Saturnove prstence vznikli nedávno, z kozmického hľadiska sú mladými útvarmi

Saturnove prstence majú asi 100 miliónov rokov, no vedci stále presne nevedia, ako vznikli. Podľa jednej hypotézy sa prstence sformovali spoločne s planétou, pričom čiastočky sa nikdy nesformovali do mesiacov. Druhou, pravdepodobnejšou možnosťou je, že sú to mladé útvary, ktorých vznik súvisí so zánikom jedného alebo viacerých Saturnových satelitov.

Astronómovia predpokladajú, že väčšina mesiacov planét vznikla buď súčasne s planétami, alebo len krátky čas nato. Existujú, samozrejme, aj výnimky, keď na dráhy okolo planét boli zachytené veľké asteroidálne telesá. Inak je to s prstencami, ktorých vek je relatívne nízky. Prstence totiž permanentne strácajú hmotu, a tak je zrejmé, že nemôžu existovať od vzniku slnečnej sústavy, ale sú dôsledkom nejakého neskoršieho procesu. V prospech neskoršieho sformovania hovorí aj ich vysoké albedo. Ak by totiž existovali od vzniku Saturna, boli by veľmi tmavé vplyvom postupného usadzovania kozmického prachu. Prstence sú však svetlé, a preto sa ich vek v súčasnosti odhaduje len na 100 miliónov rokov.

Na ich vysvetlenie vedci navrhli hypotézu, podľa ktorej Saturnov systém predtým obsahoval ďalší pomerne veľký mesiac (pracovne ho nazvali Chrysalis), ktorého obežná dráha bola narušená zmenou pozície Titana, najväčšieho mesiaca Saturna. Na základe numerických simulácií sa ukázalo, že porucha spôsobená zmenou dráhy Titana by nakoniec destabilizovala systém a ďalšie mesiace by vyhnala z ich pôvodných dráh. Ak by sa Chrysalis dostal príliš blízko k Saturnu, roztrhali by ho slapové sily planéty a z úlomkov by sa vytvorili prstence.

Slapová sila pôsobí na všetky telesá v blízkosti iných hmotných telies. V tomto prípade si ju môžeme predstaviť ako rozdiel medzi silami príťažlivosti Saturna pôsobiacimi na najbližšie a najvzdialenejšie miesto mesiaca. Ak je tento rozdiel dostatočne veľký, prekoná sily súdržnosti mesiaca a mesiac sa rozpadne. Slapový rozpad vysvetľuje aj ďalšie vlastnosti, ako je sklon rotačnej osi Saturna a obežné dráhy jeho ďalších mesiacov. Je v súlade s nameraným vekom a s hmotnosťou prstencov.

Je možné, že proces formovania prstencov je viacstupňový. To znamená, že už takmer rozptýlený prstenec po čase doplnia úlomky ďalšieho roztrhaného mesiaca. O ďalší materiál v blízkosti Saturna skutočne nie je núdza. Podľa súčasných vedomostí obieha okolo Saturna prinajmenšom 146 mesiacov, ďalšie nálezy nie sú ešte definitívne potvrdené. Veľký počet z nich okrem mesiaca Titana je však dosť malý. Len trinásť z týchto mesiacov má priemer väčší ako 50 kilometrov. O tom, že proces pravdepodobne prebiehal vo viacerých fázach, svedčí aj pomerne zložitá štruktúra prstencov. Saturn nie je ohraničený jediným prstencom, ale množstvom odlišných prstencov. Prstence sú pomenované abecedne v poradí, v akom ich objavili.

Zloženie prstencov je v súlade s teóriou ich vzniku pri rozpade. Saturnove prstence sa skladajú z úlomkov veľkých desiatky metrov aj z čiastočiek jemného zrnitého piesku. Prstence sú primárne tvorené kusmi ľadu s menším zastúpením skál, ktoré sa postupne zrážkami drobia na menšie kusy. Zaujímavé je, že všetky prstence sú v blízkosti roviny rovníka Saturna. Najvnútornejšie Saturnove mesiace obiehajú vnútri sústavy prstencov.

Množstvo poznatkov o sústave prstencov Saturna priniesli prelety kozmických sond Pioneer a Voyager okolo Saturna, ale najmä sonda Cassini, ktorá Saturn a jeho sústavu mesiacov a prstencov študovala zblízka od roku 2004 do roku 2017.

Hypotéza uvedená vyššie nie je, samozrejme, prvým pokusom vysvetliť vznik prstencov. Jedna minulá teória naznačuje, že prstence sú dôsledkom meandrujúcich meteoroidov a asteroidov v blízkosti Saturna, ktoré boli roztrhané na kusy, keď podľahli neodvratnej gravitačnej príťažlivosti planéty. Niektoré asteroidy mohli dokonca prudko naraziť na planétu a výsledný prach a úlomky sa usadili na jej obežnej dráhe. Hoci táto teória vysvetľuje skalnatú zložku v prstencoch, nevysvetľuje, odkiaľ pochádza vodný ľad, ktorý tvorí viac ako 90 percent materiálu prstencov.

