Hringar Satúrnusar

Uppgötvun og rannsóknir

Hringar Satúrnusar sjást ekki með berum augum frá jörðu, en í gegnum áhugamannastjörnusjónauka (60mm og stærri) eru þeir stórfenglegir á að líta. Árið 1610 varð Galíleó Galílei fyrstur manna til að berja Satúrnus augum í gegnum stjörnusjónaukann sinn. Þrátt fyrir að sjónaukinn hans væri ekki ýkja öflugur tók hann eftir tveimur einkennilegum kúlum sem virtust skaga úr hvorri hlið hans. Galíleó undraðist það sem hann sá og sagði í bréfi til hertogans af Toskana að reikistjarnan Satúrnus væri ekki ein, heldur samanstæði af þremur sem snerta næstum hver aðra en færast aldrei, en sú í miðjunni væri þrefalt stærri en hinar. Árið 1612 undraðist Galíleó enn meira það sem hann sá í gegnum sjónaukann. Svo virtist sem kúlurnar tvær væru horfnar. Galíleó spurði "Hefur Satúrnus gleypt börnin sín?" og vísaði þar með til goðsagnarinnar um Krónos sem át börnin sín til að koma í veg fyrir að eitthvert þeirra steypti honum af stóli. Hringarnir birtust aftur árið 1613, Galíleó til mikillar furðu.

Árið 1655 hóf Hollendingurinn Christiaan Huygens að rannsaka Satúrnus með betri sjónauka en fyrirrennarar hans. Huygens uppgötvaði fljótt að Satúrnus reyndist hafa að minnsta kosti eitt fylgitungl sem síðar var nefnt Títan. Á grunni athugana sinna taldi Huygens að Satúrnus væri umlukinn næfurþunnum flötum hring sem hvergi snerti reikistjörnuna. Huygens var jafnframt fyrstur til að átta sig á ástæðu útlitsbreytinganna. Hann sagði að stundum sæjust hringarnir á rönd, eins og þegar þeir hurfu Galíleó sjónum, og þá væri ómögulegt að sjá þá frá jörðinni. Á öðrum tímum horfðu stjörnuathugendur á Satúrnus frá horni, annað hvort undir eða yfir hringflötinn, og þá sæjust hringarnir greinilega. Stjörnufræðingar staðfestu þessa tilgátu Huygens næstu ár á eftir, dolfallnir yfir þeim.

Þegar gæði sjónaukanna jukust komust stjörnufræðingar að því að hringurinn var í raun hringakerfi. Árið 1675 sá ítalski stjörnufræðingurinn Giovanni Domenico Cassini dökkt bil í hringunum. Cassini ályktaði sem svo að hringarnir samastæðu úr mörgum smáum aðskyldum hringum. Bilið sem Cassini sá er milli A-hringsins og B-hringsins og var síðar nefnd honum til heiðurs eða Cassini bilið.

Stjörnufræðingar hafa lengi vitað að hringar Satúrnusar eru ekki samfelldir. Árið 1857 sýndi skoski eðlisfræðingurinn James Clerk Maxwell fram á að svonefndir flóðkraftar myndu einfaldlega tvístra slíkum hringum. Maxwell dró þá ályktun að hringar Satúrnusar væru úr óendanlegum fjölda ótengdra agna.

Þessi ályktun Maxwells var staðfest árið 1895 þegar James Keeler, stjörnufræðingur við Allegheny stjörnustöðina í Pittsburg, tók litrófsmyndir af endurvarpi sólarljóss í hringunum. Þegar hringarnir snúast í kringum Satúrnus, sýna þeir hlutar sem nálgast okkur blávik en þeir sem fjarlægjast rauðvik vegna svonefndara Dopplerhrifa (sambærilegt við að heyra í sjúkrabifreið sem nálgast, þá hækkar hljóðið hratt en þegar bifreiðin fjarlægist okkur lækkar hljóðið hratt). Keeler sá að stærð bylgjubreytinganna jókst inn í átt að reikistjörnunni – því nær reikistjörnunni, því meiri reyndust Dopplerhrifin. Þessi breyting í Dopplerhrifunum sýndi og sannaði að innri hlutar hringanna hreyfðust hraðar umhverfis Satúrnus en ytri hlutarnir. Brautarhraði hringanna eru enda í fullkomnu samræmi við þriðja lögmál Keplers, sem er nákvæmlega það sem búast mátti við ef hringarnir voru úr óteljandi hringögnum sem hver hringsólaði umhverfis Satúrnus.

