Сатурн окружен диском из скал и фрагментов льда, движущихся по концентрическим, почти круглым орбитам в экваториальной плоскости планеты. При взгляде с ребра диск очень тонкий - местами всего несколько десятков метров. Если смотреть на него лицом к лицу, диск выглядит как многочисленные концентрические кольца из-за систематических изменений свойств диска в зависимости от расстояния от планеты. Кольца можно охарактеризовать рядом параметров, одним из которых является среднее расстояние между составляющими фрагментами.
Кольцевые частицы
Ученые используют общий термин «частицы» для обозначения компонентов планетарной кольцевой системы. Хотя «частица» предполагает что-то очень маленькое, самые большие объекты в кольцах Сатурна - это большие камни или глыбы льда - часто в несколько метров в диаметре. Присутствует целый спектр размеров частиц, от этих крупных объектов до пылинок. Количество частиц заданного размера приблизительно обратно пропорционально массе частицы: другими словами, мелких частиц больше, чем крупных.
Сколько материи в кольцах?
Плотность колец Сатурна значительно различается: это одна из причин очевидной полосатости колец. Самый простой параметр, который можно рассчитать напрямую - это поверхностная плотность, измеряемая в граммах на квадратный сантиметр. Его можно разделить на толщину кольца, чтобы получить объемную плотность в граммах на кубический сантиметр. Еще одно свойство, которое могут измерить ученые, называется оптической толщиной, которая показывает, насколько непрозрачны или прозрачны кольца. Оптическая глубина является функцией поверхностной плотности и размера частиц, поэтому последний может быть определен - даже если он не наблюдается напрямую - из измерений плотности и оптической толщины.
Расстояние между кольцевыми частицами
По сравнению с большинством других астрономических объектов, частицы льда и горных пород в кольцах Сатурна находятся очень близко друг к другу. В среднем около 3 процентов от общего объема диска занимают твердые частицы, а остальное - пустое пространство. Это может показаться незначительным, но это означает, что типичное разделение между частицами лишь немногим более трех раз превышает их средний диаметр. Если принять значение последнего в 30 сантиметров, камни будут находиться на расстоянии одного метра друг от друга. Однако не существует жесткого правила из-за различий в плотности по кольцам и широкого спектра размеров частиц.
Близкие контакты
Непосредственная близость кольцевых частиц друг к другу означает, что столкновения между ними происходят довольно часто, что приводит к диссипации кинетической энергии. Кумулятивный эффект бесчисленных столкновений в прошлом можно увидеть в похожей на бритву толщине диска и почти округлости орбит частиц. Помимо физических столкновений, частицы гравитационно взаимодействуют друг с другом, а также с самим Сатурном и его многочисленными спутниками. Большая часть тонкой структуры колец Сатурна может быть объяснена такими гравитационными взаимодействиями.