ดาวเสาร์

วันนี้เราจะมาพูดถึงดาวเสาร์กัน เป็นดาวเคราะห์ดวงที่ 6 จากดวงอาทิตย์และใหญ่เป็นอันดับสองในบรรดาดาวเคราะห์ทั้งหมด ดาวเสาร์ยังเป็นที่รู้จักว่าเป็นดาวเคราะห์ที่สวยที่สุดเนื่องจากมีวงแหวนที่สวยงามล้อมรอบใจกลางดาวเคราะห์ แม้ว่าจะไม่ใช่ดาวเคราะห์เพียงดวงเดียวที่มีวงแหวน แต่ก็มีคู่ที่ใหญ่ที่สุดอย่างแน่นอน มีดวงจันทร์ 82 ดวง โดย 53 ดวงได้รับการยืนยันแล้ว และ 29 ดวงที่ยังรอการอนุมัติอย่างเป็นทางการ เป็นดาวเคราะห์ที่ไกลที่สุดที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า และได้รับการตั้งชื่อตามเทพเจ้าแห่งการเกษตรและความมั่งคั่งของโรมัน เขาเป็นพ่อของจูปิเตอร์และพี่น้องหลายคนของจูปิเตอร์ ซึ่งคนหลังนี้เขากลืนเข้าไปทั้งตัว มันเป็นเรื่องที่ซับซ้อนที่จะพูดน้อยที่สุด

ดาวเสาร์เป็นก๊าซยักษ์และมีปริมาตรมากกว่าโลก 760 ดวง และมีมวลประมาณ 95 ดวง รัศมีของมันคือ 36,183.7 ซึ่งกว้างกว่าโลกประมาณ 9 เท่า จากระยะทางเฉลี่ย 886 ล้านไมล์ ดาวเสาร์อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ 9.5 หน่วยดาราศาสตร์ จากระยะทางนี้ แสงอาทิตย์ใช้เวลาเดินทางจากดวงอาทิตย์ถึงดาวเสาร์ 80 นาที ดาวเสาร์ใช้เวลาประมาณ 29.4 ปีในการหมุนรอบดวงอาทิตย์หนึ่งรอบ แต่อย่างไรก็ตามดาวเสาร์จะหมุนรอบตัวเองเร็วกว่ามาก โดยทุกๆ 10.7 ชั่วโมงทุกๆ 10.7 ชั่วโมง ซึ่งหมายความว่าดาวเสาร์มีวันที่สั้นที่สุดเป็นอันดับสองในระบบสุริยะ ซึ่งถูกดาวพฤหัสบดีแซงหน้าไปเล็กน้อย ดาวเสาร์ยังมีความเอียงของแกนที่เหมาะสมประมาณ 26.73 ซึ่งค่อนข้างคล้ายกับโลก ดังนั้นดาวเคราะห์ทั้งสองดวงจึงมีฤดูกาลที่มีความเข้มใกล้เคียงกัน

คล้ายกับดาวพฤหัสบดี ดาวเคราะห์ดวงนี้ยังมีประสบการณ์การอพยพเมื่อประมาณ 4 พันล้านปีก่อน นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเดิมทีดาวเสาร์อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน แต่หลังจากนั้นมันก็เคลื่อนออกจากดวงอาทิตย์ ขณะที่ดาวพฤหัสบดีเคลื่อนตัวออกห่างจากดวงอาทิตย์ แรงร่วมที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ขนาดใหญ่สองดวงนี้ผลักดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนให้ออกห่างจากดวงอาทิตย์มากกว่าเดิมมาก

การวิจัยยังแสดงให้เห็นว่าดาวเสาร์อาจปกป้องโลกจากดาวเคราะห์น้อยที่เป็นอันตราย ขับไล่พวกมันให้ออกห่างจากโลกของเรา แรงโน้มถ่วงของดาวเสาร์ช่วยเบี่ยงเบนดาวเคราะห์น้อยที่ผ่านเข้ามาจากเมฆออร์ตหรือแถบไคเปอร์ ซึ่งทั้งสองอย่างนี้อยู่ที่ขอบระบบสุริยะของเรา เมื่อหันเหดาวเคราะห์น้อยดวงนี้ ดาวเสาร์เปลี่ยนเส้นทางเพื่อไม่ให้พวกมันมุ่งหน้าสู่โลกอีกต่อไปและอาจก่อให้เกิดหายนะได้ หากคุณเคยฟังตอนเกี่ยวกับแถบดาวเคราะห์น้อย คุณจะรู้ว่าการชนของดาวเคราะห์น้อยไม่ใช่เรื่องดีสำหรับโลกของเรา

