Sonda Cassini otrzymała najbardziej szczegółowe z dotychczasowych zdjęć pierścieni Saturna, w tym pierścienia B, który umknął wcześniejszym sondom. Jak się okazało, jego struktura jest znacznie różna od struktury sąsiednich pierścieni A i C.

Pochodzenie pierścieni Saturna pozostaje zagadką. Są to wielkie struktury o złożonej budowie. Układ Ziemia-Księżyc zmieściłby się w całości w obszarze zajmowanym przez pierścienie. Największych pierścieni jest siedem i oznacza się je początkowymi literami alfabetu. W kolejności od najbardziej wewnętrznego pierścienia są to pierścienie D,C,B,A,F,G i E.

Podczas wykonanych ostatnio obserwacji w zakresie radiowym Cassiniemu udało się uchwycić strukturę pierścieni z jakością niespotykaną wcześniej. A to tylko pierwsza z wielu takich obserwacji zaplanowanych na to lato.

NASA/JPL

Zdjęcie stanowi porównanie zdjęć pierścieni wykonanych w zakresie spektrum elektormagnetycznego za pomocą kamer wąsko i szerokokątnej sondy Cassini (górna połówna zdjęcia) z danymi uzyskanymi podczas badania pierścieni za pomoca fal radiowych. Zdjęcie pozwala zaobserwować różnice w strukturze pierścieni wraz ze zmieniająca się odległością od planety. W przypadku zdjęcia widzialnego obserwujemy również różnice w zalezności od pozycji w pierścieniu. Fale radiow dostarczają informacji jedynie na kierunku „do Ziemi”, a przedstawiony obraz powstał w wyniku założenia symetrii obrotowej otrzymanych wyników. Kolorami zakodowano informacje o budowie pierścienia, takie jak wielkośc budujących go fragmentów. Zdjęcie w świetle widzialnym ma rozdzielczość zaledwie kilku kilometrów na pkisel, natomiast fale radiowe pozwalają osągnąć rozdzielczość radialną nawet do kilkudziesięciu metrów.

„Struktura tych wspaniałych pierścieni to obraz, nad którym warto się pochylić. Wszystkie pierścienie zdają się mieć w swym składzie cząsteczki materii o znacznej rozpiętości średnicy, dochodzącej nawet to wielu metrów ” – mówi dr Essam Marouf z uniwersytetu stanowego w San Jose w Kalifornii. Najmniejsze cząsteczki są z kolei wielkości około 5 centymetrów lub nawet mniejszej. Okazuje się, że w pierścieniu B oraz wewnętrznej części pierścienia A cząsteczki takie prawie nie występują. Natomiast w pierścieniu C oraz zewnętrznej części pierścienia A, nawet jeszcze mniejsze cząsteczki występują bardzo często.

Sonda Cassini odkryła, że wewnętrzne i zewnętrzne części pierścienia B składają się z pierścieni szerokich na kilkaset kilometrów, które różnią się ilością znajdującego się w nich materiału. Szeroki na 5000 kilometrów pierścień środkowy składa się z kilku pasm materii, która jest około 4 razy gęstsza niż materia w pierścieniu A i aż 20 razy gęstsza niż w pierścieniu C. Ta zmieniająca się struktura pierścienia B jest znacząco różna od płaskiej struktury pierścienia A i lekko falistej pierścienia C, w którego zewnętrznej części pojawia się wiele gęstych, wąskich pierścieni o ostrych krawędziach.

NASA/JPL

Odcienie fioletu, dominujące w wewnętrznym pierścieniu (B) oraz wewnętrzej części kolejnego pierścienia (A) wskazują obszar, gdzie nie występują fragmenty materii o wielkości mniejszej niż 5 centymetrów. Kolor zielony i niebieski oznacza obszar, w którym takie i mniejsze (o średnicy 1 cm) kawałki występują. Jest to głównie zewnętrzna część pierścienia A większość pierścienia C. Inne dane wskazują, że weszystkich pierścieniach znajdują się bardzo duże fragmenty materii, wielkości kilku metrów. Jasny biały pas w pierścieniu B oznacza obszar o największej gęstości, na którym sygnał radiowy został tak osłabiony, że rozdzielczość spadła do 10 kilometrów na piksel, co nie pozwoliło na dokładne odzwierciedlenie struktury pierścienia w kolorze.