Eðliseinkenni og myndun

Horft undir hringa Satúrnusar. Mynd Hubblessjónaukans frá 22. mars 2004.

Hringarnir endurvarpa um 80% af sólarljósinu sem á þá fellur, en til samanburðar endurvarpar Satúrnus um 46% sólarljóssins. Stjörnufræðinga grunaði því lengi að hringagnirnar væru úr ís og ísþöktu bergi. Þessi tilgáta stjörnufræðinga var staðfest á áttunda áratug tuttugust aldar þegar stjörnufræðingarni Gerard Kuiper og Carl Pilcher greindu frosið vatn í litrófi hringanna. Voyager 1 og Voyager 2 gerðu nákvæmari mælingar þegar þau flugu framhjá Satúrnusi árin 1980 og 1981. Niðurstöður þeirra bentu til að hitastig agnanna væri frá -180°C í sólskini niður í -200°C í skugganum.

Voyagerflaugarnar mældu einnig stærð agnanna með greiningu á útvarpsbylgjum frá Voyager. Þegar flaugarnar flugu á bakvið hringana fylgdust stjörnufræðingar með því hvernig útvarpsbylgjurnar breyttust er þær ferðuðust frá geimflaugunum í gegnum hringana og til jarðar. Það hve auðveldlega þessar útvarpsbylgjur gátu ferðast í gegnum hringana sagði til um agnastærðirnar. Niðurstöðurnar sýndu að smæstu agnirnar eru minni en sandkorn en þær stærstu á stærð við kæliskáp eða litla bifreið. Flestar agnirnar eru sennilega á stærð við snjóbolta, um 10 cm í þvermál.

Heildarefnismagn hringanna er frekar lítið. Ef allt hringakerfið væri hnoðað saman í einn hnött yrði hann í mesta lagi 100 km í þvermál. Í fyrstu virðist skynsamlegt að draga þá ályktun að allt þetta efni hafi ekki náð að mynda fylgitungl. Agnirnar í hringunum er hins vegar alltof nálægt Satúrnusi til að geta safnast saman og myndað hnött. Ástæðan fyrir því er mislöng fjarlægð frá Satúrnusi og mismikið þyngdartog. Munurinn á þyngdartoginu kallast flóðkraftur og leitast hann við að halda ögnunum aðskildum. Því nær sem hringagnirnar eru reikistjörnunni, því meir reynir flóðkrafturinn að slíta þær í sundur.

Í ákveðinni fjarlægð frá miðju reikistjörnunnar helst jafnvægi milli flóðkrafta Satúrnusar og þyngdartogsins milli agnanna. Þessi fjarlægð nefnist Roche-mörk en innan þeirra eru flóðkraftarnir meiri en þyngdarkrafturinn milli agnanna. Við Roche-mörkin geta agnirnar ekki safnast saman og myndað stærri hnött en flestar agnirnar í hringunum eru einmitt innan þessara marka.

Öll stærstu fylgitungl reikistjarnanna eru utan Roche-markanna. Ef eitthvað stórt tungl kæmi inn fyrir Roche-mörkin, myndu flóðkraftar frá reikistjörnunni sundra tunglinu. Slík örlög bíða t.d. Tríton, stærsta tungli Neptúnusar, en braut hans færist smám saman nær reikistjörnunni. Til að finna Roche-mörkin er ágætis þumalfingursregla að margfalda radíus reikistjörnunnar með 2,45.

Roche-mörk tvístra ögnum þó ekki algjörlega. Ástæðan er að Roche-mörkin eiga einungis við um þau fyrirbæri sem þyngdarkrafturinn heldur saman. Öðru máli gegnir hins vegar um kraftana sem halda bergi eða ísbolta því þeir byggjast á efnatengjum milli atóma og sameinda fyrirbærisins. Efnatengin eru margfalt sterkari en flóðkraftar nálægrar reikistjörnu og því sundrast hvorki berghnullungarnir né ísmolarnir í hringunum. Á sama hátt er engin hætta á að fólk á jörðinni (sem er innan Roche-marka jarðarinnar) tvístrist því efnatengi halda okkur kyrfilega saman.

