Gravitační hrátky – jak vypadají zblízka Saturnovy prstence?

Saturnovy prstence se skládají převážně z ledu a menších kamenů. Netvoří přitom žádnou pevnou konstrukci. Každé z těchto větších, menších nebo dokonce miniaturních těles se kolem planety pohybuje po své vlastní dráze.

Navzájem se gravitativně ovlivňují, navíc reagují na elektrické výboje v blízkosti Saturnu.  Sondy, které zkoumaly prstence zblízka, objevily řadu zajímavých anomálií, jako například ke středu Saturnu se sbíhajících „příček“.

Struktura prstenců

Systém prstenců protíná větší množství menších a větších mezer a předělů.

Nejkrásnější prstencový systém naší Sluneční soustavy je široký téměř milión kilometrů. Přitom je silný jen několik desítek až set metrů.

Saturnovy prstence se označují velkými písmeny v tom pořadí, v jakém byly objeveny. Jejich pořadí (bráno od planety směrem ven) tedy není bráno podle abecedy. Prstence mají pořadí D, C, B, A, F, G a E.  

Na snímcích teleskopů většinou uvidíte prstence A a B, rozdělené tzv. Cassiniho předělem. Nanejvýš ještě zahlédnete Enckeho předěl v prstenci A. Daleko detailnější snímky k Zemi zaslaly sondy, které kolem Saturnu prolétaly, nebo dokonce pracovaly na jeho oběžné dráze. V roce 2006 tak objevila sonda Cassini slabý prachový prstenec vně hlavního systému, mezi prstenci F a G. Nachází se ve stejné oblasti jako dráhy měsíců Janus a Epimetheus. Vznikl nejspíše z jejich hmoty, která se na oběžnou dráhu dostala po srážkách těchto Saturnových měsíců s meteority a asteroidy.

Jak už jsem zmiňovala v minulém blogu, objevil vesmírný teleskop Spitzer v roce 2009 obří prstenec, který je tvořen z materiálu, vymrštěného z měsíce Phoebe. Tento prstenec má dokonce jiný sklon než Saturn. Může za to retrográdní a k rovině Saturnu nakloněná dráha právě tohoto měsíce.  Ve viditelném světle není obří prstenec vidět vůbec – je příliš řídký a reflektuje proto málo světla.

Dnes víme, že se hlavní systém Saturnových prstenců skládá z více než 100 000 jednotlivých prstenů. Mají různou barvu a složení a navzájem jsou odděleny ostrými a znatelnými mezerami.

Nejvnitřnější prstenec začíná jen 7000 km nad povrchem planety. Pro srovnání průměr Saturnu je 120 000 kilometrů. Nejvzdálenější z viditelných prstenců má průměr téměř milión kilometrů.

Pohled na Saturnovy prstence ze Země se mění s periodou 14,8 let. Dvakrát za Saturnův rok prochází Země rovinu prstenců, takže pro pozemského pozorovatele zmizí. Během následujících 14,8 let pak můžeme pozorovat jinou Saturnovu polokouli, než tomu bylo před průchodem roviny jeho prstenců. Poslední takový průchod se konal v roce 2009.

Měsíce - pastýři

Větší předěly jsou výsledkem gravitačního působení Saturnových měsíců. Efekt zesilují navíc ještě rezonance měsíců mezi sebou navzájem.

Přímo v předělech nebo na hranicích systému prstenců se nacházejí tzv. „pastýřské“ měsíce. Jejich gravitace zpomaluje nebo urychluje oběžné dráhy částeček, které se nacházejí ve stejné oblasti jako ony, takže je posunují na bližší nebo vzdálenější oběžnou dráhu. Tvoří tak svůj vlastní předěl a vytváří zároveň dva další prstence, ve kterých se koncentruje hmota, která byla původně součástí předělu.

 Slavný Cassiniho předěl je vytvořen díky měsíci Mimas. V komplexním prstencovém sytému Saturnu ale nacházíme daleko více pastýřských měsíců. V prstenci A hraje stejnou roli měsíc Atlas, prstenec F „hlídají“ měsíce Prometheus a Pandora. Podobnou roli plní v systému prstnenců i měsíce Daphnis, Pan, Janus, Epimetheus a Aegaeon.

Prstenec A

Prstenec A tvoří částice o průměru asi 10 m. Jeho vnější průměr je přibližně 280 000 km. Ve vzdálenosti 240 000 km se nachází Cassiniho předěl.  

Za jeho vznik je zodpovědný Saturnův měsíc Mimas. Komplikovaným gravitačním vlivem, zesíleným rezonancí s jinými měsíci, vytváří mezeru mezi oběma hlavními prstenci. I když v něm ve skutečnosti pořád ještě obíhá větší množství kamenů, jeví se na snímcích Cassiniho proluka tmavá a prázdná. 

