Как окольцевали Сатурн

Кольца Сатурна, несомненно, – одно из прекраснейших творений природы. С момента их обнаружения в 1610 году Галилеем они притягивают внимание ученых. О них написаны тысячи статей, на их исследования израсходованы десятки миллиардов долларов. Однако проблема происхождения колец Сатурна до сих пор не решена. В 1859 году английский физик, основатель электромагнетизма Джеймс Клерк Максвелл доказал, что кольца состоят из разделенных частиц, иначе они были бы разрушены. Правда, он считал, что кольца должны были бы с течением времени упасть на планету. Но они – удивительно! – существуют до сих пор.

Считается, что кольца образовались из обломков астероида, приблизившегося к Сатурну и разрушенного гравитационными и центробежными силами. Используя богатый аппарат математики, удалось описать и такой подход. Согласно другому сценарию кольца могли образоваться из частиц протопланетного облака, изначально окружавшего планету.

Но как из протопланетного облака на экваторе планеты могло сформироваться дисковое сомбреро Сатурна, состоящее из колец и щелей, до сих пор оставалось не ясным.

Тот факт, что частицы колец не слипаются, подтолкнул меня и моего коллегу Андрея Поспелова еще в 1994 году выдвинуть гипотезу возможной сверхпроводимости ледяных частиц колец. Это в принципе возможно, поскольку они слабо нагреваются Солнцем и их температура порядка 70–100? К (минус 170–200 градусов Цельсия).

В лабораториях уже получен широкий спектр замороженных многокомпонентных веществ, обладающих высокотемпературной сверхпроводимостью. Еще в 1986 году, то есть в тот же год, когда был открыт эффект высокотемпературной сверхпроводимости, уральские физики экспериментально показали, что при более низких температурах и высоких давлениях даже лед может обладать сверхпроводимостью.

Физически сверхпроводимость частиц кольца означает, что эти частицы как бы выталкивают внутреннее магнитное поле, магнитное поле между частицами расталкивает их, и они не слипаются. (Эффект выталкивания магнитного поля из сверхпроводника был открыт Мейсснером и Оксенфельдом в 1933 году.)

В итоге сценарий происхождения дисковой системы колец Сатурна может выглядеть так.

До появления у планеты магнитного поля частицы движутся в протопланетном облаке вокруг планеты. При этом сила гравитации уравновешена центробежной силой. С появлением у планеты магнитного поля начинает «работать» сверхпроводимость частиц, они взаимодействуют с магнитным полем. Сверхпроводящие частицы протопланетного облака дрейфуют в плоскость магнитного экватора, образуя дисковое сомбреро. Происходит это потому, что в плоскости магнитного экватора, который у Сатурна практически совпадает с географическим экватором, у частиц наименьшая магнитная энергия. Основную роль здесь играет огромный магнитный момент Сатурна, который 500 раз больше земного.

Формирование кольцевой структуры диска, напоминающей грампластинку, происходит подобно тому, как металлические частицы образуют в неоднородном поле магнита области сгущений и разрежений. Уплотнения магнитного потока расчищают щели в кольцевом диске, расталкивают сверхпроводящие частицы и формируют отдельные структуры, которые выглядят как кольца.

Предложенная электромагнитная модель возможной роли сверхпроводимости частиц колец в формировании системы колец может объяснить многие экспериментальные данные наземных экспериментов и космических зондов NASA – «Пионер», «Вояджер-1, -2» и «Кассини-Гюйгенс». При этом становится ясно, почему частицы колец не слипаются; почему около колец существует атмосфера «неизвестного» происхождения, что можно объяснить диамагнитным выталкиванием газовых молекул за счет молекулярных магнитных моментов, наведенных в сверхпроводящих частицах...

Ясно также, что у планет, находящихся между Солнцем и поясом астероидов, колец быть не может, так как это пространство хорошо прогревается Солнцем, а температура разрушает сверхпроводимость. Таким образом, кольца могут быть только у планет с магнитным полем, находящихся за поясом астероидов, а их внешний вид зависит от особенностей вещества протопланетного облака, а также от физических и особенно электромагнитных параметров планеты.

Складывается некая единая картина электромагнитных взаимодействий в Солнечной системе. В самом процессе происхождения и образования колец у Сатурна может быть заложена история происхождения Солнечной системы на раннем (холодном) этапе ее развития.

Является ли данная теория лишь моделью или реальностью, покажут дальнейшие исследования. Важно, что новая теория происхождения колец Сатурна не вынуждает отказываться от проведенных исследований других авторов.

Независимая газета