Af hverju er Satúrnus með hringi?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Af hverju er Satúrnus með hringi?
Hér er einnig svarað spurningu Bjarna Gunnarssonar:

Hvað eru "hringir Satúrnusar" og hvað er svona merkilegt við þá?

Hringir Satúrnusar eru vitaskuld helsta einkenni þessarar mikilfenglegu reikistjörnu. Þeir sáust fyrst árið 1610 þegar ítalski stjörnufræðingurinn Galíleó beindi sjónauka sínum í átt að reikistjörnunni og undraðist mjög það sem fyrir augum bar. Galíleó taldi sig fyrst hafa séð tvær daufar stjörnur við hlið Satúrnusar.

Tveimur árum síðar furðaði Galíleó sig á því að hringirnir voru horfnir. Það sem hann vissi hins vegar ekki var að jörðin hafði skorið hringflöt Satúrnusar, en þá sneru hringirnir þvert í átt til jarðar og sáust þar af leiðandi ekki í sjónaukanum hans. Á myndinni hér fyrir neðan sést útlit hringjanna þegar þeir snúa þvert í átt til jarðar.

Árið 1655 taldi stjörnufræðingurinn hollenski, Christiaan Huygens (1629-95), að Satúrnus væri umlukin samfelldum hring, "þunnum, flötum hring, sem hvergi nærri snerti, eða hallaði að sólfletinum."

Eftir því sem gæði sjónauka bötnuðu, komust menn að því að "hringur" Satúrnusar var í raun heilt hringakerfi. Árið 1675 dró svo til tíðinda þegar ítalski stjörnufræðingurinn Giovanni Cassini (1625-1712) sá dökka geil í hringjunum. Þetta bil er í dag nefnt eftir honum, er um 5000 km breitt og aðskilur A hringinn sem er utar frá bjartari B hring nær plánetunni. Á miðri 19. öldinni sáu menn svo daufan C hring sem liggur rétt innan B hringsins.

Stjörnufræðingar hafa lengi vitað að hringir Satúrnusar eru ekki samfelldir, því svokallaðir flóðkraftar myndu einfaldlega tvístra slíkum hringjum. Því töldu menn réttilega að hringirnir væru úr gríðarmiklum fjölda ótengdra agna.

Agnir hringjanna eru líklega leifar efnis sem ekki náði að þéttast í tungl. Samanlagt magn efnis í hringjunum er frekar lítið, en ef öllu hringakerfi Satúrnusar væri hnoðað saman í einn hnött, væri þvermál hans ekki meira en 100 km. Þetta mun ekki gerast vegna þess að agnirnar eru of nálægt Satúrnusi en ástæðan fyrir því er mislöng fjarlægð frá Satúrnusi og mismikið þyngdartog. Munurinn á þyngdartoginu kallast flóðkraftur og leitast hann við að halda ögnunum aðskildum. Í ákveðinni fjarlægð frá miðju reikistjörnunnar helst jafnvægi milli flóðkrafta reikistjörnunnar og þyngdartogsins milli agnanna. Þessi fjarlægð nefnist Roche-mörk en innan þeirra eru flóðkraftarnir meiri en þyngdarkrafturinn milli agnanna. Við Roche-mörkin geta agnirnar ekki safnast saman og myndað stærri hnött en flestar agnirnar í hringjunum eru einmitt innan þessara marka.

Flest stærstu tungla sólkerfisins eru utan Roche-markana. Kæmi eitthvert þeirra inn fyrir Roche-mörk tiltekinnar reikistjörnu, myndi tunglið tvístrast og líkast til mynda hring á borð við hringi Satúrnusar. Til þess að finna Roche-mörk hverrar reikistjörnu, er radíus hennar margfaldaður með 2,45.