เมื่อมองจากโลก ดาวเสาร์มีลักษณะเป็นสีเหลืองน้ำตาลขุ่นมัว แต่พื้นผิวที่มองเห็นจากกล้องโทรทรรศน์นั้นซับซ้อนกว่ามาก ด้วยชั้นเมฆที่ซับซ้อนซึ่งประดับประดาด้วยลักษณะขนาดเล็กจำนวนมาก เช่น จุดสีแดง สีน้ำตาล และสีขาว รวมถึงแถบเมฆ กระแสน้ำวน และกระแสน้ำวนที่แตกต่างกัน ซึ่งทั้งหมดนี้แตกต่างกันไป ในระยะเวลาอันสั้น ด้วยวิธีนี้ดาวเสาร์จึงมีลักษณะคล้ายกับดาวพฤหัสบดีที่ไร้เดียงสาและกระฉับกระเฉงน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม ข้อยกเว้นที่น่าทึ่งสำหรับการเคลื่อนที่ปกตินี้เกิดขึ้นในปี 1990 เมื่อระบบพายุสีอ่อนขนาดใหญ่ปรากฏขึ้นใกล้กับเส้นศูนย์สูตร จากนั้นขยายขนาดออกไปเป็นขนาดเกินกว่า 12,400 ไมล์ และแผ่กระจายไปรอบเส้นศูนย์สูตรในที่สุดก่อนจะจางหายไปอย่างลืมเลือน พายุที่น่าประทับใจคล้ายกับ "จุดขาวใหญ่" ซึ่งตั้งชื่อให้เทียบเคียงกับจุดแดงใหญ่ของดาวพฤหัสบดี ได้รับการสังเกตในช่วงเวลาประมาณ 30 ปีย้อนหลังไปถึงปลายศตวรรษที่ 19 ซึ่งใกล้เคียงกับระยะเวลาการโคจรของดาวเสาร์ที่ 29.4 ปี ซึ่งบ่งชี้ว่าพายุเหล่านี้เป็นปรากฏการณ์ตามฤดูกาล แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะไม่แน่ใจว่าอะไรทำให้เกิดพายุที่ฉับพลันและรุนแรงเช่นนี้

บรรยากาศของดาวเสาร์ประกอบด้วยโมเลกุลไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นส่วนใหญ่ ความสมบูรณ์สัมพัทธ์ที่แน่นอนของโมเลกุลทั้งสองไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด แต่การประมาณที่ดีที่สุดคือชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์มีฮีเลียม 18 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์โดยมวล ส่วนที่เหลือเป็นโมเลกุลไฮโดรเจนและโมเลกุลอื่นๆ อีกประมาณ 2 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งมีแนวโน้มว่าจะถูกส่งมายังโลกผ่านการชนและการกระแทก เป็นที่เชื่อกันว่าฮีเลียมในดาวเสาร์มีศูนย์กลางอยู่ที่ชั้นบรรยากาศชั้นนอกสุดของโลก ในขณะที่ชั้นบรรยากาศภายในมีไฮโดรเจนหนักกว่ามาก

จาก 2% ของโมเลกุลอื่นๆ ที่มีอยู่บนพื้นผิวดาวเสาร์ ส่วนใหญ่เป็นมีเทนหรือแอมโมเนีย อีกครั้ง ยังไม่ทราบปริมาณที่แน่นอน อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์รู้ว่าดาวเสาร์มีปริมาณแอมโมเนียและมีเทนเป็น 2 ถึง 7 เท่าของปริมาณแอมโมเนียและก๊าซมีเทนที่ดวงอาทิตย์มี ซึ่งน่าจะเป็นสาเหตุที่ทำให้เมฆสีเหลืองของดาวเสาร์มีสีด้วย ชั้นเมฆที่สูงที่สุดคิดว่าทำจากผลึกแอมโมเนีย ไฮโดรเจนซัลไฟด์และน้ำยังเป็นที่สงสัยว่ามีอยู่ในชั้นบรรยากาศที่ลึกลงไป แต่ยังไม่ถูกตรวจพบ

