Михаил Ивановский - Рождение миров

О. В. Струве измерил также среднюю скорость обращения колец.

Лаплас считал кольца Сатурна наглядным примером и памятником того, как образовались планеты и луны. По его мысли, кольца отделились от остывающего Сатурна, но в силу какой-то причины не смогли сгуститься в спутника. Кольца — это неудавшаяся луна, спутник, испортившийся при изготовлении, — думал Лаплас.

По его гипотезе, кольца должны вращаться медленнее планеты, но ни в коем случае не быстрее ее. На деле оказалось обратное. Противоречие, обнаруженное астрономами в 1877 году, привлекло к кольцам Сатурна еще большее внимание.

В XVIII и XIX веках не было ни одного астронома, который не заинтересовался бы этой достопримечательностью нашей солнечной системы. О кольцах Сатурна размышляли философы и физики. Над решением задач, возникавших при исследовании колец Сатурна, трудились лучшие математики.

Даже такой далекий от астрономии ученый, как Максвелл, и то увлекся изучением этой небесной диковинки. Максвелл доказал, что кольца не могут быть ни сплошными — твердыми, ни жидкими, ни газообразными. К точно такому же выводу пришла и Софья Васильевна Ковалевская — знаменитая русская женщина-математик. Кольца Сатурна состоят из отдельных мелких камешков.

Была также определена масса колец. Если собрать воедино все камешки, из которых состоят кольца, то образуется спутник, равный, примерно, 1/4 нашей Луны.

Выводы, сделанные математиками о природе колец, подтвердили русский астроном Аристарх Аполлонович Белопольский и американец Килер. Они измерили скорость вращения колец. Ближайший к Сатурну край кольца движется со скоростью в 21,1 километра в секунду, а дальний от планеты край движется со скоростью в 15,5 километра — медленнее внутреннего.

Твердое тело так вращаться не может. У твердого тела, например у патефонной пластинки, внешний край движется быстрей внутреннего, тут же происходит наоборот. Следовательно, кольца не сплошные — это полчища крошечных лун, и каждая такая луна-камешек обращается вокруг Сатурна как маленький, но совершенно самостоятельный спутник, и его движения определяются законом Кеплера.

Работы А. А. Белопольского продолжили советские ученые. Академик Г. А. Шайн исследовал состав света, отраженного внутренним «креповым» кольцом, и установил, что оно несколько «голубее» самой планеты. А это означает, что кольцо состоит из очень мелких пылинок — только очень мелкая пыль хорошо отражает голубые лучи.

Г. А. Тихов рассматривал кольца через разноцветные стеклышки — светофильтры. Когда лучи Солнца просвечивают сквозь кольца, они кажутся красноватыми, а когда кольца блестят в солнечных лучах, они выглядят слегка фиолетовыми. Это тоже подтверждает заключение Г. А. Шайна — кольца Сатурна состоят из мелкого песка и пыли.

Среднее кольцо, исследованное М. С. Бобровым и В. В. Соболевым, состоит из более крупных тел. Там есть глыбы величиной в несколько метров и даже встречаются более крупные куски, отбрасывающие тени.

Исследования колец Сатурна, выполненные С. В. Ковалевской, А. А. Белопольским, заставили ученых вспомнить о забытых в свое время трудах французского математика Э. Роша.

Рош доказал, что вокруг каждого небесного тела существует зона, в которую «вход спутникам воспрещен».

Если какая-нибудь луна чересчур приблизится к своей планете, то она будет буквально разорвана ее тяготением. На спутнике подымутся огромные приливные горбы, зашевелятся горы, вспучатся равнины. Вся поверхность спутника придет в движение, и он развалится, как ком глины.

Губительное действие тяготения объясняется третьим законом Кеплера.

Согласно этому закону, та часть спутника, которая находится ближе к планете, должна обращаться вокруг нее быстрее, чем более далекая, «тыльная» сторона. Тяготение заставляет одну часть спутника стремиться вперед, ускоряя свое движение, а другую оно тормозит. Спутник оказывается как бы между жерновами. И чем ближе станет подходить спутник к планете, тем сильнее скажется разламывающее действие тяготения.

Когда усилие, возникающее в теле спутника, преодолеет силы сцепления вещества этого спутника, он развалится на куски.

Конечно, спутник, состоящий из материала, подобного стали, и не очень большой, может приближаться к планете как угодно близко. Самолеты, например, прекрасно летают в зоне Роша земного шара и не разваливаются при этом на части.

Академик В. Г. Фесенков и другие ученые разработали теорию дальше. Губительное действие тяготения сказывается не на всех телах, а только на достаточно крупных. Например, глыба, состоящая из какого-либо непрочного вещества и диаметром до 220 километров, может безнаказанно приближаться к Земле вплоть до ее поверхности. С ней ничего не случится, так как размеры ее невелики. Разница в силе тяготения ближней и дальней части будет настолько незначительной, что катастрофы не произойдет, но глыба диаметром более 220 километров в поперечнике уже не выдержит приливного действия Земли и развалится.

Для сравнительно большой Луны граница опасной зоны лежит на расстоянии, равном 2,87 радиуса Земли или 11 900 километров от поверхности земного шара.

Применив эти расчеты к Сатурну, получим иные числа. Вплотную к поверхности Сатурна может приблизиться твердое тело размером не свыше 60 километров в поперечнике. Оно не развалится, даже если будет состоять из вещества, равного по прочности обыкновенному льду. Для спутника, достаточно крупного и хрупкого, как комок сырого песка, опасность возникает на расстоянии в 2,45 радиуса Сатурна или в 175 тысячах километров от его поверхности.

Кольца Сатурна целиком лежат в пределах зоны, опасной для очень хрупких — сыпучих или жидких — тел. Отсюда Рош сделал вывод: либо одна из лун Сатурна переступила порог этой зоны и ее разрушили приливные силы, либо вещество, из которого образовывались спутники планет, оказавшись внутри губительной зоны, не смогло собраться вместе и превратиться в луну.

Первое предложение, очевидно, неправильно: на том расстоянии, на каком находятся кольца Сатурна, его приливное действие неспособно разорвать твердое тело. Со вторым предположением согласны многие ученые. Кольца Сатурна — это остатки того вещества, из которого формировались планеты и их спутники.

Кольца Сатурна расположены за пределами зоны Роша для твердых тел.

Все спутники остальных планет расположились вне предела Роша. Только у Юпитера его ближайшая луна — безымянная малютка — находится возле самой границы опасной зоны. Но этот спутник мал, он может безбоязненно приближаться к Юпитеру, ведь его диаметр равен всего лишь 150 километрам.