כמה קרובים הסלעים בטבעות של שבתאי

שבתאי מוקף בדיסק סלעים ושברי קרח הנעים במסלולים קונצנטריים וכמעט מעגליים במישור המשווה של הפלנטה. נראה קצה-על, הדיסק דק במיוחד - רק כמה עשרות מטרים במקומות. למראית עין, הדיסק נותן מראה של טבעות קונצנטריות רבות, עקב שינויים שיטתיים בתכונות הדיסק כפונקציה של מרחק מכדור הארץ. הטבעות יכולות להיות מאופיינות על ידי מספר פרמטרים, אחד מהם הוא ההפרדה הממוצעת בין השברים המרכיבים.

מדענים משתמשים במונח הגנרי "חלקיקים" כדי להתייחס למרכיבים של מערכת טבעות פלנטרית. למרות ש"חלקיק "מציע משהו קטן מאוד, האובייקטים הגדולים ביותר בטבעות של שבתאי הם סלעים גדולים או גושי קרח - לרוב מטרים רבים. קיים ספקטרום שלם של גדלי חלקיקים, החל מחפצים גדולים אלה ועד גרגירי אבק. מספר החלקיקים בגודל נתון הוא, במונחים משוערים, ביחס הפוך למסת החלקיקים: במילים אחרות, חלקיקים קטנים רבים יותר מאשר חלקיקים גדולים.

צפיפות הטבעות של שבתאי משתנה במידה ניכרת: זו אחת הסיבות לפסי הטבעת לכאורה. הפרמטר הקל ביותר לחישוב ישיר הוא צפיפות פני השטח, הנמדדת בגרם לסנטימטר מרובע. ניתן לחלק את זה לפי עובי הטבעת כדי לתת צפיפות נפח בגרם לס"מ מעוקב. מדעני רכוש נוספים שיכולים למדוד נקרא העומק האופטי, המציין עד כמה הטבעות אטומות או שקופות. עומק אופטי הוא פונקציה של צפיפות פני השטח וגודל החלקיקים, כך שניתן להסיק את האחרון - גם אם הוא לא נצפה ישירות - ממדידות של צפיפות ועומק אופטי.

בהשוואה למרבית האובייקטים האסטרונומיים האחרים, חלקיקי הקרח והסלע בטבעות של שבתאי קרובים מאוד זה לזה. בממוצע, כ -3 אחוזים מהנפח הכולל של הדיסק תפוסים על ידי חלקיקים מוצקים, ואילו השאר שטח ריק. זה אולי נשמע קטן, אבל זה אומר שההפרדה האופיינית בין חלקיקים היא רק קצת יותר משלוש מהקוטר הממוצע שלהם. בהנחה של 30 סנטימטרים לערך האחרון, הסלעים יהיו קרובים כמטר אחד אחד מהשני. אין כלל קשה ומהיר, עם זאת, בגלל שינויים בצפיפות על פני הטבעות והספקטרום הרחב של גדלי החלקיקים.

הקרבה של חלקיקי הטבעת זה לזה גורמת להתנגשויות ביניהם לעתים קרובות למדי, מה שמוביל לפיזור האנרגיה הקינטית. ניתן לראות את ההשפעה המצטברת של אינספור התנגשויות בעבר בדקיק הדיסק כמו התער ובמעגליות הקרובה של מסלולי החלקיקים. בנוסף להתנגשויות פיזיות, החלקיקים מתקשרים זה עם זה בכוח המשיכה, כמו גם עם שבתאי עצמו ועם לווייניו הרבים. ניתן להסביר חלק ניכר מהמבנה הדק שנראה בטבעות של שבתאי על ידי אינטראקציות כובד כאלו.