ผลที่ตามมาของการเอียงแกนขนาดใหญ่ของดาวเสาร์คือวงแหวนจะทอดเงามืดไปยังซีกโลกในฤดูหนาว ซึ่งทำให้แสงแดดในฤดูหนาวที่สลัวน้อยลงไปอีก ภาพถ่ายยานแคสสินีของแนวดวงอาทิตย์ที่ส่องสว่างในซีกโลกเหนือในช่วงฤดูหนาวเผยให้เห็นบรรยากาศสีฟ้าใสอย่างน่าประหลาดใจ ซึ่งอาจเป็นผลมาจากการลดลงของการผลิตหมอกควันโฟโตเคมีในเงามืดของวงแหวน หมอกควันโฟโตเคมีคอลนั้นเป็นคำศัพท์ทางวิทยาศาสตร์สำหรับหมอกควัน

นักดาราศาสตร์บนโลกได้วิเคราะห์การหักเหของแสง หรือที่เรียกว่าการหักเหของแสงดาวและคลื่นวิทยุจากยานอวกาศที่ผ่านชั้นบรรยากาศของดาวเสาร์เพื่อให้ได้ข้อมูลเกี่ยวกับอุณหภูมิบรรยากาศ ที่ขอบชั้นบรรยากาศของโลก มีอุณหภูมิเฉลี่ย -190 องศาฟาเรนไฮต์ อุณหภูมิที่เย็นที่สุดของดาวเคราะห์เกิดขึ้นลึกลงไปเล็กน้อยด้วยเหตุผลบางอย่างภายในสตราโตสเฟียร์ของมัน อุณหภูมิต่ำสุดที่บันทึกไว้ในภูมิภาคนี้คือ -312 องศาฟาเรนไฮต์ จากนั้น เมื่อคุณดำลงไปลึกเข้าไปในโลก อุณหภูมิก็เริ่มสูงขึ้น เมื่อคุณไปถึงชั้นโทรโพสเฟียร์ อุณหภูมิจะอยู่ที่ -217 องศาฟาเรนไฮต์ จากนั้นอุณหภูมิจะลดลงเรื่อยๆ ยิ่งคุณเข้าไปลึกและเข้าใกล้ใจกลางดาวเสาร์มากเท่าไหร่

เช่นเดียวกับดาวเคราะห์ยักษ์ดวงอื่นๆ ดาวเสาร์มีการหมุนเวียนของชั้นบรรยากาศที่ไหลจากตะวันออกไปตะวันตก สิ่งนี้แสดงให้เห็นเป็นรูปแบบของแถบเมฆที่จางลงและเข้มขึ้นคล้ายกับของดาวพฤหัสบดี แม้ว่าแถบของดาวเสาร์จะมีสีที่ละเอียดกว่าและกว้างกว่าใกล้เส้นศูนย์สูตร

เนื่องจากดาวเสาร์เป็นดาวเคราะห์ก๊าซ จึงไม่มีพื้นผิวที่มั่นคง ซึ่งหมายความว่าจะต้องวัดลมของมันโดยเทียบกับกรอบอ้างอิงอื่น เช่นเดียวกับดาวพฤหัสบดี ลมจะวัดตามการหมุนของสนามแม่เหล็กของดาวเสาร์ ในกรอบนี้ บรรยากาศเกือบทั้งหมดของดาวเสาร์ไหลไปทางทิศตะวันออก ซึ่งเป็นทิศทางการหมุน พื้นที่ใกล้เส้นศูนย์สูตรแสดงกระแสการไหลไปทางทิศตะวันออกอย่างคึกคักเป็นพิเศษ โดยมีความเร็วสูงสุดเกือบ 470 เมตรต่อวินาที แต่บางครั้งก็มีช่วงเวลาที่ช้าลงเมื่อความเร็วเข้าใกล้ 270 เมตรต่อวินาที คุณลักษณะนี้คล้ายคลึงกับคุณลักษณะบนดาวพฤหัสบดีแต่ขยายกว้างเป็นสองเท่าในละติจูดและเคลื่อนที่เร็วขึ้นสี่เท่า ในทางตรงกันข้าม ลมที่สูงที่สุดในโลกเกิดขึ้นในพายุหมุนเขตร้อน ซึ่งในกรณีที่รุนแรง ความเร็วคงที่อาจเกิน 67 เมตรต่อวินาที

