، وقد سميت أكبر هذه الفجوات فيما بعد بقسم كاسيني. هذا التقسيم عبارة عن منطقة بعرض 4800 كم بين الحلقة A والحلقة B.

في عام 1787 ، بيير سيمون لابلاس اقترح أن الحلقات تتكون من عدد كبير من النغمات الصلبة.

في عام 1859 ، جيمس كليرك ماكسويل أظهر أن الحلقات لا يمكن أن تكون صلبة أو أنها ستصبح غير مستقرة وتتفكك. اقترح أن الحلقات يجب أن تتكون من العديد من الجسيمات الصغيرة ، وكلها تدور بشكل مستقل حول زحل. تم إثبات صحة نظرية ماكسويل في عام 1895 من خلال الدراسات الطيفية للحلقات التي أجراها جيمس كيلر من مرصد أليغيني.

تمت تسمية الحلقات أبجديًا بالترتيب الذي تم اكتشافها فيه. الحلقات الرئيسية ، التي تعمل خارج الكوكب ، C و B و A ، مع قسم كاسيني ، أكبر فجوة تفصل بين الحلقتين B و A. تم اكتشاف العديد من الحلقات الخافتة مؤخرًا. الحلقة D باهتة للغاية وهي الأقرب إلى الكوكب. الحلقة F الضيقة خارج الحلقة A مباشرة. علاوة على ذلك ، هناك حلقتان أضعف بكثير تدعى G و E. تظهر الحلقات قدرًا هائلاً من البنية على جميع المقاييس ، بعضها مرتبط باضطرابات أقمار زحل ، لكن الكثير غير مفسر.


يطلق على زحل أحيانًا اسم & # 8221جوهرة النظام الشمسي& # 8221 لأن نظام الحلقة الخاص به يشبه التاج. الحلقات معروفة جيدًا ، ولكن غالبًا ما يظهر السؤال & # 8221 ما هي حلقات Saturn & # 8217s المصنوعة من & # 8221. تتكون هذه الحلقات من الغبار والصخور والجليد المتراكم من المذنبات العابرة ، وتأثيرات النيازك على أقمار زحل ، وجاذبية الكوكب & # 8217s التي تسحب المواد من الأقمار. بعض المواد في النظام الحلقي صغيرة مثل حبيبات الرمل ، والبعض الآخر أكبر من المباني الشاهقة ، في حين أن بعضها يصل عرضه إلى كيلومتر واحد. ما يعمق الغموض حول الأقمار هو حقيقة أن كل حلقة تدور بسرعة مختلفة حول الكوكب.

زحل ليس الكوكب الوحيد بنظام الحلقات. كل عمالقة الغاز لديهم حلقات ، في الواقع. تبرز حلقات Saturn & # 8217s لأنها الأكبر والأكثر حيوية. يصل سمك الحلقات إلى كيلومتر واحد وتمتد حتى 482000 كيلومتر من مركز الكوكب.


حلقات زحل غير مستقرة بشكل مدهش وعنيفة

ترى مركبة كاسيني الفضائية إعادة ترتيب سريعة ، وتصادم الأقمار الصغيرة ، وغلاف جوي من الأكسجين.

لسنوات ، رأى العلماء أن حلقات زحل مستقرة وبطيئة التطور - جميلة ولكنها مملة بعض الشيء. ليس بعد الآن.

أكثر الصور تفصيلاً للحلقات حتى الآن تعطي إحساسًا مختلفًا وديناميكيًا للعصابات المدارية من قطع الجليد ، وفقًا لدراستين جديدتين في عدد هذا الأسبوع من مجلة Science.

من خلال تصوير الحلقات عن قرب ، في العديد من الأطوال الموجية ، وبتردد غير مسبوق ، كشفت المركبة المدارية كاسيني التابعة لناسا عن عدد كبير من المفاجآت. من بينها حلقات تعيد ترتيب نفسها بسرعة ، تصادمات عالية السرعة - ناهيك عن الغلاف الجوي للأكسجين.

