Saturno è circondato da un disco di rocce e frammenti di ghiaccio che viaggiano su orbite concentriche e quasi circolari nel piano equatoriale del pianeta. Visto di profilo, il disco è estremamente sottile, solo poche decine di metri in alcuni punti. Visto di fronte, il disco dà l'aspetto di numerosi anelli concentrici, dovuti a cambiamenti sistematici nelle proprietà del disco in funzione della distanza dal pianeta. Gli anelli possono essere caratterizzati da una serie di parametri, uno dei quali è la separazione media tra i frammenti costituenti.
Particelle ad anello
Gli scienziati usano il termine generico "particelle" per riferirsi ai costituenti di un sistema di anelli planetari. Sebbene la "particella" suggerisca qualcosa di molto piccolo, gli oggetti più grandi negli anelli di Saturno sono rocce o pezzi di ghiaccio considerevoli, spesso di molti metri di diametro. È presente un intero spettro di dimensioni delle particelle, da questi grandi oggetti fino ai granelli di polvere. Il numero di particelle di una data dimensione è, in termini approssimativi, inversamente proporzionale alla massa delle particelle: in altre parole, le particelle piccole sono più numerose delle particelle grandi.
Quanta materia c'è negli anelli?
La densità degli anelli di Saturno varia considerevolmente: questa è una delle ragioni dell'apparente fasciatura degli anelli. Il parametro più semplice da calcolare direttamente è la densità superficiale, misurata in grammi per centimetro quadrato. Questo può essere diviso per lo spessore dell'anello per dare la densità del volume in grammi per centimetro cubo. Un'altra proprietà che gli scienziati possono misurare è chiamata profondità ottica, che indica quanto sono opachi o trasparenti gli anelli. La profondità ottica è una funzione della densità superficiale e della dimensione delle particelle, quindi quest'ultima può essere dedotta, anche se non osservata direttamente, dalle misurazioni della densità e della profondità ottica.
La distanza tra le particelle dell'anello
Rispetto alla maggior parte degli altri oggetti astronomici, le particelle di ghiaccio e roccia negli anelli di Saturno sono estremamente vicine tra loro. In media, circa il 3% del volume totale del disco è occupato da particelle solide, mentre il resto è spazio vuoto. Questo può sembrare piccolo, ma significa che la tipica separazione tra le particelle è solo poco più di tre volte il loro diametro medio. Assumendo un valore di 30 centimetri per quest'ultimo, le rocce si troverebbero a un metro di distanza l'una dall'altra. Tuttavia, non esiste una regola rigida e veloce, a causa delle variazioni di densità attraverso gli anelli e dell'ampio spettro di dimensioni delle particelle.
Incontri ravvicinati
La stretta vicinanza delle particelle dell'anello l'una all'altra significa che le collisioni tra loro si verificano abbastanza spesso, portando alla dissipazione dell'energia cinetica. L'effetto cumulativo di innumerevoli collisioni nel passato può essere visto nella sottigliezza simile a un rasoio del disco e nella quasi circolarità delle orbite delle particelle. Oltre alle collisioni fisiche, le particelle interagiscono tra loro in modo gravitazionale, così come con Saturno stesso e i suoi numerosi satelliti. Gran parte della struttura fine vista negli anelli di Saturno può essere spiegata da tali interazioni gravitazionali.