Vísindamenn töldu eitt sinn að hringarnir hefðu myndast á sama tíma og reikistjarnan, fyrir um 4,6 milljörðum ára. Nú hallast menn að því að hringarnir eru ungir, ef til vill aðeins nokkur hundruð milljóna ára. Ein vísbendingin sem styrkir þá kenningu er birta hringanna því þegar Satúrnus ferðast um geiminn ætti ryk að hafa safnast saman og dekkt þá. Þar af leiðandi ættu hringarnir að vera dökkir ef þeir væru gamlir. Önnur heldur líklegri kenning segir að í gegnum tíðina hafi halastjörnur, smástirni og loftsteinar komið of nálægt Satúrnusi og flóðkraftar sundrað þeim að lokum, líkt og Júpíter gerði við halastjörnuna Shoemaker-Levy 9 árið 1994.

Breytileg ásýnd

Frá jörðu séð breytist útlit hringakerfisins á meðan Satúrnus gengur kringum sólina. Á meðan hringferðinni stendur breytist sjónarhorn okkar og horfum við þá annað hvort ofan á eða undir hringana. Ástæðan er sú að hringakerfið er við miðbaugsflöt Satúrnusar en hann hallar 27° frá brautarplaninu. Snúningsás og miðbaugsflöturinn halda sömu stefnu á meðan Satúrnus gengur kringum sólina sem þýðir að á einu Satúrnusarári, breytist sjónarhorn okkar. Þegar norðurpóll Satúrnusar hallar í átt til jarðar, horfum við „ofan á“ hringana. Hálfu Satúrnusarári seinna, þegar suðurpóllinn hallar að okkur, horfum við „undir“ hringana.

Þegar sjónlína okkar við Satúrnus er svo í sama fleti og hringarnir, sjáum við hringana frá hlið (á rönd) og þá virðast þeir hverfa algjörlega sjónum okkar. Það bendir til þess að hringarnir séu mjög þunnir og í raun eru þeir ekki nema nokkrir tugir eða hundruð metrar að þykkt. Miðað við þvermál eru þeir þúsund sinnum þynnri en blaðsíða í venjulegri bók.

Síðast sáust hringarnir á rönd árin 1995-6 og mun það gerast aftur árin 2008-9. Gerist þetta á 15 ára fresti eða svo. Til og með 2008 munum við sjá undir hringa Satúrnusar og í sjónauka er það stórkostleg sjón.

Breytileg ásýnd hringa Satúrnusar. Hringar Satúrnusar liggja við miðbaug reikistjörnunnar, en möndulhallinn er 27 gráður. Þegar Satúrnus gengur umhverfis sólu halda hringarnir sama halla eða stefnu í geimnum, svo athugandi á jörðinni sér hringana frá mismunandi sjónarhorni. Stundum horfum við ofan á hringana en stundum undir þá. Tvisvar á einum umferðartíma í kringum sólina sjást hringarnir á rönd og þá hverfa þeir sjónum okkar. Mynd: W.H. Freeman og Stjörnufræðivefurinn

Uppbygging

D, C, B, A og F hringar Satúrnusar. Mynd: NASA

Hringarnir skiptast í sjö meginhringa. Hringarnir eru merktir með bókstafi og eru í stafrófsröð eftir því hvenær þeir uppgötvuðust. Röð þeirra hefur því ruglast eftir því sem nýir hringar hafa fundist. Frá innsta hring til hins ysta er röðin D, C, B, A, F, G og E. F- og G-hringarnir eru mjög þunnir og erfitt að sjá en frá jörðu séð virðast A-, B-, og C-hringarnir fremur samfelldir og bjartir. Það kom vísindamönnum því þægilega á óvart er þeir uppgötvuðu að hringarnir eru samansettur úr þúsundum hringeininga (ringlets). Þessar hringeiningar hafa myndast vegna þyngdarkrafta nálægra agna, tungla Satúrnusar og reikistjörnunnar sjálfrar.

Árið 1979 fann Pioneer 11 F-hringinn og skömmu seinna sendu Voyager-förin forvitnilegar myndir honum. F-hringurinn er 4000 km frá ytri brún A-hringsins og á nærmyndum má sjá hvernig hann byggist upp af nokkrum samtvinnuðum þráðum. Á einni mynd Voyager 1 sjást fimm þræðir, hver um sig 10 km í þvermál. Talið er að þyngdartog lítilla tungla innan F-hringsins framkalli þessa óvenjulegu byggingu. Agnirnar í F-hringnum eru aðeins um 1 míkrómetri í þvermál, eða á stærð við agnir í sígarettureyk.