قال عالم الكواكب جيف كوزي ، من مركز أبحاث أميس التابع لناسا في موفيت فيلد: "هذا هو الهيكل البلوري العملاق ، الذي يمتد ثلثي المسافة من الأرض إلى القمر ، ومع ذلك تتغير أجزاء منه على نطاق زمني شهري أو أسبوعي". كاليفورنيا.

قال كوزي ، المؤلف المشارك لأحد دراسات جديدة.

وقال إن هذه الحواف سريعة الالتواء تؤكد على الطبيعة السائلة للحلقات المكتشفة حديثًا.

أيضًا ، كشفت الدراسات الحديثة عن العشرات من الأقمار الصغيرة الغامضة ، التي يبلغ حجمها عدة كيلومترات ، وهي تقفز مثل السيارات الواقية من الصدمات في الحلقة الخارجية الرفيعة ، والتي تسمى F.

قال كوزي: "إن قذائف المدفعية هذه تتنقل عبر الحلقة F وتصطدم بالأشياء". "ما هذه الأشياء؟ من أين أتوا؟

"هذا لا يبدو لنا وضعًا مستقرًا بشكل خاص."

جو الأكسجين حول حلقات زحل؟

كما تفاجأ العلماء عندما اكتشفوا أن الغلاف الجوي حول حلقات زحل يتكون إلى حد كبير من الأكسجين.

قال كوزي: "يعتقد معظم الناس أن الغلاف الجوي الدائري سيكون جزيئات الماء - H2O - ونواتج تحللها H [الهيدروجين] و OH [الهيدروكسيل]". أن نظام الحلقة سيكون لديه الكيمياء لتحويل الهيدروجين والهيدروكسيل إلى أكسجين "لم يكن متوقعًا من قبل معظم الناس."

يمكن أن يساعد هذا الاكتشاف في حل لغز طويل الأمد لحلقات زحل: لماذا يبدو بعضها ملطخًا باللون الأحمر.

وقال إنه ربما يتم نقل اللون عندما تتفاعل المعادن في الصخور الحلقية مع الأكسجين. لدينا اسم على الأرض: الصدأ.

حلقات زحل تحمل مفاتيح كوكب الأرض؟

قال لاري إسبوزيتو عضو فريق كاسيني ، من جامعة كولورادو في بولدر ، إن حلقات زحل تشبه إلى حد كبير الأقراص الصخرية المغبرة حول النجوم حيث تتشكل الكواكب.

إذا كان نظام الحلقة في الواقع نسخة معقولة من حضانة كوكب ، فقد يغير زحل فهمنا لكيفية تصرف أقراص الكواكب. (استكشف خريطة تفاعلية للنظام الشمسي.)

قال إسبوزيتو ، المؤلف المشارك لإحدى دراسات زحل الجديدة ، إنه بفضل عرض كاسيني عن قرب لحلقات زحل ، "يمكننا أن نرى الهياكل والظواهر التي لم نتخيل وجودها بطريقة أخرى في أقراص كوكبية".

إحدى هذه الظواهر هي التكتل ، والتي وصفها إسبوزيتو بأنها واحدة من أكثر الأشياء المدهشة التي شاهدها حول زحل. تكشف صور كاسيني أن الجاذبية تربط بشكل مؤقت قطع الجليد الصخرية معًا ، وتشكل شظايا عظمى ربما يبلغ عرضها 30 قدمًا (10 أمتار).

قال: "إن الديناميكيات في الحلقتين السميكتين A و B أكثر تعقيدًا بكثير مما كنا نظن بسبب هذه الطبيعة المتكتلة ، وهذه الحلقات أضخم مما كنا نظن.

قال: "عندما تعرف الكتلة ، يمكنك أن تقول شيئًا عن أصول الحلقات".

لكن هذه المعرفة قد تضطر إلى الانتظار حتى عام 2017 ، عندما تقوم كاسيني بقياس كتل الحلقات بينما تنخفض إلى التدمير على زحل.