Prstenec B

Na rozdíl od prstence A obsahuje prstenec B vedle tisíců tenkých prstýnků také protáhlé, radiální  skvrny. Mohou dosáhnout úctyhodných rozměrů. Šířkou kolem 100 km a délkou až 20 000 km se řadí mezi největší atmosférické útvary, jaké u planet nacházíme.

Jako první je zaregistrovala sonda Voyager 2 v roce 1981. Později jejich existenci potvrdil vesmírný Hubbleův teleskop, následně ovšem záhadně slábly, až zmizely nadobro. Teprve od roku 1998 se začaly znovu sporadicky objevovat na astronomických snímcích. V roce 2005 je znovu pozorovala sonda Cassini.

V roce 2006 předložili vědci teorii, která záhadný jev vysvětluje. Skvrny jsou tvořeny jen několika mikrometry velkými částečkami prachu. Ultrafialové záření Slunce a vznikající elektrostatické síly mění jejich stav, nutí je k levitaci, takže následně pozorujeme v Saturnových prstencích tmavé podlouhlé skvrny. Není vyloučeno ani působení elektrických výbojů v blízkosti planety. Podle sklonu Saturnu a úhlu, pod jakých na jeho prstence dopadá ultrafialové záření, se pak mění intenzita těchto zvláštních útvarů. Objevují se na zhruba osm let, by pak na šest až sedm let zmizely.

Šířka  prstence B činí zhruba 30 000 km. Je nejtmavší, má největší tloušťku a je nejméně průhledný, jak ukazují téměř umělecky pojaté snímky sondy Cassini.

Prstenec C

Prstenec C je řidší než oba předchozí prstence. Obsahuje husté prstýnky, některé ve tvaru elipsy. Rozměr částic se pohybuje okolo 2 metrů. Je nazýván též krepový nebo závojový. Nejvíce propouští, ale i rozptyluje světlo. Přibližně ve tří čtvrtinách prstence C se nachází Maxwellova mezera, pojmenovaná po britském fyzikovi Jamesi Clerku Maxwellovi.

Prstenec D

Je Saturnu nejbližší a je ještě průzračnější než prstenec C. Nachází se v něm totiž méně materiálu, který je navíc daleko jemnější. Velikost kamenů v prstenci D se odhaduje na zhruba 2 metry. Sonda Cassini má na konci své životnosti proletět právě tímto prstencem a plánovaně se zanořit do Saturnovy atmosféry.

Na výše ukazovaném souhrnném snímku prstenec D vidět není. Následující obrázek byl pořízen v únoru 2015 ze vzdálenosti 599 000 km s jinou citlivostí. Jeho světlá, dolní část zobrazuje prstenec C, který je na souhrnném snímku daleko tmavší. Díky vyšší citlivosti se podařilo zachytit i éterický prstenec D.

Prstenec F

Zajímavým úkazem je beze sporu slabý a v celém viditelném systému nejvzdálenější prstenec F. Podle snímků sondy Voyager je tvořen vzájemně se proplétající prstýnky. Díky interakci s měsíci-pastýři se v něm vytváří velké množství gravitativních stop, mezer a zahuštěných oblastí.  

Na levém obrázku je vidět prstenec F a dva Saturnovy měsíce, které jsou zodpovědné za jeho strukturu. Pandora (vlevo) je planetě vzdálenější než Prometheus (vpravo) je bližší. Měsíce čas od času kříží dráhu prstence a vyvolávají v něm svou gravitací změny, které pak z tamního materiálu vytvářejí různě propletené a dobře viditelné hmotné struktury.

Prstenec E

Je téměř 300 000 km široký a obsahuje mikroskopicky malé částečky prachu a ledu. Záhadný obří a řídký prstenec E je jiný, než ostatní. Sdílí svou dráhu s měsícem Enceladus, který ho neustále doplňuje novou hmotou.  V tomto případě to ale není materiál, který by z povrchu vyrazily srážky s kometami, tak jako je tomu u největšího a jen v infračerveném světle pozorovatelného obřího prstence, sdílejícího svou dráhu s měsícem Phoebe. Jedná se o hmotu, kterou vyvrhuje vulkanicky aktivní Enceladus ze svého nitra. Enceladus je velice zajímavý měsíc. Jevům, které u něj vědci pozorují, chci věnovat jeden z příštích blogů.

Příště: Ledový svět na okraji Sluneční soustavy - vulkány na Saturnově měsíci Enceladus

Zdroje:http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA14636, http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/?IDNumber=PIA08321, http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA11142, NASA/JPL [Public domain] – různé, http://www.nasa.gov/jpl/cassini/pia18313/faint­d­ring, http://www.nasa.gov/sites/default/files/images/156753main_image_feature_650_ys_full.jpg, http://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/pia18337-1041.jpg, http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/?IDNumber=PIA08321, Wikipedia-různé, raumfahrer.net – různé, spektrum.de – různé