Voyager 1 fann þrjá hringa til viðbótar við þá fjóra sem áður þekktust, D-, E- og G-hringana. D-hringurinn er innstur í hringakerfinu og úr mjög daufum hringböndum sem staðsett eru milli innri brúnar C-hringsins og skýjatopps Satúrnusar. E- og G-hringarnir liggja báðir talsvert frá Satúrnusi og vel handan ytri brúnar A-hringsins. Báðir hringarnir eru mjög daufir, óskýrir og fíngerðir. Hver þeirra skortir hringböndin sem eru svo greinileg í meginhringjunum.

Innan hringanna eru bil og geilar á borð við Cassini bilið og Encke geilina sem hægt er að sjá frá jörðinni. Þessi uppbygging hringanna er talin hafa myndast af völdum þyngdartogs þeirra fjölmörgu tungla sem sveima umhverfis Satúrnus. Sumar eyðurnar, t.d. Encke geilin, hafa hreinsast af völdum lítill smalatungla eins og Pan, Prómeþeusar og Pandóru, sem sveima innan hringanna.

Vitað er að tungl Satúrnusar hafa áhrif á uppbyggingu hringjanna. Þyngdarkraftur tunglanna mótar brautir hringagnanna og getur einnig mótað byggingu þeirra. Lengi hafa menn vitað um áhrif tunglsins Mímasar á lögun kerfisins en það myndar til dæmis Cassini bilið með þyngdarkrafti sínum og svonefndum hermiáhrifum þegar Mímas sópar ögnum út úr þessu svæði. Sama á við um myndun Encke geilinnar í A hringnum en í því liggur sporbraut tunglsins Pan, sem aðeins er 20 km að þvermáli. Þyngdarkraftur og brautarhreyfing Pans mynda þetta 270 km breiða bil, sem er miklum mun breiðara en Pan sjálft.

Önnur áhrif af völdum þyngdarkrafta tveggja smárra tungla, er að finna sitt hvorum megin við F-hringinn. Þyngdarkraftur tunglanna heldur ögnum F-hringsins saman. Pandóra, ytra tunglið af þessum tveimur, snýst örlítið hægar um Satúrnus en agnirnar í hringnum. Þegar hringagnirnar fara framúr Pandóru, togar tunglið í þær og hægir örlítið á þeim. Afleiðingin er örlítið orkutap sem veldur því að þær færast nær Satúrnusi.

Á sama tíma snýst Prómeþeus, innra tunglið, hraðar umhverfis Satúrnus en agnirnar í F-hringnum. Þyngdartog Prómeþeusar bætir þeim upp orkutapið og gott betur frá Pandóru sem ýtir þeim lengra frá Satúrnusi. Verkun þyngdartogs beggja tunglanna veldur því að agnir F-hringsins eru í afmörkuðu og mjóu belti, um 10 km breiðu. Prómeþeus og Pandóra eru því nefnd smalatungl þar sem þau smala ögnum hringakerfisins í afmarkaða hringa.

Uppbygging hringakerfisins. Myndin sýnir staðsetningar helstu hringa Satúrnusar og nokkurra tungla innan þeirara. Aðeins A, B og C hringarnir eru sýnilegir frá jörðu. Hinir hringarnir eru mjög daufir og var ekki vitað um tilvist þeirra fyrr en geimför heimsóttu reikistjörnuna. Mynd: W.H.Freeman og Stjörnufræðivefurinn

Hringur, bil eða geilar	Fjarlægð frá miðju Satúrnusar (km)	Breidd (km)
D	67.000	7.500
C	74.490	17.500
Colombo geilin	77.800	100
Maxwell geilin	87.500	270
Bond geilin	88.705	30
Dawes geilin	90.210	20
B	91.980	25.500
Cassini geilin	117.500	4.700
Huygens geilin	117.680	285 - 440
Herschel geilin	118.234	102
Russell geilin	118.614	33
Jeffreys geilin	118.950	38
Kuiper geilin	119.405	3
Laplace geilin	119.967	238
Bessel geilin	120.241	10
Barnard geilin	120.312	13
A	122.050	14.600
Encke geilin	133.570	325
Keeler geilin	136.530	35
Roche bilið	136.770	2.600
F	140.224	30-500
G	166.000-174.000	8.000
E	180.000	300.000

Bil eru stór og skipta hringum en geilar eru smáar innan hringa eða bila, samkvæmt skilgreiningu Alþjóðasambands stjarnfræðinga frá árinu 2008. 

Uppbygging hringa Satúrnusar. Cassini geimfarið tók þessa mynd af hringum Satúrnusar þann 9. maí 2007. Mynd: NASA og Stjörnufræðivefurinn. Smelltu á myndina til að sjá hana stærri!