قال إسبوزيتو: "حتى الآن ، ساعدت كاسيني في صقل الأسئلة ، ولكن لم تقدم إجابات ، من أين أتت الحلقات ومتى تم إنشاؤها". "وهذا لا يزال سؤالي الأول."


جيمس كليرك ماكسويل يتحدث عن طبيعة حلقات زحل

هناك بعض الأسئلة في علم الفلك ، التي ننجذب إليها بسبب خصوصيتها ، كإيضاح محتمل لمبدأ غير معروف ، أكثر من أي ميزة مباشرة يمكن أن يمنحها حلها للبشرية. نظرية عدم المساواة في القمر ، على الرغم من أنها تقدم في مراحلها الأولى نظريات مثيرة للاهتمام لجميع طلاب الميكانيكا ، فقد تم اتباعها في مثل هذه التعقيدات الحسابية التي لا يمكن متابعتها إلا من قبل أولئك الذين يمكنهم جعل تحسين الجداول القمرية هدفًا حياتهم. يتم التعرف على قيمة عمل هؤلاء الرجال من قبل جميع الذين يدركون أهمية مثل هذه الجداول في علم الفلك العملي والملاحة. تعتبر الطرق التي يتم من خلالها الحصول على النتائج سليمة ، ونترك لعلماء الفلك المحترفين العمل وميزة تطويرها.

لا يمكن للأسئلة التي اقترحها ظهور حلقات زحل ، في الحالة الحالية لعلم الفلك ، أن تستدعي قدرًا كبيرًا من العمل بين علماء الرياضيات. لا أعلم أنه تم استخدام أي استخدام عملي لحلقات زحل ، سواء في علم الفلك أو في الملاحة. إنها بعيدة جدًا ، وغير مهمة جدًا في الكتلة ، لإحداث أي تأثير ملموس على حركة أجزاء أخرى من النظام الشمسي ، ولهذا السبب بالذات ، من الصعب تحديد عناصر حركتها التي نحصل عليها بدقة في هذه الحالة من الأجسام ذات الأهمية الميكانيكية الأكبر.

لكن عندما نفكر في الحلقات من وجهة نظر علمية بحتة ، فإنها تصبح أكثر الأجسام بروزًا في السماء ، باستثناء ، ربما ، تلك الأجسام التي لا تزال أقل فائدة - السدم الحلزونية. عندما رأينا بالفعل هذا القوس العظيم يتأرجح فوق خط الاستواء للكوكب دون أي اتصال مرئي ، لا يمكننا أن نريح عقولنا. لا يمكننا ببساطة أن نعترف بأن هذا هو الحال ، وأن نصفه بأنه أحد الحقائق المرصودة في الطبيعة ، ولا نعترف أو نطلب تفسيرًا. يجب علينا إما أن نفسر حركتها على أساس مبادئ الميكانيكا ، أو نعترف أنه في عوالم زحل ، يمكن أن تكون هناك حركة تنظمها قوانين لا يمكننا تفسيرها.

نحن نعلم ، منذ أن أثبت لابلاس ، أن الحلقة الصلبة المنتظمة لا يمكن أن تدور بشكل دائم حول كوكب. نقترح في هذا المقال تحديد مقدار وطبيعة المخالفة التي ستكون مطلوبة لجعل التناوب الدائم ممكنًا. سنجد أن استقرار حركة الحلقة سيكون مضمونًا بتحميل الحلقة عند نقطة واحدة بقمر صناعي ثقيل يبلغ وزنه أربعة أضعاف ونصف وزن الحلقة ، ولكن هذا الحمل ، بالإضافة إلى عدم توافقه مع المظهر المرصود من الحلقات ، يجب تعديلها بشكل مصطنع للغاية بحيث تتوافق مع الترتيبات الطبيعية التي لوحظت في مكان آخر ، لأن حدوث خطأ صغير جدًا في الزيادة أو العيب سيجعل الحلقة غير مستقرة مرة أخرى

لذلك ، نحن مضطرون للتخلي عن نظرية الحلقة الصلبة ، والنظر في حالة الحلقة ، التي لا ترتبط أجزاء منها بشكل صارم ، كما في حالة حلقة من الأقمار الصناعية المستقلة ، أو حلقة السوائل.