Frá jörðu séð virðast A, B og C hringirnir fremur samfelldir. Það kom vísindamönnum því þægilega á óvart þegar þeir uppgötvuðu að hringirnir eru samansettir úr hundruðum hringböndum (ringlets). Þessi hringbönd hafa myndast við þyngdarkrafta nálægra agna, tungla Satúrnusar og reikistjörnunnar sjálfrar.

Fyrir ferð Voyager 2 hafði F hringur uppgötvast en efni þess hrings er mjög fíngert. Agnirnar í F hringnum eru á stærð við reykagnir, um 1 míkrómetri að þvermáli. Þegar Voyager flaug loks framhjá Satúrnusi uppgötvuðust þrír hringir til viðbótar við þá fjóra sem áður voru þekktir, D, E, og G hringirnir. D hringurinn er innstur í hringakerfinu og er samansettur úr mjög daufum hringböndum sem staðsett eru milli innri brúnar C hringsins og skýjatopps Satúrnusar. E og G hringirnir liggja báðir talsvert frá Satúrnusi og vel handan ytri brúnar A hringsins. Báðir hringirnir eru mjög daufir, óskýrir og fíngerðir. E hringurinn liggur í braut Enkeladusar, eins ístungla Satúrnusar, og telja sumir vísindamenn að íseldfjöll Enkeladusar séu uppspretta ísagnanna í E hringnum.

Vitað er að tungl Satúrnusar hafa áhrif á byggingu hringjanna. Þyngdarkraftur tunglanna mótar brautir hringagnanna og getur mótað byggingu þeirra. Lengi hafa menn til að mynda vitað um áhrif tunglsins Mímasar á lögun kerfisins. Mímas myndar til dæmis Cassini bilið með þyngdarkrafti sínum og svonefndum hermiáhrifum, en Mímas sópar ögnunum út úr þessu svæði. Sama á við um myndun Encke bilsins í A hringnum, en í því liggur einmitt sporbraut tunglsins Pan, sem aðeins er 20 km að þvermáli. Þyngdarkraftur og brautarhreyfing Pans mynda þetta 270 km breiða bil, sem er miklum mun breiðara en Pan sjálft.

Hringirnir eru fremur bjartir og endurvarpa um 80% af sólarljósinu. Þetta segir okkur að agnirnar í hringjunum séu úr ís og ísþökktu bergi. Samsetningin gefur til kynna að hitastig hringjanna sé frá -180°C í sólarljósinu til minna en -200°C í skugganum. Stærðir agnanna er allt frá 1 cm upp í stóra mola, ef til vill meira en 5 metra að þvermáli. Flestar agnirnar eru um 10 cm að stærð.

Best er að sjá hringina þegar Satúrnus er í gagnstöðu við jörð. Þá sjást A og B hringirnir vel og með góðum sjónauka við góðar aðstæður er hægt að sjá C hringinn.

Frá jörðu séð breytist útlit hringakerfisins á meðan Satúrnus gengur kringum sólina. Sjónarhorn okkar breytist á meðan hringferðinni stendur og horfum við þá annað hvort ofan á eða undir hringina. Þegar sjónlína okkar við Satúrnus er svo í sama fleti og hringirnir, sjáum við hringina frá hlið og þá virðast þeir hverfa algjörlega sjónum okkar. Það gefur til kynna að hringirnir séu mjög þunnir, og í raun ekki nema nokkrir tugir eða hundruð metrar að þykkt. Miðað við þvermálið eru þeir þúsund sinnum þynnri en blaðsíða í venjulegri bók.

Myndir:

• Stjörnufræðivefurinn: Hringar Satúrnusar
• JPL Planetary Photojournal
• Views of the Solar System
• Vefsíða NASA um hringi Satúrnusar

Heimildir:

• Beatty, J. K., og A. Chaikin (ritstj). The New Solar System. Sky Publishing House, Bandaríkin/England 1990.
• Freedman, R. A. og Kaufmann, W. J.. Universe, 5. útgáfa. New York, W. H. Freedman and Company. 1998.

...