Cassini – struktury w pierścieniach Saturna widoczne w czasie zrównania dnia z nocą

0

{jathumbnail off}W czasie zrównania dnia z nocą na Saturnie w sierpniu 2009r system pierścieni był oświetlony w bardzo specyficzny sposób. Słońce świeciło dokładnie na krawędź pierścieni, przez co ich płaszczyzna była oświetlona tylko światłem rozproszonym w atmosferze planety. Zdjęcia pierścieni uzyskane w czasie kilku dni wokół tego momentu pozwoliły na ujawnienie wielu specyficznych struktur w obrębie układu.

Cała główna część systemu pierścieni została sfotografowana 10 sierpnia, kilka godzin po zrównaniu dnia z nocą. 15 zdjęć zostało złożonych w mozaikę o rozdzielczości 5 kilometrów na piksel. Jasność pierścieni została znacznie zwiększona, co poprawiło widoczność szczegółów. Widać też kilka gwiazd tła. Podczas obróbki nie usunięto śladów promieniowania kosmicznego.

Układ Saturna po zrównaniu dnia z nocą. Cred NASA/JPL.
Pełna rozdzielczość:http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA11667

Najbliżej planety widoczna jest wewnętrzna część pierścienia D. Jest ona wyraźnie jaśniejsza od nieoświetlonej płaszczyzny pierścieni. Świadczy to, że powierzchnia wizualna pierścieni wznosi się tutaj tak, że jest bezpośrednio oświetlona światłem słonecznym. Na skraju głównej części systemu pierścieni widoczne są małe przerwy w pierścieniu C. Również one są jaśniejsze, co świadczy, że materiał w ich obrębie wznosi się pionowo wyżej niż do tej pory sądzono.

W układzie pierścieni widoczne jest również zafalowanie odkryte w 2006 roku. Struktura ta jest pofalowaniem powierzchni wizualnej pierścieni. Długość fali jest szacowana na 30 kilometrów. Wcześniej jej obecność była notowana w pierścieniu D. Jej zasięg oceniano na 800 kilometrów. Teraz, w lepszych dla obserwacji takich struktur warunkach oświetleniowych okazało się, że rozciąga się znacznie dalej, aż do pierścienia C. Po odkryciu tej struktury  w2006r uważano, że mogła ona powstać na skutek uderzenia małej komety lub planetoidy w pierścień D. Jej rozmiary powinny wynosić kilka metrów. Takie zderzenie powinno spowodować nachylenie płaszczyzny orbit cząstek pierścienia względem pola grawitacyjnego Saturna. Takie nachylone orbity wykazują naturalną tendencję do oscylacyjnych zmian inklinacji. W niezbyt długim czasie powinno to doprowadzić do powstania zafalowania płaszczyzny pierścienia D. Oszacowano, że zderzenie powinno nastąpić w 1984 roku. Teraz jednak widać, że fala ta nie obejmuje tylko pierścienia D o relatywnie niskiej gęstości, a rozciąga się przez większą część znacznie gęstszego pierścienia C. Jej radialny zasięg jest obecnie oceniany na 17 000 kilometrów. Pochodzenie tej fali jest więc obecnie sprawą wątpliwą. Zderzenie musiałoby być znacznie silniejsze niż do tej pory uważano.

Na mozaice widać też fale w pierścieniu B. W okolicach środka mozaiki występują szprychy w pierścieniu B. Są to chmury drobnych drobin pyłu unoszących się na powierzchnią systemu pierścieni. Są więc oświetlone i odcinają się od ciemniej płaszczyzny pierścieni. W przewie Cassiniego występują tez wyraźnie jaśniejsze pierścionki. Od przerwy Cassiniego do wewnętrzne części pierścienia A występują fale wywołane rezonansem orbitalnym z Iapetusem. Widoczny na mozaice cień należy do Dione. Występuje on w kilku miejscach, ponieważ przemieszczał się podczas wykonywania zdjęć.

Ponadto zauważalne są bardzo jasne są pierścionki w Przewie Enckego oraz fale gęstości w zewnętrznej części pierścienia A. Widać je w prawej części mozaiki. Zdjęcia te pokazują miejsca, gdzie kompresja cząstek pyłu w pierścieniu A jest na tyle duża, że wznoszą się one ponad jego płaszczyznę i są bezpośrednio oświetlone światłem słonecznym.

Cienie widoczne w obrębie pierścienia F są rzucane przez wznoszące się struktury w pierścieniach.


Mozaika systemu pierścieni. Cred NASA/JPL.
Pełna rozdzielczość:http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA11670

Obraz pierścienia B, będący częścią powyższej mozaiki wyraźnie pokazuje 30-kilometrowe falowe zaburzenie. Po prawej widoczny jest wewnętrzny skraj pierścienia B. Po lewej widać Przerwę Maxwella w pierścieniu C. Ma ona postać jasnego łuku. Falowe zaburzenie objawia się periodycznymi zmianami jasności pierścienia wzdłuż zdjęcia. Są one spowodowane zmiennym nachylenie stoków wybrzuszenia pierścienia, przypominającego swym charakterem pofalowane dachówki.