لا يوجد الآن خطر من الحلقة بأكملها أو أي جزء منها يتم تعجيله على جسم الكوكب. يُنظر الآن إلى كل جسيم في الحلقة على أنه قمر صناعي لكوكب زحل ، منزعجًا من جاذبية حلقة من الأقمار الصناعية على نفس المسافة المتوسطة من الكوكب ، وكل منها مع ذلك يخضع لعمليات إزاحة طفيفة. سيكون العمل المتبادل لأجزاء الحلقة صغيرًا جدًا مقارنة بجاذبية الكوكب ، بحيث لا يمكن لأي جزء من الحلقة التوقف عن التحرك حول زحل كقمر صناعي.

لكن السؤال المطروح الآن مختلف تمامًا عن السؤال المتعلق بالحلقة الصلبة. علينا الآن أن نأخذ في الاعتبار الاختلافات في شكل وترتيب أجزاء الحلقة ، بالإضافة إلى حركتها ككل ، وليس لدينا حتى الآن أي ضمان بأن هذه الاختلافات قد لا تتراكم حتى تفقد الحلقة شكلها الأصلي تمامًا ، وينهار في واحد أو أكثر من الأقمار الصناعية ، يدور حول زحل. في الواقع ، هذه النتيجة هي واحدة من المذاهب الرئيسية لـ "النظرية السدمية" لتكوين أنظمة الكواكب: ونحن على دراية بالتفكك الفعلي لحلقات السوائل تحت تأثير القوة "الشعرية" ، في التجارب الجميلة هضبة إم.

لقد أوضحت في هذا المقال أن مثل هذا الاتجاه المدمر موجود بالفعل ، ولكن من خلال ثورة الحلقة يتم تحويله إلى حالة الاستقرار الديناميكي. نظرًا لأن الاهتمام العلمي بحلقات زحل يعتمد في الوقت الحالي بشكل أساسي على مسألة ثباتها ، فقد اعتبرت حركتها بدلاً من ذلك بمثابة توضيح للمبادئ العامة ، وليس كموضوع للحساب التفصيلي ، وبالتالي ، فقد اقتصرت على تلك الأجزاء للموضوع الذي يتعلق بمسألة ديمومة شكل معين من الحركة.

هناك مشكلة عامة جدًا ومهمة جدًا في Dynamics ، سيحتوي حلها على جميع نتائج هذا المقال وأكثر من ذلك بكثير. هذا هو: "بعد العثور على حل معين لمعادلات الحركة لأي نظام مادي ، لتحديد ما إذا كان الاضطراب الطفيف للحركة التي يشير إليها الحل سيؤدي إلى اختلاف دوري صغير ، أو اضطراب كامل في الحركة."

قد يتم طرح السؤال للاعتماد على شروط الحد الأقصى أو الحد الأدنى لوظيفة العديد من المتغيرات ، لكن نظرية الاختبارات للتمييز بين الحد الأقصى والحد الأدنى من خلال حساب التباينات تصبح معقدة للغاية عند تطبيقها على وظائف متعددة المتغيرات ، أعتقد أنه من المشكوك فيه أن يتم حل المشكلة المادية أو المجردة أولاً.

Let us now gather together the conclusions we have been able to draw from the mathematical theory of various kinds of conceivable rings.

We found that the stability of the motion of a solid ring depended on so delicate an adjustment, and at the same time so unsymmetrical a distribution of mass, that even if the exact condition were fulfilled, it could scarcely last long, and if it did, the immense preponderance of one side of the ring would be easily observed, contrary to experience. These considerations, with others derived from the mechanical structure of so vast a body, compel us to abandon any theory of solid rings.

