В и внешней кольца А внутренняя граница деления Кассини на двух изображениях расходится на 50 км. Это объясняется гравитационным резонансом с Мимасом. Внешний край кольца В прецессирует с периодом 22,6ч. (период обращения Мимаса), за счет чего в кольцо накачивается энергия, вызывающая возмущение. Большая ось эллипса, образованного кольцом В, направлена под углом 90° к Мимасу. Это было интересной находкой, так как противоположно хорошо известным приливным явлениям в системе Земля-Луна.
О радиальных деталях колец — споках — заговорили после снимков «Вояджера-1». Однако изучение исторического материала показало, что упоминания о них встречались еще в прошлом веке, когда наиболее зоркие астрономы изображали характерные зубцы на своих зарисовках. Типичные споки показаны на рис., где они видны как темные образования на фоне средней части кольца В. Споки могут быть светлыми или темными, это зависит от направления освещения: они выглядят темными, если смотреть на них от источника света (т.е. плохо отражают) и светлыми — при наблюдении в сторону источника (т.е. хорошо рассеивают свет вперед), что говорит об очень малых размерах частиц. Споки наблюдались даже на теневой стороне колец, по-видимому, в свете, рассеянном Сатурном. Они не подчиняются кеплеровскому распределению скоростей в кольцах и отстают от их вращения, двигаясь с угловой скоростью магнитосферы. Природа споков остается совершенно неясной. Установлено, что они развиваются быстро, за время от 15 до 60 мин; и при этом успевают распространиться на расстояние до 12000 км. в радиальном направлении, что требует скорости от 3,5 до 15 км/с. Высказано предположение, что это тонкая ледяная взвесь или пыль, которую сила электростатического взаимодействия удерживает над плоскостью колец.
В кольцах действительно наблюдаются электрические явления, вероятно, связанные с механизмами разделения электронов и ионов, либо с электризацией соприкасающихся частиц. Теория предсказывает, что заряды, которые могут накопиться в кольцах благодаря различным механизмам, например трибоэлектризации, очень значительны. И действительно, оба «Вояджера» отметили мощные электромагнитные импульсы, источники которых, как предполагалось, находились в кольцах, а импульсы появлялись во время электрических разрядов, имевших мощность в 104—105 раз больше, чем у земных молний.
Но истина оказалась сложнее всех гипотез. Предположения о сверхмолниях в кольцах были основаны на следующих соображениях. Во-первых, Сатурн обладает сравнительно плотной ионосферой, которая, согласно теории, не должна пропускать сигналы от планеты в диапазоне частот приемников «Вояджера». Во-вторых, периодичность, с которой повторялись короткие всплески в диапазоне 20 кГц—40 МГц, составляла 10ч. 10мин. На Сатурне нет, на первый взгляд, объектов с таким периодом вращения — он на полчаса короче периода магнитосферы. Наконец, было просто непонятно, к чему на Сатурне можно отнести огромную мощность этих коротких импульсов, достигавшую 104 МВт. при длительности от 15 до 400 мс.
И все-таки источник оказался на Сатурне. Он связан с быстрым струйным течением в экваториальной зоне, направленным к востоку. Его скорость достигает 500 м/с. В своем движении оно обгоняет вращение планеты, поэтому период повторения положения облачной структуры укорачивается и составляет 10ч. 10мин. Предполагается, что в этой зоне и образуются сверхмолнии, излучение которых в радиодиапазоне принималось на аппаратах. Излучающая зона вытянута вдоль экватора на 60° (около 25000 км.). Кстати, интервал, в течение которого она полностью находится на невидимой стороне планеты, длится 3ч., а для подозревавшейся части колец — только 2ч. Это тоже довод в пользу планеты, а не колец, так как перерывы в приеме импульсов на «Вояджерах» составляли по 3ч. (через каждые 7ч. приема). Кстати, похожие электромагнитные импульсы принимались при сближении с Юпитером и, кажется, они как-то связаны с Большим Красным Пятном.