Cassini wykrył również ponad 40 falistych struktur w pierścieniu A, zwanych falami gęstości. Wiele z nich pojawia się w zewnętrznej części pierścienia, blisko orbitujących tam księżyców. Te fale pozwolą obserwatorom zbadać powierzchniową gęstość masy pierścienia, jego grubość w pionie i inne własności fizyczne cząstek materii.

„W pierścieniu A wykryto zadziwiającą paletę fal, powstałych w wyniku oddziaływań grawitacyjnych z pobliskimi księżycami” – mówi Marouf. – „Obserwujemy również główną falę gęstości w pierścieniu B. Niektóre z tych fal były już obserwowane przez sondy Voyager lub wcześnie przez sondę Cassini, ale nigdy dotąd nie obserwowaliśmy tak wielu tak wyraźnych fal„.

Te pierwsze radiowe zakryciowe obserwacje pierścieni Saturna zostały wykonane 3 maja 2005 roku. Obserwacje określane są jako zakryciowe, gdyż Cassini obserwowany z Ziemi znajdował się za pierścieniami. Podczas zakrycia radiowego Cassini przesyła sygnał radiowy, który przechodzi przez pierścienie a następnie dociera na Ziemię. Naukowcy badają następnie w jaki sposób pierścienie wpłynęły na siłę sygnału. Im gęstszy pierścień, tym słabszy sygnał dociera na Ziemię. Pozwala to naukowcom określić rozmieszczenie materiału w pierścieniu oraz wielkość budujących go fragmentów.

NASA/JPL

Zdjęcie przedstawia rozmieszczenie cząsteczek materii o niewielkiej średnicy (ok 5 cm) w pierścieniu A Saturna i przerwie Cassiniego. Zmiana odcienia z fioletu na zieleń związana jest ze stopniowym wzrostem ilości takich fragmentów. kolor niebieski oznacza jeszcze mniejsze cząsteczki o średnicy ok 1 centymetra. W tym aktywnym regionie, częste zderzenia pomiędzy cząsteczkami materii prowadzą do rozpadania się większych fragmentów na mniejsze. W pierścieniu widoczne są też różne struktury radialne – fale gestości, szczególnie na zewnątrz od przerw Enckego i Keelera (szeroki i wąski czarny pas po prawej stronie zdjęcia). Rozdzielczość zdjęcia to około 10 kilmetrów na piksel.

Podczas tych obserwacji po raz pierwszy wykorzystano sygnały radiowe na różnych częstotliwościach (określanych jako Ka, X i S), które równocześnie transmitowano na Ziemię, gdzie były odbierane przez sieć stacji nasłuchowych Deep Space Network. Fragmenty o różnej wielkości inaczej wpływają na różne częstotliwości fal.

Trasa Cassiniego została specjalnie zaprojektowana tak, żeby geometria podczas pierwszego zakrycia radiowego i siedmiu kolejnych, planowanych na okres maj-wrzesień 2005, była optymalna. Zrozumienie i scharakteryzowanie układu Saturna, jego pierścieni i księżyców to podstawowe zadanie naukowe misji Cassini. Podczas swojej misji Cassini ma dokonać 20 zakryciowych obserwacji radiowych i 80 obserwacji zakryć gwiazdowych. ma to dostarczyć szczegółowej wiedzy na temat struktury pierścieni planety.

Dla porównania, oto inne zdjęcie fragmentu pierściani Saturna, uzyskane w świetle widzialnym przez kamerę wąskokątną sondy Cassini parę dni przed obserwacjami radiowymi.

NASA/JPL

Zbliżenie na pierścienie Saturna wykonane 26 kwietnia 2005 roku w świetle widzialnym przez kamerę wąskokątną sondy Cassini. Zdjęcie przedstawia (od dołu) pierścień A z przerwą Enckego, przerwę Cassiniego, pierścienie B iC. W jednych miejscach struktura pierścieni jest falowa a w innych wydaje się bardziej chaotyczna. Zdjęcie zostało wykonane z odległości 2,3 milionów kilometrów od Saturna. Rozdzielczość zdjęcia to 14 kilometrów na piksel.