We next examined the motion of a ring of equal satellites, and found that if the mass of the planet is sufficient, any disturbances produced in the arrangement of the ring will be propagated round it in the form of waves, and will not introduce dangerous confusion. If the satellites are unequal, the propagation of the waves will no longer be regular, but disturbances of the ring will in this, as in the former case, produce only waves, and not growing confusion. Supposing the ring to consist, not of a single row of large satellites, but of a cloud of evenly distributed unconnected particles, we found that such a cloud must have a very small density in order to be permanent, and that this is inconsistent with its outer and inner parts moving with the same angular velocity. Supposing the ring to be fluid and continuous, we found that it will be necessarily broken up into small portions.

We conclude, therefore, that the rings must consist of disconnected particles these may be either solid or liquid, but they must be independent. The entire system of rings must therefore consist either of a series of many concentric rings, each moving with its own velocity, and having its own systems of waves, or else of a confused multitude of revolving particles, not arranged in rings, and continually coming into collision with each other.

Taking the first case, we found that in an indefinite number of possible cases the mutual perturbations of two rings, stable in themselves, might mount up in time to a destructive magnitude, and that such cases must continually occur in an extensive system like that of Saturn, the only retarding cause being the possible irregularity of the rings.

The result of long-continued disturbance was found to be the spreading out of the rings in breadth, the outer rings pressing outwards, while the inner rings press inwards.

The final result, therefore, of the mechanical theory is, that the only system of rings which can exist is one composed of an indefinite number of unconnected particles, revolving round the planet with different velocities according to their respective distances. These particles may be arranged in series of narrow rings, or they may move through each other irregularly. In the first case, the destruction of the system will be very slow, in the second case, it will be more rapid, but there may be a tendency towards an arrangement in narrow rings, which may retard the process.

We are not able to ascertain by observation the constitution of the two outer divisions of the system of rings, but the inner ring is certainly transparent, for the limb of Saturn has been observed through it. It is also certain, that though the space occupied by the ring is transparent, it is not through the material parts of it that Saturn was seen, for his limb was observed without distortion which shows that there was no refraction, and, therefore, that the rays did not pass through a medium at all, but between the solid or liquid particles of which the ring is composed. Here then we have an optical argument in favour of the theory of independent particles as the material of the rings. The two outer rings may he of the same nature, but not so exceedingly rare that a ray of light can pass through their whole thickness without encountering one of the particles.

Finally, the two outer rings have been observed for 200 years, and it appears, from the careful analysis of all the observations by Struve, that the second ring is broader than when first observed, and that its inner edge is nearer the planet than formerly. The inner ring also is suspected to be approaching the planet ever since its discovery in 1850 . These appearances seem to indicate the same slow progress of the rings towards separation which we found to he the result of theory, and the remark, that the inner edge of the inner ring is most distinct, seems to indicate that the approach towards the planet is less rapid near the edge, as we had reason to conjecture. As to the apparent unchangeableness of the exterior diameter of the outer ring, we must remember that the outer rings are certainly far more dense than the inner one, and that a small change in the outer rings must balance a great change in the inner one. It is possible, however, that some of the observed changes may be due to the existence of a resisting medium. If the changes already suspected should be confirmed by repeated observations with the same instruments, it will be worth while to investigate more carefully whether Saturn's Rings are permanent or transitionary elements of the Solar System, and whether in that part of the heavens we see celestial immutability, or terrestrial corruption and generation, and the old order giving place to new before our own eyes.


How Old Are Saturn’s Rings?

Originally published in Creation 12, no 4 (September 1990): 40-41.

The rings around Saturn make it one of the most beautiful telescopic objects in the sky. Italian astronomer Galileo admired the planet almost 400 years ago, and wrote of its ‘peculiar appearance’ in 1610.

But it was 1655 before the beautiful ring structure around Saturn was identified—by Dutch astronomer Christian Huygens.