การไหลของโซนมีความสมมาตรอย่างน่าทึ่งเกี่ยวกับเส้นศูนย์สูตรของดาวเสาร์ ซึ่งหมายความว่ากระแสน้ำแต่ละกระแสที่ละติจูดเหนือที่กำหนดมักมีกระแสน้ำที่ละติจูดใต้ใกล้เคียงกัน กระแสน้ำไหลแรงไปทางตะวันออกจะเห็นได้ที่ 46° N และ S และที่ประมาณ 60° เหนือและใต้ การไหลไปทางทิศตะวันตก ซึ่งจริง ๆ แล้วเกือบจะหยุดนิ่งในกรอบอ้างอิงของสนามแม่เหล็ก จะเห็นที่ 40°, 55° และ 70° เหนือและใต้ เท่าที่การสังเกตของเราสามารถบอกเราได้ว่ากระแสเหล่านี้คงที่และสม่ำเสมอ และดูเหมือนจะไม่หายไปเหมือนกระแสอื่นๆ

กระแสน้ำวนคล้ายพายุเฮอริเคนรุนแรงนั้นพบอยู่นอกศูนย์กลางเล็กน้อยทั้งที่ขั้วเหนือและขั้วใต้ของดาวเสาร์ ตาอันอบอุ่นของกระแสน้ำวนที่ขั้วโลกใต้มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1,200 ไมล์ และล้อมรอบด้วยเมฆสูงตระหง่านเหนือเมฆขั้วโลก 30 ถึง 40 ไมล์ พายุหมุนเขตร้อนในซีกโลกใต้ยังมีตาส่วนกลางที่อบอุ่น ไหลตามเข็มนาฬิกา และล้อมรอบด้วยเมฆสูง แต่ทั้งหมดมีขนาดเล็กกว่ามาก ลักษณะที่น่าสนใจของพายุไซโคลนใกล้ขั้วโลกเหนือคือการเคลื่อนที่เป็นรูปหกเหลี่ยมรอบขั้วโลก ลักษณะเมฆจะเคลื่อนที่ไปรอบๆ รูปหกเหลี่ยมทวนเข็มนาฬิกาที่ความเร็วประมาณ 100 เมตรต่อวินาที ซึ่งแปลเป็นประมาณ 220 ไมล์ต่อชั่วโมง มีการสังเกตรูปแบบเชิงมุมที่คล้ายกันในถังของของเหลวที่หมุนวน และอาจเกิดขึ้นจากคลื่นที่กระทบกัน

นอกจากนี้ยังมีการสังเกตคุณสมบัติขนาดเล็กที่หลากหลายมากมายในชั้นบรรยากาศ สิ่งที่โดดเด่นเป็นพิเศษคือก้อนเมฆที่มีขนาดใกล้เคียงกันประมาณสองโหลซึ่งเว้นระยะห่างเกือบเท่ากันตลอด 100° ของลองจิจูดใกล้กับละติจูด 33.5° เหนือ แต่ละก้อนมีระยะห่างประมาณ 930 ไมล์ ในภาพอินฟราเรดของการปล่อยความร้อนของดาวเสาร์ การหักล้างเหล่านี้จะปรากฏเป็น "สายไข่มุก" ที่สว่างไสวทอดยาวไปทั่วโลก

ในซีกโลกใต้ การปล่อยคลื่นวิทยุคลื่นสั้นจากพายุฟ้าคะนองรุนแรงกว่าบนโลกหลายร้อยเท่าและกินเวลานานหลายสัปดาห์ถึงหลายเดือน มักตรวจพบโดยดาวเทียมที่โคจรรอบโลกที่ละติจูด 35° ใต้ ศูนย์กลางพายุฝนฟ้าคะนองเหล่านี้เกี่ยวข้องกับคุณลักษณะของเมฆสีอ่อนหนาซึ่งเกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่แบบพาความร้อนที่รุนแรง ละติจูดของทั้งการหักล้างของเมฆและพายุแสงเป็นโซนของลมตะวันตกที่รวดเร็วซึ่งเคลื่อนที่ตรงข้ามกับกระแสลมโซนอื่น ๆ ส่วนใหญ่บนโลก บ่งบอกว่ากระแสลมที่ตรงกันข้ามนี้อาจทำให้เกิดปฏิกิริยาแปลก ๆ ซึ่งทำให้เกิดลักษณะเหล่านี้