D-hringurinn

D-hringurinn er innsti hringurinn í hringakerfinu. Hann er mjög daufur og ekki einu sinni sýnilegur á flestum ljósmyndum Cassini geimfarsins eða Voyagers en fannst á myndum Voyagers 1. Taka þarf myndir með löngum lýsingartíma frá hentugum stöðum við reikistjörnuna til að draga fram smáatriði í honum. Þegar Cassini kom til Satúrnusar uppgötvaði hann að þótt sumar hringeiningarnar hefðu haldist á sama stað frá heimsókn Voyagers, hefur ein hringeiningin færst 200 km nær Satúrnusi á síðustu 25 árum.

D-hringurinn er mjög daufur en á þessari mynd sem Cassini geimfarið tók þann 12. júní 2007 úr 238.000 km fjarlægð, sjást hringeiningar innan hringsins. Mynd: NASA

4.2. C-hringurinn

C-hringurinn er breiður en mjög daufur, innan B-hringsins. Hringinn fundu stjörnufræðingarnir og feðgarnir William og George Bond árið 1850. Enski stjörnuáhugamaðurinn og ölgerðarmaðurinn William Lassell kallaði hringinn í gamni Crepe-hringinn, þar sem hann er frekar gagnsær frá jörðu séð, en talið er að C-hringurinn sé aðeins um fimm metra þykkur. C-hringurinn sést í gengum góðan áhugamannastjörnusjónauka við góðar aðstæður.

Á myndum Cassinis sést hvernig hringurinn varpar þunnum, þráðkenndum skuggum á Satúrnus. Bestu myndirnar af hringnum fást þegar sólin lýsir upp þá hlið þeirra sem er gagnstætt geimfarinu, en ástæðan er sú að fínar rykagnir í hringnum dreifa ljósi fram í átt að geimfarinu svipað og rykagnir í sólarljósi.

Í innri hluta C-hringsins er Colombo geilin, nefnd eftir ítalska vísindamanninum Giuseppe Colombo. Innan geilinnar er björt en mjó sporöskjulaga hringeining, um 77.883 km frá miðju Satúrnusar. Þessi hringeining er stundum nefnd Colombo hringeiningin en líka Títan hringeiningin.

Í ytri hluta C-hringsins er Maxwell geilin, nefnd eftir James Clerk Maxwell. Í Maxwell geilinni er Maxwell hringeiningin.

C-hringurinn myndar þunna, þráðkennda skugga á lofthjúpi Satúrnusar. Á myndinni til hægri sést blár litur á norðurhvelinu og tunglið Mímas í forgrunni. Mynd: NASA og Stjörnufræðivefurinn

B-hringurinn

B-hringurinn er stærsti, bjartasti og massamesti hringurinn og sést hann vel í gegnum stjörnusjónauka. Hann er milli 5 og 10 metra þykkur og raunar svo þéttur að hann hleypir nánast engu ljósi í gegnum sig. Agnir innan hans eru svo nálægt hver annar að þær komast vart hjá því að snertast. Hringurinn hegðar sér þar af leiðandi meira eins og vökvi en stakar fastar agnir. Agnirnar virðast skipta sér í óteljandi hringeiningar sem margar hverjar eru á sporöskjulaga brautum og snertast. Margar hringeiningarnar eru í raun hluti af einni þyrilbyggingu sem vefur sig þétt umhverfis Satúrnus. Sama hversu nákvæmlega Cassini ljósmyndar B-hringinn, þá sjást aðeins fleiri hringeiningar, bylgjur og önnur mynstur en engar geilar.

Hringspælar

Hringspælar á B-hringnum á myndum Voyagers 1

Meðal forvitnilegustu uppgötvana Voyager 1 geimfarsins voru svokallaðir hringspælar (ring spokes), dökk, þokukennd svæði sem ferðuðust umhverfis Satúrnus með B-hringnum og litu út eins og spælar sem geisla út frá miðju hjóls.

Talið er að þarna sé um að ræða örmáar rykagnir sem hafa svifið burt af hringfletinum og tengjast með rafsegulkröftum þar sem þeir snúast með segulhvolfi Satúrnusar. Ekki er vitað hvað nákvæmlega hvað veldur myndun þeirra en talið er líklegt að þeir verði til þegar örsmáir loftsteinar rekast á hringana.

Hringspælarnir hurfu árið 1998 og sáust ekki þegar Cassini kom til Satúrnusar árið 2004. Cassini sá þá fyrst birtast aftur sumarið 2005 og kemur sú tímasetning heim og saman við þá tilgátu reikistjörnufræðinga að þeir séu árstíðabundið fyrirbrigði. Þannig virðast þeir hverfa miðsumars og miðveturs á Satúrnusi en birtast aftur nærri jafndægrum.