Since then, numerous researchers have added to our understanding of Saturn’s rings. In the 1980s, American space vessels Voyager 1 and 2 took close-up photographs of Saturn. They showed many hundreds of rings around our second-largest planet. The halo of rings is so enormous that 20 planet Earths side by side would still not quite reach the rings' width of more than 255,000 kilometres (160,000 miles).

Many astronomers have been puzzled about how the intricate details of Saturn’s rings could remain in place for billions of years—if indeed the solar system is that old. Even some evolutionist astronomers cannot believe the rings are as old as the ‘evolutionary’ age claimed for the solar system (about five billion years). They admit that the rings cannot be more than 100 million years old, so they propose that they formed from the break-up of a small moon that once circled Saturn.

Astronomer Wing-Huan Ip, from the Max Planck Institute for Astronomy, looked into the conditions necessary for a moon to break up. He says the combined mass of Saturn’s rings would amount to a moon at least 100 kilometres wide (Earth’s moon is 3,473 kilometres wide). Ip says that such a moon could be shattered by a comet only two kilometres across. Yet Ip calculates that such a ring-forming collision would not happen in 30 billion years . This is about twice the age claimed for the universe by most evolutionists.

Laurance R. Doyle (NASA) of Ames Research Center, and colleagues also support a relatively young age for Saturn's rings. They examined 14 images taken by Voyager’s cameras to find the reflectivity of Saturn’s brightest ring. They found that the particles forming the ring are most likely coated with fine, dust-like ice. They say that micro-meteoroids would gradually erode and darken the particle surfaces. Even if the grains began as pure ice they would be blackened after only 100 million years. ‘If the rings have existed… since the origin of the solar system’, they say, ‘they should be much darker than they presently are.’

From these claims, the problems for evolutionists are these:

  • Saturn is believed to be billions of years old, but the present condition of its rings means they can't be more than 100 million years old.
  • The universe is believed to be about 15 billion years old, but the circumstances which might form Saturn's rings could not possibly happen in this time.

It should be noted that if Saturn has had rings since the solar system was formed, this undermines belief in the long ages proposed by evolutionists.

The evidence is consistent with the creationist belief that Saturn and its rings were created recently.

(This article is based on information in Sky and Telescope , July 1989, pp 10-11.)


What causes the rings to sing?

Researchers were originally under the impression that the bigger planets in the solar system all had hot fluid in their interiors which would push heat outwards, but in Saturn’s case, there is the presence of heavier elements like rock and water ice beneath the lighter hydrogen and helium and this is obstructing the movement of the fluid and generating gravity waves.

It is these gravity waves that are causing Saturn to essentially ring like a bell and resonate this to the rings surrounding the planet.

The Cassini mission helped researchers realise that the rings of Saturn were also being subjected to the tremors from the planet’s oscillating gravitational field. They, in turn, discovered more than 20 waves in Saturn’s rings that were being caused by the centre of the planet. These waves only occur in certain areas of the rings but the effects of these are considerable.

Image via huffingtonpost.co.uk

What keeps Saturn’s rings in place?

The simple answer is gravity. Imagine each of the particles that make up Saturn’s rings as moons in orbit around the gaseous body of the planet. Each of these particles is in freefall – like the ISS is as it orbits around Earth.

These particles often collide with one another and are affected by the gravity of their parent planet. A combination of collisions and other such forces mean that Saturn’s rings tend to spread out. Particles that are closer in to the planet can often be found falling into the planetary atmosphere.

Saturn’s ring system is quite intricate, with each ring being kept in place by the gravitational force of shepherd moons, which ‘herd’ each of the particles to keep them in shape.

مواكبة معالأحدث التقييمات في All About Space -متوفرة كل شهر مقابل 4.99 جنيه إسترليني فقط. بدلا من ذلك يمكنك الاشتراكهنا لجزء بسيط من السعر!


Speed of Saturn's Ice Particles

  • topic starter

A question was posed to me I couldn't answer: If the rings of Saturn are made out of ice particles, they would then be orbiting Saturn. At what speed do they orbit, do they also revolve and do they all move at the same speed? I have no idea. Anyone know?