ดาวเสาร์โดยรวมมีความหนาแน่นต่ำมาก อันที่จริง ถ้าคุณสามารถใส่ดาวเคราะห์ดวงนี้ลงในอ่างอาบน้ำขนาดยักษ์ที่เต็มไปด้วยน้ำเก่าธรรมดาได้ ดาวเสาร์ก็จะลอยอยู่เหนือมัน! ข้อมูลเกี่ยวกับภายในของดาวเคราะห์ได้มาจากการศึกษาสนามโน้มถ่วงซึ่งไม่สมมาตรเป็นทรงกลม การหมุนอย่างรวดเร็วและความหนาแน่นเฉลี่ยต่ำทำให้รูปร่างทางกายภาพของดาวเคราะห์บิดเบี้ยว และยังทำให้รูปร่างของสนามโน้มถ่วงบิดเบี้ยวด้วย รูปร่างของสนามสามารถวัดได้อย่างแม่นยำจากผลกระทบต่อการเคลื่อนที่ของยานอวกาศในบริเวณใกล้เคียงและรูปร่างของส่วนประกอบบางส่วนของวงแหวนของดาวเสาร์ การวิเคราะห์การบิดเบือนนี้บอกเราว่าบริเวณภายในของดาวเสาร์ทำจากไฮโดรเจนประมาณ 50% โดยน้ำหนักเท่านั้น และบริเวณที่เหลือจะต้องทำด้วยวัสดุที่หนักกว่า แท้จริงแล้ววัสดุนี้คืออะไร นักวิทยาศาสตร์ไม่แน่ใจ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความกดดันที่รุนแรงที่ใจกลางดาวเสาร์ นักวิทยาศาสตร์จึงรู้ว่าไฮโดรเจนใดๆ ที่มีอยู่ในระดับนี้จะต้องอยู่ในรูปของเหลวที่เป็นโลหะ เช่น ลิเธียม และที่ใจกลางของโลก หรือที่เรียกว่าแกนกลางของมันคือทรงกลมที่เป็นหินและน้ำแข็งซึ่งมีมวลรวมประมาณ 15-18 เท่าของมวลโลก การหมุนของโลหะไฮโดรเจนรอบแกนกลางที่หนาแน่นนี้ก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่ให้พลังงานแก่สนามแม่เหล็กของดาวเสาร์

สนามแม่เหล็กของดาวเสาร์มีลักษณะคล้ายกับแท่งแม่เหล็กทั่วไป แกนเหนือ-ใต้จัดอยู่ในแนว 1° ของแกนหมุนของดาวเสาร์ โดยมีจุดศูนย์กลางของไดโพลแม่เหล็กอยู่ที่ใจกลางดาวเคราะห์ ขั้วของสนามเช่นเดียวกับดาวพฤหัสบดี ตรงข้ามกับสนามปัจจุบันของโลก ซึ่งหมายความว่าหากคุณใช้เข็มทิศของโลกไปยังดาวเสาร์ มันจะชี้ไปทางทิศใต้แทนที่จะเป็นทิศเหนือ สนามแม่เหล็กของดาวเสาร์ไม่แรงเท่าดาวพฤหัส แต่แรงกว่าสนามแม่เหล็กโลกประมาณ 578 เท่า

แมกนีโตสเฟียร์ของดาวเสาร์เป็นพื้นที่รูปหยดน้ำรอบดาวเคราะห์ ซึ่งพฤติกรรมของอนุภาคมีประจุ ซึ่งส่วนใหญ่มาจากลมสุริยะ ถูกควบคุมโดยสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ ด้านที่โค้งมนของหยดน้ำตาแผ่ออกไปทางดวงอาทิตย์ ก่อตัวเป็นขอบเขต ซึ่งรู้จักกันอย่างเป็นทางการว่าแมกนีโทพอส โดยมีลมสุริยะที่ไหลออกที่ระยะห่างประมาณ 750,000 ไมล์จากใจกลางโลก แต่มีความผันผวนอย่างมากเนื่องจากความแปรปรวนของความดันจากดวงอาทิตย์ ลม. ในด้านตรงข้ามของดาวเสาร์ แมกนีโตสเฟียร์ถูกดึงออกมาเป็นหางแม่เหล็กขนาดมหึมาที่ขยายออกไปในระยะไกล