Pierścień B. Cred NASA/JPL.
Pełna rozdzielczość:http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA11671

Falowe zaburzenie jest również widoczne na mozaice zdjęć o wyższej rozdzielczości, rzędu 2 kilometrów na piksel. Zostały one uzyskane 11 sierpnia. Pierścień C jest widoczny na górze po lewej i na środku. Pierścień D jest słabo zaznaczony na dole po prawej. Tak jak na poprzednim zdjęciu widoczne są tutaj periodyczne zmiany jasności. Ciemny łuk po lewej od centralnego zdjęcia to Przerwa Columbio.


Pierścienie C i D. Cred NASA/JPL.
Pełna rozdzielczość:http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA11664

Zdjęcie pierścienia A uzyskane 13 sierpnia ujawniło wyjątkowo dużą strukturę typu ?śmigła? w pierścieniu A. Skala zdjęcia to 7 km na piksel.

Struktury takie są wytwarzane przez niewielkie obiekty w obrębie pierścieni. Oddziałując grawitacyjne na cząstki pierścienia wytwarzają wokół siebie puste przestrzenie, wznosząc przy tym część materiału ponad płaszczyznę układu pierścieni.  Zostały one odkryte jeszcze w czasie misji nominalnej. Typowo są wytwarzane przez obiekty o wielkości około 100 metrów. Były to pierwsze dowody na obecność w systemie pierścieni obiektów większych do 10 centymetrów a mniejszych do 8-kilometrowego księżyca Daphnis.

Widoczna na zdjęciu struktura jest położona zaraz za skrajem Przerwy  Enckego. Ma ona długość 130 kilometrów, a jej cień rozciąga się na dystansie 300 kilometrów. Pozwala to na określenie, że materia pierścienia wznosi się w tym miejscu na wysokość około 200 metrów ponad zasadniczą płaszczyznę układu. Można na tej podstawie oszacować wielkość obiektu który ją wytworzył na około 400 metrów. Obiekt o podobnych rozmiarach został wcześniej zaobserwowany w zewnętrznej części pierścienia B. Obecność takich obiektów świadczy, że pierścienie zawierają całe spektrum wielkości odłamków, od drobnych cząstek pyłu do księżyców o wielkości kilku kilometrów (Daphnis i Pan).


“Śmigło” w pierścieniu A. Cred. NASA/JPL.
Pełna rozdzielczość:http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA11672

Zdjęcia pierścieni A i C ujawniły jasne smugi, będące najprawdopodobniej śladami zderzeń małych meteoroidów z płaszczyzną pierścieni. Obraz pierścienia A (po lewej) został uzyskany 13 sierpnia, jego skala to 7 km na piksel. Zdjęcie pierścienia C (po prawej) pochodzi z 11 sierpnia, jego skala to 1 km na piksel.

Na podstawie jasności i wielkości smug szacuje się, że za ich powstanie odpowiedzialne są obiekty o wielkości około 1 metra poruszające się z szybkościami kilkudziesięciu kilometrów na sekundę. Uderzając w płaszczyznę pierścieni spowodowały one wytworzenie chmur drobnych cząstek pyłu wznoszących się ponad płaszczyznę pierścieni. Chmury takie zostały następnie rozciągnięte wzdłuż orbity, co uformowało łukowate smugi. Najjaśniejsza część smugi w pierścieniu A na długość 5 000 kilometrów i szerokość 300 kilometrów. Smuga w pierścieniu C jest mniejsza, ma długość 200 km i szerokość 10 km. Od uderzenie minął czas około 1 – 2 dni.

Warunki oświetleniowe nie były korzystne do fotografowania chmur drobin pyłu, jednak wznosząc się ponad płaszczyznę pierścieni chmury te były bezpośrednio oświetlonej światłem słonecznym. Dzięki temu na zdjęciach wyraźnie odcinają się od ciemniejszego tła nie oświetlonej bezpośrednio płaszczyzny. W innych warunkach są one bardzo trudne do rozróżnienia od jasnego tła pierścieni.


Ślady zderzeń w pierścieniach A i C. Cred. NASA/JPL.
Pełna rozdzielczość:http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA11674

Podobne smugi zostały zaobserwowane w pierścieniu C 3 maja 2005r. Obserwacje te świadczą, że małe odłamki praktycznie stale bombardują płaszczyznę pierścieni. Przedstawione zdjęcia tych smug zostały znacznie powaśnione co ujawnia szczegóły. Ich skala to 1 km na piksel. Zostały uzyskane przy dużym kącie fazowym, co ułatwia obrazowanie chmur pyłu. Na prawym zdjęciu widoczna jest gwiazda tła rozciągnięta na kształt smugi na skutek długiej ekspozycji.