#2 PeterA

#3 Guest_**DONOTDELETE**_*

  • topic starter

By slower, you mean longer period, right? The particles further from the planet are actually moving faster, but they take longer to go around. Or do I have this all backwards?

#4 Guest_**DONOTDELETE**_*

  • topic starter

#5 PeterA

their speed is slower and they take longer to go around the further they are from the planet.

it's actually pretty easy to calculate the speed of a circular orbit. The gravitational force on a body is
F=GMm/r^2, you set that to equal a centripetal force to keep the body going in a circle, F=mv^2/r.

v then equals sqrt(GM/r), where G is the gravitational constant, M is the mass of Saturn and r is the distance from the center of Saturn. If you make r bigger, the tangential velocity becomes smaller. it also takes longer because the circle diameter 2pi*r is longer.

You can also use Kepler's law that says bodies sweep out equal areas in equal times.

The complication is the 18 moons. They are exerting forces that are pulling the rings away from Saturn. The tidal forces that the moons and Saturn are exerting is preventing the mutual gravitational attraction of the particles from coming together in the zone that the rings are in.

#6 matt

Peter is right: just like any body orbiting another body, the farther out they are, the slower they move. As it's not a fixed body (the particles seem pretty far apart from each other) it's OK.

Whether they rotate is anyone's guess. But if we take the analogy of the asteroid belt, we could assume most of the larger ring 'parts' (the largest are estimated by radio measurement at 100m so they're not "particles" have rotation speeds and axes determined by the way the parts bang into each other now and then.

#7 David Knisely

Generally. the orbit of each ice particle depends on the distance from Saturn. Further away particles orbit slower. But, things are complicated by Saturns moons that keep the rings in a stable state. If it weren't for Saturn's moons, the particles in the rings would probably have come together to form moon(s) as well. It's pretty amazing how the whole system of rings and moons have developed into a stable system like that.

#8 David Knisely

A question was posed to me I couldn't answer: If the rings of Saturn are made out of ice particles, they would then be orbiting Saturn. At what speed do they orbit, do they also revolve and do they all move at the same speed? I have no idea. Anyone know?

#9 Guest_**DONOTDELETE**_*

  • topic starter

I've been on this forum since 12/29/04 (as observed by the astute CN contributor who saw that all three initial posters joined the same day - that's creepy).

In any case, my wife has now become interested in this forum because she asked me the questions "How fast do the ice particles of Saturn's rings travel and "Why do the pictures of Saturn look so much like graphics and surrealistic (especially the ones from Cassini)"? She said that the rings look almost unreal, like a digital graphic and not a photo. I explained that in my opinion the reason it looks this ways is one, that Saturn and other gaseous planets lack the detail of Earth and therefore look more "odd" to our eyes. Big balls of gas don't seem real to us. Even pictures of the sun do seem somewhat "unreal" in my opinion. Secondly I told her that these photos are stacked from thousands of shots and manipulated so I felt that there is possibly some "interpretation" going on here as well as a "smoothing out" of the images. But I'm guessing here. Lastly, she asked why if these are particles, some as tall as 100 meters (that would be 300 feet or so, 30 stories, correct?) everything looks so smooth? Is it just that we are photographing so far away? But Cassini has done some very close fly bys (relatively) and I assume Cassini has scopes, not just cameras, so shouldn't we be resolving individual pieces 30 stories high? Or, she asks, does the speed of the particles (that's why she asked the speed question) play into it? I guessed no because even though they are traveling 50,000 miles an hour they are so far away from us that speed becomes insignificant. But would it not be significant for Cassini trying to photograph millions of objects traveling 30-50,000 miles an hour while Cassini itself is traveling 30,000 miles an hour (or whatever its speed is).

Bottom line is that we are not astronomers, even amateurs of any significance and would like to understand this. I couldn't answer my wife's questions.

Also, for the math explanation of orbits, we'll have to call our Engineer son to explain as my musician’s brain can read music but math is gobbledygook to me so if any one can dumb it down, that would be great!