Saturnove prstence pozoroval ako prvý už Galileo Galilei v roku 1610. Ním zhotovený ďalekohľad však nemal dostatočné rozlíšenie, aby mohol zistiť, čo to v skutočnosti je. Navyše podľa toho, ako sa menil sklon prstencov k Zemi v priebehu obehu Saturna okolo Slnka, sa mu prstence strácali a po čase opäť objavovali. Svoje pozorovanie Galilei zakončil poznámkou, že Saturn je zvláštna ušatá planéta.

Až Christiaan Huygens v roku 1656 zistil, že Saturn má prstenec, ktorý nie je spojený s planétou. V roku 1675 Giovanni Domenico Cassini rozlíšil prstence A a B a najväčšiu medzeru medzi nimi so šírkou až 4 500 kilometrov, ktorú po ňom neskôr pomenovali. Dnes je známa ako Cassiniho delenie, ktoré je viditeľné aj malým ďalekohľadom. V roku 1850 objavili William a Georg Bondovci vnútri prstenca B prstenec C. V roku 1933 bol objavený ešte bližšie k planéte prstenec D, ktorého detailnú štruktúru skúmala v roku 1980 sonda Voyager 1.

Prstenec E objavený v roku 1967 je druhý najvzdialenejší od Saturna a je extrémne široký. Nachádza sa medzi obežnými dráhami mesiacov Mimas a Titan. Na rozdiel od ostatných prstencov sa skladá skôr z mikroskopických častíc než z makroskopických kusov ľadu. Materiál prstenca je dopĺňaný z kryovulkanických oblakov pohybujúcich sa nad povrchom mesiaca Enceladus. Štruktúrou je prstenec E celkom odlišný od ostatných prstencov. Kým ostatné prstence sú mimoriadne tenké s hrúbkou stoviek a niektoré len desiatok kilometrov, prstenec E má hrúbku viac ako 2 000 kilometrov a hrúbka sa zväčšuje s narastajúcou vzdialenosťou od Encelada.

Prstenec F bol objavený v roku 1979 na základe analýzy snímok sondy Pioneer 11. Je to najvzdialenejší prstenec Saturna (s výnimkou prstenca Féba), ktorý sa nachádza 3 000 kilometrov za vonkajším okrajom prstenca A. Stále v ňom prebiehajú zmeny – vznik zhustení a uzlov je možné pozorovať na časovej škále hodín. Dôvodom je štruktúra prstenca, ktorý sa skladá z centrálneho prstenca a špirálovitého vlákna ovinutého okolo neho.

Prstenec G je veľmi tenký prstenec približne v polovici vzdialenosti medzi prstencom F a začiatkom prstenca E. Obsahuje jeden zreteľne jasnejší oblúk v blízkosti jeho vnútorného okraja, ktorý sa rozprestiera asi v šestine jeho obvodu. Predpokladá sa, že oblúk je zložený z ľadových balvanov až do priemeru niekoľkých metrov, pričom takmer neviditeľný zvyšok G prstenca pozostáva z prachu uvoľneného z tohto oblúka.

Sonda Cassini tiež objavila niekoľko náznakov prstencov spojených s únikom materiálu z mesiacov Anthe, Epimetus, Jánus, Mehone a Pallene. Väčšinou ide o oblúky a nie celé prstence. Niektoré menšie mesiace obiehajú okolo Saturna priamo v prstencoch a svojou gravitáciou vytvárajú v prstencoch zložité štruktúry. V prstenci B sa nachádzajú tmavé lúče, ktoré rotujú ako spice na kolesách. Ide o dočasné útvary zložené z elektricky nabitých vrstiev malých prachových častíc, ktoré podliehajú magnetickému poľu planéty.

V októbri 2009 bol objavený málo jasný prstenec vnútri obežnej dráhy mesiaca Féba. Prstenec je obrovský, pri pohľade zo Zeme má priemer približne jeden oblúkový stupeň (dvojnásobok priemeru Mesiaca). Vo viditeľnom svetle je veľmi slabý, objavený bol pomocou infračerveného Spitzerovho vesmírneho ďalekohľadu. Rozprestiera sa vo vzdialenosti 7,5 až 12 miliónov kilometrov od Saturna. Jeho obežná rovina má sklon 27° od rovníkovej roviny Saturna aj od roviny obehu ostatných prstencov.

Saturnove mesiace možno podrobne skúmať aj najväčšími pozemskými ďalekohľadmi. Pomocou dvojice Keckových ďalekohľadov s priemerom objektívu 10 metrov umiestnených na Havajských ostrovoch vedci zistili, že hmota z prstencov nepretržite prúdi do ionosféry Saturna pozdĺž magnetických siločiar. Ak by hmota v prstencoch nebola priebežne dopĺňaná napríklad rozpadom ďalších mesiacov, došlo by k ich zániku v časovom horizonte do 300 miliónov rokov.

(RR)