Вокруг планеты вертятся сверхпроводники. Доктор физико-математических наук Владимир Черный СПЕЦИАЛЬНО для еженедельника "Новое русское слово" (Европа-СНГ) подготовил статью, в которой он выдвигает достаточно спорную гипотезу происхождения колец вокруг планеты Сатурн.
Он предполагает, что частицы, из которых состоят эти кольца, обладают свойствами сверхпроводников. Хотим сразу предупредить: у многих специалистов подобные утверждения вызывают недоверие. Но окончательно подтвердить или опровергнуть идеи Владимира Черного могут только дальнейшие исследования Солнечной системы. А пока можно говорить лишь о гипотезах, пусть неоднозначных, но зато красивых.
Миссия Кассини - это самый амбициозный беспилотный научный космический проект НАСА. Его общая стоимость - примерно четыре с половиной миллиарда долларов. С 2004 года зонд изучает систему Сатурна и будет продолжать исследования до 2008 года.
Одна из главных задач миссии - понять, как образовались кольца Сатурна. Эта загадка уже четыреста лет остается нерешенной и волнует не только ученых-астрономов. Кольца Сатурна, несомненно, являются одним из прекраснейших творений природы. С момента их обнаружения в 1610 году Галилеем они притягивают внимание ученых. Логотипы колец широко используются в рекламе. 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 Дж. К. Максвелл доказал, что кольца состоят из бесконечного числа разделенных частиц, иначе они были бы разрушены. Правда, он считал, что кольца должны были бы с течением времени упасть на планету, но они существуют до сих пор.
Считается, что кольца образовались из обломков астероида, приблизившегося к Сатурну и разрушенного гравитационными и центробежными силами.
Согласно другому мнению, кольца могли образоваться из частиц протопланетного облака, изначально окружавшего планету. Кстати, облако при этом также могло наполняться и остатками от разрушения приближавшихся к Сатурну космических тел. Внимательно изучались гравитационные, магнитогидродинамические и плазменные эффекты у Сатурна, но объяснение долгого стабильного существования колец и фундаментальных свойств их частиц не было получено. Все теории носили разрозненный характер. Как из протопланетного облака на экваторе планеты могло сформироваться дисковое сомбреро Сатурна, состоящее из колец и щелей, до сих пор оставалось неясным.
В то же время известно, что электромагнитные взаимодействия являются весьма важными в Солнечной системе, и, в частности, для Сатурна. Поскольку частицы колец не слипаются, мы выдвинули гипотезу возможной сверхпроводимости ледяных частиц колец. Это в принципе возможно, поскольку они слабо нагреваются Солнцем, и их температура порядка 70-100 градусов по Кельвину уже долгое время.
Подобное предположение основано и на том факте, что в лабораториях уже получен широкий спектр замороженных многокомпонентных веществ, обладающих высокотемпературной сверхпроводимостью, открытой в 1986 году. В том же 1986-м советские физики экспериментально показали в лаборатории, что при более низких температурах и высоких давлениях лед может обладать сверхпроводимостью. Разумеется, лед - это сложное образование. На Земле существует огромное число его модификаций. Знания же о свойствах космического льда весьма ограничены.
Физически сверхпроводимость частиц кольца означает, что частицы выталкивают внутреннее магнитное поле, а магнитное поле между частицами расталкивает их, и они не слипаются. Эффект выталкивания магнитного поля из сверхпроводника был открыт Мейсснером и Оксенфельдом в 1933 году.
Особенность предложенной теории происхождения колец Сатурна за счет наличия у частиц колец сверхпроводящих свойств состоит в том, что она не отвергает полученные ранее знания, а дополняет их вновь открытыми физическими эффектами, объединяет их, позволяет получить физически реальную картину и ответить на вопрос, как образовались кольца. При этом гравитационные, гидродинамические и плазменные взаимодействия не подвергаются декомпозиции, а лишь дополняются свойствами поведения сверхпроводящих частиц в неоднородном магнитном поле Сатурна.
Сценарий происхождения дисковой системы колец Сатурна выглядит так. До появления у планеты магнитного поля частицы движутся в протопланетном облаке вокруг планеты на разных орбитах согласно законам Кеплера. При этом сила гравитации уравновешена центробежной силой. С появлением у планеты магнитного поля начинает работать сверхпроводимость частиц, они взаимодействуют с магнитным полем.
Как показывает электродинамический анализ, сверхпроводящие частицы протопланетного облака проявляют идеальный диамагнетизм и, приобретая дополнительное азимутально-орбитальное движение, 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 в 500 раз больше земного. Отсюда следует, что через какое-то, может, даже очень длительное время после включения магнитного поля планеты сверхпроводящим частицам протопланетного облака энергетически выгодно собраться в плоскости магнитного экватора.
Формирование кольцевой структуры диска, напоминающей грампластинку, происходит подобно тому, как металлические частицы образуют в неоднородном поле магнита области сгущений и разрежений. Магнитное поле Сатурна в плоскости кольцевого диска неоднородно, т. к. каждая сверхпроводящая частица вытесняет магнитное поле из своего объема согласно эффекту Мейсснера-Оксенфельда.
Силовые линии магнитного поля стремятся замкнуться через области с наибольшим магнитным потоком. Уплотнения магнитного потока расчищают щели в кольцевом диске, расталкивают сверхпроводящие частицы и формируют отдельные структуры, которые выглядят как кольца. Плотность магнитного потока в кольце будет ниже, чем в окружающем его пространстве щелей, что способствует формированию устойчивой структуры кольцевых образований. Разность плотностей магнитного потока на границах колец вызывает направленное внутрь кольца магнитное давление, и поэтому края колец выглядят резкими.
На формирование специфической картины системы колец и щелей оказывают влияние гравитационные эффекты, вызванные присутствием спутников Сатурна, которые называют орбитальными резонансами.
Предложенная авторами электромагнитная модель возможной роли сверхпроводимости частиц колец в формировании системы колец может объяснить многие данные наземных экспериментов и космических зондов NASA "Пионер", "Вояджер-1", "Вояджер-2" и "Кассини-Гюйгенс".
При этом становится ясно, почему у планет, находящихся между Солнцем и поясом астероидов, колец быть не может, т. к. это пространство хорошо прогревается Солнцем, а температура разрушает сверхпроводимость. 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.
Следствием предложенной теории может стать единая картина электромагнитных взаимодействий в Солнечной системе.
Владимир Черный, "НРС" (Европа-СНГ), специально для MIGnews.com.ua