Til gamans má geta þess að stjörnuáhugamaðurinn Stephen James O'Meara, hafði séð hringspælanna á B-hringnum áður en Voyager 1 heimsótti reikistjörnuna. O'Meara notaðist ekki við neitt annað en góðan stjörnusjónauka og augun. Þrátt fyrir það höfnuðu flestir reikistjörnufræðingar tilvist hringspælanna þar til Voyager staðfesti það sem O'Meara hafði sannarlega séð.

Cassini bilið

Cassini bilið er 4.800 km breitt svæði milli A-hringsins og B-hringsins. Bilið uppgötvaði Giovanni Cassini árið 1675 en það sést frekar auðveldlega í gegnum litla stjörnusjónauka. Í gegnum sjónauka virðist það þunnt dökkt bil í hringunum en þegar Voyager flaug framhjá Satúrnusi kom í ljós að bilið er uppfull af efni, svipuðu og finnst í C-hringnum. Bilið getur þannig virst bjart á óupplýstu hlið hringanna þar sem frekar lítill efnisþéttleiki hleypir meira ljósi í gegnum sig en þykku hringarnir.

Cassini bilið helst að mestu laust við efni vegna þyngdaráhrifa frá tunglinu Mímas. Hringagnir í þessari fjarlægð ljúka tveimur hringferðum umhverfis Satúrnus á sama tíma og Mímas fer einn hring. Þyngdaráhrif Mímasar ýta ögnunum frá í hvert skiptist sem þær mæta tunglinu og til verður bil í hringunum. Við innri brún Cassini bilsins er Huygens geilin sem inniheldur sporöskjulaga Huygens hringeiningu.

Cassini bilið milli A og B hringanna og tunglið Mímas fyrir ofan. Hægra meginn við miðju er Huygens geilin. Eins og sjá má eru hringeiningar innan Cassini bilsins. Mynd: NASA og Stjörnufræðivefurinn

A-hringurinn

A-hringurinn er ysti hringurinn sem sést í gegnum sjónauka og markast af Cassini bilinu innan frá og tunglinu Atlas utan frá. Atlas er lítið tungl sem hringsólar umhverfis Satúrnus rétt fyrir utan brún A-hringsins og er líklega ástæða þess að hringbrúnin er svona skörp. Talið er að A-hringurinn sé milli 10 og 30 metra þykkur.

Árið 2006 fundust fjórir agnarsmáir tunglklumpar á myndum Cassini geimfarsins af A-hringnum. Tunglklumparnir eru aðeins nokkur hundruð metrar í þvermál og þar af leiðandi of smáir til að sjást beint. Það sem sést á myndunum eru truflanir í hringeiningunum sem myndast af völdum klumpanna. Þessar truflanir eru nokkrir km í þvermál. Talið er að A-hringurinn innihaldi þúsundir klumpa af þessu tagi en árið 2007 uppgötvuðust átta slíkir til viðbótar sem sýndu að þeir eru á 3000 km breiðu belti í um 130.000 km fjarlægð frá miðju Satúrnusar.

Nærri ytri brún A-hringsins er Encke geilin. Geilin er 325 km breið og í um 133.590 km frá miðju Satúrnusar og kennd við þýska stjörnufræðinginn Johann Encke en hana uppgötvaði James Keeler árið 1888. Glöggir stjörnuáhugamenn geta séð móta fyrir þessari geil í gegnum stóra stjörnusjónauka (átta tommur og stærri).

Geilin myndast af völdum tunglsins Pan sem er á braut um Satúrnus innan hennar. Myndir frá Cassini geimfarinu sýna að minnsta kosti þrjá þunna hnúta á hringeiningum innan geilinnar.

Encke geilin í A-hringnum. Hringeiningin innan hringsins er af völdum tunglsins Pan.	Nærmyndir Cassini af Encke geilinni sýnir hvernig þyngdartog Pans mótar geilina.	Tunglið Pan innan Encke geilinnar. Keeler geilin sést neðar á myndinni.

Keeler geilin er 42 km breið geil, aðeins um 250 km frá ytri brún A-hringsins. Geilin er nefnd til heiðurs James Keeler en hún uppgötvaðist á myndum Voyager 1 árið 1980. Þann 1. maí 2005 uppgötvaði Cassini geimfarið tunglið Dafnis innan Keeler geilinnar.