-Steve and Lia (clueless and curious - my wife wants to point out the order of our signature descriptions)


Just How Thin Are Saturn’s Rings?

Note: A version of this article originally appeared on my Google Plus page, but rumor has it G+ may be going the way of phlogiston and N-rays. I didn’t want to lose this article, since it’s one of the coolest facts about our solar system, so I figured I’d update it and put it here on the blog. That way I can link to it when I talk about Saturn’s rings.

The planet Saturn is beyond question the jewel of the solar system. Its magnificent system of rings is awe-inspiring, composed of countless tiny particles of water ice, each orbiting the gas giant planet individually. Sculpted by the gravity of the planet and the orbital dances of dozens of moons, the rings are divided into a few major rings and thousands of narrower ringlets.

المزيد من علم الفلك السيئ

They’re also huge: The main ring system spans 300,000 kilometers (180,000 miles), and some fainter rings are cast even wider! But they're also amazingly flat. Seriously, truly flat: Observations indicate they are only 10 meters (32 feet) thick in some places, up to as much as a kilometer (0.6 miles) in others.

That’s more than just flat. That’s practically two-dimensional! Let me show you why.

Let’s take the bigger number, and assume the rings are a kilometer thick. If the main rings are 300,000 kilometers across, that makes the thickness-to-width ratio 1 in 300,000, or 0.0000033.

How thin is that? Well, a common simile used for thinness is a sheet of paper (i.e., “paper thin”). But how thin is that? A standard sheet of US writing paper has dimensions of 8.5 x 11 inches (about 22 x 28 cm) in width and height, and (for 20 pound paper) only about 0.004 inches (0.1 mm) in thickness.

Even if we use the larger dimension of 11 inches, the thickness-to-width ratio of a piece of paper is then 0.00036, over 100 times the ratio of Saturn’s rings!

In other words, to scale, a piece of paper is 100 times thicker than Saturn’s rings. And that’s using the thicker number for the rings, 1 km instead of 10 meters. If we go with the thinner number, the ratio jumps another factor of 100, so a piece of paper is 10,000 times thicker than Saturn’s ring, to scale!

Want to think of it another way? If you wanted to make a scale model of Saturn’s rings using paper, you’d have to use a sheet 10,000 x 11 inches = 1.7 miles across!

We’re using the wrong phrase. We should say something is “Saturn’s rings thin.”

It’s truly astonishing that a structure so huge, so vast—it stretches more than three-fourths of the distance from the Earth to the Moon!—can be so ethereally thin. But that’s physics at work. The particles forming the rings may have once had all different tilts as they orbited Saturn, but if they did, they would have collided with each other. The details are a bit complicated, but collisions would steal angular momentum from the particles, and their orbits would tend to flatten out. This kept happening until the particles were spread out so thinly that collisions stopped occurring, which happens when the rings were only a few times thicker than the size of the biggest particles in them—a few meters across. That’s why the rings are so thin.

Once again, processes in physics are both vast and subtle, and what seems surprising to our intuition is actually inevitable in reality. That’s one of the many reasons I rely more on science than on our own easily fooled human brains!

Science is a way of helping you understand the Universe, but it’s also a way of helping you trust it. It always follows its own rules.


شاهد الفيديو: وثائقي- كوكب زحل (سبتمبر 2022).


تعليقات:

  1. Fitzhugh

    أود أن أقول لخطو الكلمات.

  2. Tarik

    أقترح أن تأتي إلى الموقع ، حيث يوجد الكثير من المقالات حول هذه القضية.

  3. Tareq

    أنت تدرك ، في قول ...

  4. Taher

    يا هلا!!! يا هلا!!!!!! يا هلا!!!!!!!!

  5. Samumuro

    بيننا ، في رأيي ، هذا واضح. أنصحك بتجربة google.com

  6. Zakiy

    أعتذر عن مقاطعتك ، لكن هل يمكنك أن تصف ذلك بمزيد من التفصيل.



اكتب رسالة