Ślady zderzeń w pierścień C – obrazy z 2005r. Cred. NASA/JPL.
Pełna rozdzielczość:http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA11675

Zdjęcie pierścieni z 19 sierpnia pokazuje kilka serii cieni. Jego skala to 13 km na piksel.

Blisko środka zdjęcia widoczne są cienie rzucane przez wznoszące się ponad płaszczyznę pierścieni wąskie pierścionki w Przewie Enckego w obrębie pierścienia A. Długość cieni wynosi około 275 kilometrów co świadczy, że skupiska materii w Przewie Enckego wznoszą się na wysokość 600 metrów.

Po środku po lewej widoczne są cienie fal wytwarzanych przez księżyc Daphnis w Przerwie Keelera. Długość cieni wynosi tutaj 450 kilometrów, a fale które je wytworzyły wznoszą się na wysokość około 1 kilometra. Fale wytwarzane na brzegach Przerwy Keelera mają  nie tylko komponent poziomy, ale również pionowy na skutek nachylenia orbity Daphnis. Materiał na wewnętrznym brzegu Przerwy Keelera porusza się szybciej niż Daphnis, przez co fale poprzedzają ten księżyc podczas ruchu orbitalnego. Materiał przy zewnętrznym skraju przerwy porusza się natomiast wolnej niż Daphnis i fale znajdują się tutaj a księżycem.

W obrębie całego systemu pierścieni widać cienie fal wywoływanych rezonansami orbitalnymi z zewnętrznymi satelitami Saturna. Na środku widoczna jest fala wywołana rezonansem 5:3 z Mimasem. Ma ona postać jasnego łuku któremu towarzyszy wąski, ciemny cień. Na lewo od niej widoczna jest podobna fala wywołana rezonansem 7:4 z Mimasem. Pomiędzy przerwami Enckego i Keelera widać cień fali wytworzonej przez rezonans 8:5 z Mimasem.


Obraz pierścieni z 19 sierpnia. Cred NASA/JPL.
Pełna rozdzielczość:http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA11676

Na obrazie uzyskanym 13 lipca wyraźnie widać szczególnie duże fale wywołane przez Daphnis. Skala zdjęcia to 9 km na piksel.

Cienie fal rozciągają się na dystansie 500 kilometrów, co świadczy, że materia pierścienia została wyniesiona na wysokość aż 4 kilometrów ponad zasadniczą płaszczyznę. Są one znacznie większe niż wcześniej obserwowane fale. Prawdopodobnie było to wywołane wyjątkowo małą odległością Daphnis od krawędzi Przerwy Keelera w czasie obserwacji. Na obrazie widać też pierścień F z charakterystycznymi zaburzeniami wytworzonymi przez Prometehusa.


Fale wywołane przez Daphnis. Cred NASA/JPL.
Pełna rozdzielczość:http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA11677

12 sierpnia 2009 sonda Cassini wykonała też serię zdjęć, która została złożona mozaikę Saturna i pierścieni 1.5 dni po zrównaniu dnia z nocą. Jej rozdzielczość to 50 kilometrów na piksel. Łącznie do jej wykonania użyto 75 ekspozycji.

Podczas obróbki zdjęcia zostały odpowiednio reprjektowane tak, aby pasowały do siebie mimo 8-godzinnego okresu w którym były wykonywane. usunięto też jasne plamy wywołane przez zabłąkane światło. Na oryginalnych zdjęciach pierścienie były bardzo ciemne i słabo widoczne. Lewa część płaszczyzny pierścieni była oświetlona tylko światłem rozproszonym w atmosferze planety. W prawej części widoczne były tylko struktury wznoszące się ponad płaszczyznę układu pierścieni i bezpośrednio oświetlone światłem słonecznym.

Bez odpowiedniej obróbki pierścienie na mozaice byłyby praktycznie niewidoczne. Prawa część systemu pierścieni została powaśniona względem lewej o czynnik 3. Następnie cały układ pierścieni został rozjaśniony o czynnik 20 względem traczy planety. Prawa, ciemna część systemu pierścieni jest więc jaśniejsza 60 razy względem zdjęć oryginalnych. Jasna, lewa część jest jaśniejsza 20 razy. Pozwoliło to na zaprezentowanie planety i pierścieni na jednym obrazie.

Na zdjęciu widać kilka księżyców. Są to: Janus (po lewej na dole), Epimetehus (na środku na dole), Pandora (po lewej), oraz Atlas (po prawej). Jasność księżyców została wzmocniona 20 – 60 razy, dzięki czemu są one wyraźnie widoczne. Inne jasne plamki to gwiazdy tła. W pierścieniu B widoczne są szprychy. Na mozaice widać też, że cień pierścieni na powłoce chmur planety ma postać jedynie wąskiego paska, co jest charakterystyczne dla zrównania dnia z nocą.

Źródło: NASA

Share.

Comments are closed.