Tunglið Dafnis er aðeins 7 km í þvermál og hringsólar hér umhverfis Satúrnus innan Keeler geilinnar. Þyngdartog Dafnis myndar bylgjur í hringinn. Myndina tók Cassini geimfarið úr 325.000 km fjarlægð þann 27. október 2006.

Roche-bilið

Bilið milli A-hringsins og F-hringsins er nefnd Roche bilið til heiðurs franska eðlisfræðingnum Édouard Roche. Roche bilið inniheldur þunnar hringeiningar líkt og Cassini bilið en efnið í því er mjög dauft og dreift.

F-hringurinn

F-hringurinn liggur um 3000 km fyrir utan A-hringinn. Hringurinn er örmjör, líklega aðeins 30 til 500 km breiður. Hringurinn fannst á myndum sem Pioneer 11 tók árið 1979 og vakti strax athygli stjörnufræðinga sem töldu að þetta mjóum hring hlyti að vera haldið við af tveimur smalatunglum, einu innan hringsins og annars utan hans. Ári síðar staðfesti Voyager 1 grun stjörnufræðinga þegar þessi smalatungl fundust, þau Prómeþeus og Pandóra.

Smalatunglin Prómeþeus (hægri) og Pandóra (vinstri) á braut sitt hvorum megin við F-hringinn.	Prómeþeus við F-hringinn. Hreyfimynd af því þegar Prómeþeus stelur efni má sjá hér.	Prómeþeus og Pandóra við F-hringinn.

F-hringurinn þykir mjög forvitnilegur fyrir þær sakir að hann tekur talsverðum breytingum á fáeinum klukkustundum. Nærmyndir Cassinis sýna að F-hringurinn samanstendur af einni áberandi hringeiningu og þyrilþráðum umhverfis hana. Myndirnar sýna hvernig þyngdarkraftur Prómeþeusar framkalla beygjur og hnúta í hringnum og þegar tunglið stelur efni frá honum og skilur eftir sig dökka rás í innri hluta hringsins. Þar sem Prómeþeus snýst hraðar umhverfis Satúrnus en efnið í hringnum er hver rás um þrjár gráður fyrir framan þá næstu. Talið er að innan hringsins séu fleir óséð tungl sem valdi öðrum breytingum á hringnum.

Samsett mynd 107 mynda Cassini geimfarsins af 70% F-hringsins.Truflanirnar í hringnum er tilkomnar af þyngdarkröftum tunglanna Prómeþeusar og Pandóru. Smelltu á myndina til að sjá hana stærri.

Ytri hringar

Ytri hringar Satúrnusar.

Fyrir utan D, C, B, A og F-hrginana eru tveir aðrir hringar, G og E hringarnir. Þessi hringar eru talsvert ólíkir hinum þar sem þeir dreifast yfir miklu stærra svæði og eru miklu þunnari og gagnsærri. Rétt innan við G-hringinn er hringur sem Cassini geimfarið fann árið 2006. Þessi hringur nær yfir um 5000 km breitt svæði frá brautum tunglanna Janusar og Epímeþeusar. Þessi hringur er þar af leiðandi kallaðir Janus/Epímeþeus hringurinn. Talið er að hann myndist þegar agnir skjótast upp af yfirborðum tunglanna við árekstra.

G-hringurinn

G-hringurinn er mjög þunnur og daufur og fannst á myndum Voyager 1 árið 1980. Ólíkt E-hringnum er G-hringurinn líklega úr það stórum ögnum að hægt væri að greina þær með berum augum. Þar af leiðandi er mun hættulegra fyrir geimfar að fljúga í gegnum G-hringinn en E-hringinn sem þó er næstur Satúrnusi. Á myndum Cassinis hafa fundist hringbogar á G-hringnum, svæði þar sem meira efni er til staðar en annars staðar á hringnum.

Rétt fyrir utan G-hringinn fann Cassini geimfarið nýjan hring árið 2006. Þessi hringur nær yfir um 2500 km breitt svæði og deilir braut með tunglinu Pallene. Talið er að efnið í honum eigi rætur að rekja til árekstra loftsteina við Pallene.