С прозрачностью ионосферы Сатурна для радиоволн положение не совсем ясное, но установлено, например, что в тени колец и на ночной стороне планеты прозрачность быстро увеличивается, и появляются более низкие частоты.
Выше говорилось о «службе времени» на Сатурне. Оказалось, что электромагнитная активность присуща вообще всему меридиану, который проходит через таинственный радиоисточник. Но и это еще не все. Выход этого меридиана из-за утреннего терминатора определяет… появление Споков на кольцах. Как и чем связаны «электрический» меридиан (точнее, сектор вблизи меридиана) и споки, остается загадкой. Но их появление (меридиан на терминаторе — споки на кольце) коррелировано в высокой степени. А прохождение этим меридианом полудня соответствует мощным всплескам низкочастотного радиоизлучения.
Глава IXУРАН
Уран и Нептун — близнецы, далекие планеты-гиганты, находятся на периферии Солнечной системы. Обе планеты очень трудны для наблюдений: из-за удаленности угловые диаметры их дисков не превышают 4". Различить какие-либо подробности на таком маленьком диске с Земли почти невозможно. «Вояджер-2» сблизился с Ураном 24 января 1986 г. и провел запланированную программу исследований планеты, ее спутников и колец.
Открытый У. Гершелем в 1781 г. Уран относится к наиболее далеким планетам. Радиосигналы «Вояджера» шли от него до Земли 2ч. 40мин. Из-за сильного поглощения в красной части спектра планета имеет зелено-голубой цвет. Поглощение вызывают полосы метана, который в небольшом количестве присутствует в атмосфере. Различить на маленьком диске какие-либо детали очень сложно. История наблюдений Урана полна противоречивых результатов. Иногда наблюдатели сообщали о слабых полосах, подобных зонам и поясам Сатурна, но зачастую не находили никаких деталей. Имеются сообщения, что детали появлялись и исчезали в течение нескольких месяцев.
Были попытки связать видимость деталей с очень длительными сезонными изменениями на Уране. Плоскость его экватора наклонена к плоскости орбиты на 82° (с учетом обратного направления вращения планеты этот угол записывают как 98°). Такое положение полярной оси приводит к многим особенностям планеты. Уран вращается, как говорят, «лежа на боку». Наклон приходится считать большим 90°, чтобы при взгляде на тот полюс, наклон которого указан, направление вращения Урана было таким же, как у других планет — против хода часовой стрелки (по этой же причине наклон оси вращения Венеры указывается как 177°). Прежде полюс Урана, соответствующий такому «правильному» направлению вращения, называли северным. Но поскольку он обращен в южную полусферу эклиптики, то решением MAC его переименовали в южный (при этом в жертву был принесен принцип направления вращения). В 1985 г. этот южный полюс Урана был обращен к Солнцу и Земле; в те годы мы видели Уран, вращающимся против часовой стрелки. В 1990-х Солнце освещало средние южные широты планеты. (См. http://haydenplanetarium.org/resources/ava/page/ index.php?file=P0418uranseas или http://haydenplanetarium.org/ movies/ava/P0418uranseas.mpg). В 2007 г. к Солнцу и Земле обращена экваториальная область Урана, так что в ближайшие 20 лет в сторону Солнца будет постепенно поворачиваться северный полюс, а видимое с Земли вращение планеты будет происходить по часовой стрелке.
Рис. Спутники Урана.
«Лежачее» положение оси вращения приводит к максимально возможным сезонным изменениям освещенности. При орбитальном периоде 84 года полярные день и ночь длятся по 14 лет на широте 30°, по 28 лет — на 60° и по 42 года на полюсах. Однако из сезонных эффектов (если они действительно сезонные) пока установлена только одна зависимость: за 20 лет, в течение которых центр видимого с Земли диска планеты смещался от экватора к полюсу, радиояркостная температура видимого полушария возросла вдвое, с 140 до 290 К.