หินในวงแหวนของดาวเสาร์อยู่ใกล้แค่ไหน

ดาวเสาร์รายล้อมไปด้วยแผ่นหินและเศษน้ำแข็งที่โคจรรอบศูนย์กลางใกล้เป็นวงกลมในระนาบเส้นศูนย์สูตรของดาวเคราะห์ เมื่อมองจากขอบแล้ว ดิสก์มีความบางมาก – มีเพียงไม่กี่สิบเมตรเท่านั้น เมื่อมองแบบเผชิญหน้า ดิสก์จะทำให้เกิดวงแหวนที่มีจุดศูนย์กลางหลายวง เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอย่างเป็นระบบในคุณสมบัติของดิสก์ตามฟังก์ชันของระยะห่างจากดาวเคราะห์ วงแหวนสามารถกำหนดลักษณะได้ด้วยพารามิเตอร์จำนวนหนึ่ง ซึ่งหนึ่งในนั้นคือการแยกส่วนเฉลี่ยระหว่างชิ้นส่วนที่เป็นส่วนประกอบ

นักวิทยาศาสตร์ใช้คำว่า "อนุภาค" ทั่วไปเพื่ออ้างถึงองค์ประกอบของระบบวงแหวนดาวเคราะห์ แม้ว่า “อนุภาค” จะแนะนำบางสิ่งที่เล็กมาก แต่วัตถุที่ใหญ่ที่สุดในวงแหวนของดาวเสาร์นั้นเป็นหินขนาดใหญ่หรือก้อนน้ำแข็ง ซึ่งมักจะกว้างหลายเมตร มีอนุภาคขนาดเต็มสเปกตรัม ตั้งแต่วัตถุขนาดใหญ่เหล่านี้ไปจนถึงเม็ดฝุ่น จำนวนอนุภาคในขนาดที่กำหนดนั้น ในแง่โดยประมาณ เป็นสัดส่วนผกผันกับมวลอนุภาค กล่าวอีกนัยหนึ่ง อนุภาคขนาดเล็กมีจำนวนมากกว่าอนุภาคขนาดใหญ่

ความหนาแน่นของวงแหวนของดาวเสาร์แตกต่างกันไปมาก: นี่เป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้วงแหวนปรากฏชัดเจน พารามิเตอร์ที่ง่ายที่สุดในการคำนวณโดยตรงคือความหนาแน่นของพื้นผิว ซึ่งวัดเป็นกรัมต่อตารางเซนติเมตร หารด้วยความหนาของแหวนได้ความหนาแน่นของปริมาตรเป็นกรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร อีกคุณสมบัติหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์สามารถวัดได้เรียกว่าความลึกเชิงแสง ซึ่งบ่งชี้ว่าวงแหวนมีความทึบหรือโปร่งใสเพียงใด ความลึกของแสงเป็นฟังก์ชันของความหนาแน่นของพื้นผิวและขนาดอนุภาค จึงสามารถอนุมานได้ แม้ว่าจะไม่ได้สังเกตโดยตรงจากการวัดความหนาแน่นและความลึกของแสงก็ตาม

เมื่อเทียบกับวัตถุทางดาราศาสตร์อื่นๆ ส่วนใหญ่ อนุภาคน้ำแข็งและหินในวงแหวนของดาวเสาร์อยู่ใกล้กันมาก โดยเฉลี่ย ประมาณ 3 เปอร์เซ็นต์ของปริมาตรทั้งหมดของดิสก์ถูกครอบครองโดยอนุภาคที่เป็นของแข็ง ขณะที่ส่วนที่เหลือเป็นพื้นที่ว่าง นี่อาจฟังดูเล็ก แต่หมายความว่าการแยกอนุภาคโดยทั่วไปมีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยเพียงสามเท่าเพียงเล็กน้อยเท่านั้น สมมติว่ามีค่า 30 เซนติเมตรสำหรับหินก้อนสุดท้าย ก้อนหินจะอยู่ใกล้กันหนึ่งเมตร อย่างไรก็ตาม ไม่มีกฎที่ยากและรวดเร็ว เนื่องจากความแปรผันของความหนาแน่นทั่วทั้งวงแหวนและขนาดอนุภาคในสเปกตรัมกว้าง

ความใกล้ชิดของอนุภาควงแหวนซึ่งกันและกันหมายถึงการชนกันระหว่างอนุภาคทั้งสองเกิดขึ้นค่อนข้างบ่อย ซึ่งนำไปสู่การสลายตัวของพลังงานจลน์ ผลกระทบสะสมของการชนกันนับไม่ถ้วนในอดีตสามารถเห็นได้ในความบางราวกับมีดโกนของจานดิสก์และความกลมที่ใกล้ของการโคจรของอนุภาค นอกจากการชนกันทางกายภาพแล้ว อนุภาคยังมีปฏิสัมพันธ์กับแรงโน้มถ่วงซึ่งกันและกัน เช่นเดียวกับดาวเสาร์เองและดาวเทียมอีกจำนวนมาก โครงสร้างที่ดีส่วนใหญ่ที่เห็นในวงแหวนของดาวเสาร์สามารถอธิบายได้ด้วยปฏิกิริยาโน้มถ่วงดังกล่าว