E-hringurinn

E-hringurinn er ysti og breiðasti hringurinn í hringakerfi Satúrnusar. Hringurinn nær yfir um 300.000 km breitt svæði, eða frá braut Mímasar og út að braut Rheu. Hringurinn sást fyrst á ljósmyndum frá jörðinni árið 1967 en tilvist hans var staðfest þegar Pioneer 11 flaug framhjá Satúrnusi árið 1979. E-hringurinn er nokkuð þykk skífa úr mjög fínum ísögnum, þar sem stakar agnir eru líklega einn míkrómetri að stærð (milljónasti úr metra). Fimm af sjö stærstu tunglum Satúrnusar er innan hringsins, þau Mímas, Enkeladus, Teþýs, Díóna og Rhea. Árið 2006 uppgötvaði Cassini að efnið í hringnum á rætur að rekja til ísgosa á Enkeladusi.

Enkeladus, sem hér sést fyrir miðju, er uppspretta efnisins í E-hringnum.

Föbe-hringurinn

Þann 6. október 2009 tilkynntu stjörnufræðingar að fundist hefði nýr hringur, langt fyrir utan aðalhringana, rétt við braut tunglsins Föbe. Er þetta stærsti hringur Satúrnusar en þrátt fyrir það svo daufur að hann sést ekki frá jörðu. Hringurinn fannst á innrauðum ljósmyndum Spitzer geimsjónauka NASA. Innri brún hringsins er í um 6 milljón km fjarlægð frá Satúrnusi og teygir hann sig allt að 18 milljónir km út frá reikistjörnunni. Auk þess hallar hringurinn um 27 gráður miðað við hið hefðbunda hringakerfi Satúrnusar. Talið er að hann sé úr mjög smágerðum ögnum sem eigi rætur að rekja til árekstra reikisteina við tunglið Föbe.

Föbe hringurinn er stærsti en jafnframt ógreinilegasti hringur Satúrnusar. Mynd: NASA og Stjörnufræðivefurinn

Það sem gerir þennan hring líka áhugaverðan er þykkt hans. Hann er um tuttugu sinnum þykkari en reikistjarnan sjálf en hringar Satúrnusar eru annars örþunnir, ekki nema fáeinir tugir metra á þykkt. Þessi mikla þykkt þýðir að hringurinn er mjög efnisrýr. Er það aðalástæða þess að hringurinn fannst svo seint. Efnið í honum dreifist yfir mjög víðfeðmt svæði og ef þú værir staddur eða stödd innan í honum, yrðir þú hans ekki var/vör. Ekki einu sinni Cassini geimfarið, sem er á braut um Satúrnus, fann hringinn þegar það ferðaðist í gegnum hann árið 2004.

Þessi uppgötvun gæti mögulega útskýrt eina helstu ráðgátu tunglsins Japetusar. Þegar Japetus fannst árið 1671 tóku stjörnufræðingar eftir því að tunglið var misbjart, eftir því hvoru meginn við Satúrnus það var. Drógu þeir þá ályktun að önnur hlið tunglsins væri hvít en hin dökk. Hingað til hefur ekki fundist haldbær útskýring hvers vegna tunglið er svona sérkennilegt, en hinn nýfundni hringur gæti útskýrt það. Þegar Japetus snýst umhverfis Satúrnus safnast rykagnirnar í hringnum á þá hlið tunglsins sem það stefnir í, ekki ósvipað og flugur sem rekast á framrúðu bíls á ferð. Þess vegna er önnur hliðin dökk en hin ljós.

Heimildir

1. Beatty, J. Kelly; Petersen, Carolyn Collins og Chaikin, Andrew (ritstj.). 1998. The New Solar System. Cambridge University Press, Massachusetts.
2. Freedman, Roger og Kaufmann, William. 2004. Universe, 7th Edition. W. H. Freeman, New York.
3. Ferris, Timothy. 2002. Seeing in the Dark: How Backyard Stargazers are Probing Deep Space and Guarding Earth from Interplanetary Peril. Simon & Schuster, New York.
4. Hoskins, Michael. 1997. Cambridge Illustrated History of Astronomy. Cambridge University Press, Massachusetts.
5. McFadden, Lucy-Ann; Johnson, Torrence og Weissman, Paul (ritstj.). 2006. Encyclopedia of the Solar System. Academic Press, California.
6. Pasachoff, Jay. 1998. Astronomy: From the Earth to the Universe, fimmta útgáfa. Saunders College Publishing, Massachusetts.
7. NASA Solar System Exploration: Planets: Saturn.
8. The Alphabet Soup of Saturn's Rings. The Planetary Society. Sótt 06.07.08.

Hvernig vitna skal í þessa grein

• Sævar Helgi Bragason (2010). Hringar Satúrnusar. Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornuskodun.is/slóð (sótt: DAGSETNING).