แมกนีโทสเฟียร์ภายในของดาวเสาร์ เช่น แมกนีโตสเฟียร์ของโลกและดาวพฤหัสบดี ดักจับอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าพลังงานสูงซึ่งเคลื่อนที่เป็นเกลียวไปตามเส้นสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ เมื่ออนุภาคเหล่านี้หมุนวนเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลก พวกมันจะสร้างแสงออโรร่า ซึ่งเป็นการแสดงแสงที่งดงาม เช่น แสงเหนือบนโลก อย่างไรก็ตาม ด้วยเหตุผลบางอย่าง มี "รู" ในประชากรของอนุภาคเหล่านี้ตามเส้นสนามที่ตัดกับวงแหวนขนาดใหญ่ของดาวเคราะห์หรือวงโคจรของดวงจันทร์ที่อยู่ภายในแมกนีโตสเฟียร์

ดวงจันทร์ไททันและไฮเปอเรียนของดาวเสาร์โคจรในระยะทางที่ใกล้กับขนาดขั้นต่ำสุดของแมกนีโตสเฟียร์ และบางครั้งพวกมันจะข้ามผ่านแมกนีโตสเฟียร์และเดินทางออกนอกแมกนีโตสเฟียร์ของดาวเสาร์ อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งติดอยู่ในชั้นแมกนีโทสเฟียร์รอบนอกของดาวเสาร์ชนกับอะตอมที่เป็นกลางในชั้นบรรยากาศชั้นบนของไททันและให้พลังงานแก่พวกมัน ทำให้เกิดการสึกกร่อนของชั้นบรรยากาศของดาวเสาร์ อย่างไรก็ตาม การสึกกร่อนนี้ค่อนข้างน้อยและไม่น่าจะส่งผลกระทบต่อโครงสร้างของโลกมากนัก

มาถึงคุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดของดาวเสาร์ นั่นคือวงแหวนของมัน กาลิเลโอ กาลิเลอีเป็นคนแรกที่มองเห็นวงแหวนของดาวเสาร์ในปี 1610 แม้ว่าจากกล้องโทรทรรศน์ของเขา วงแหวนจะดูเหมือนมือจับหรือแขนมากกว่า สี่สิบห้าปีต่อมา ในปี 1655 Christiaan Huygens นักดาราศาสตร์ชาวดัตช์ซึ่งมีกล้องโทรทรรศน์ที่ทรงพลังกว่า ได้เสนอในภายหลังว่าดาวเสาร์มีวงแหวนแบนบาง ในปี ค.ศ. 1675 Gian Domenico Cassini นักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศสที่เกิดในอิตาลีได้ค้นพบช่องว่างขนาดใหญ่ ซึ่งปัจจุบันเรียกว่าการแบ่ง Cassini ภายในดิสก์ทำให้เกิดข้อสงสัยเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของวงแหวนทึบ และนักคณิตศาสตร์และนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Pierre-Simon Laplace ได้เผยแพร่ทฤษฎี ในปี ค.ศ. 1789 วงแหวนประกอบด้วยส่วนประกอบขนาดเล็กจำนวนมาก ในปี พ.ศ. 2400 เจมส์ เคลิร์ก แม็กซ์เวลล์ นักฟิสิกส์ชาวสก็อตแลนด์ได้แสดงทางคณิตศาสตร์ว่าวงแหวนจะเสถียรได้ก็ต่อเมื่อวงแหวนประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กจำนวนมาก

หลังจากศึกษาวงแหวนเหล่านี้มาหลายศตวรรษ ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันดีว่าดาวเสาร์มีวงแหวนจำนวนมากที่ทำจากอนุภาคน้ำแข็งและหินหลายพันล้านก้อน มีขนาดตั้งแต่เม็ดน้ำตาลไปจนถึงขนาดเท่าบ้าน อย่างไรก็ตาม แม้ว่าวงแหวนเหล่านี้จะมีความกว้างมหาศาล แต่ก็บางมากเช่นกัน วงแหวนหลักมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 170,000 ไมล์ แต่ความหนาไม่เกิน 330 ฟุต ระบบวงแหวนทั้งหมดมีระยะทางเกือบ 16,000,000 ไมล์เมื่อรวมวงแหวนรอบนอกที่จาง

เช่นเดียวกับวงแหวนของดาวเคราะห์ยักษ์ดวงอื่นๆ วงแหวนหลักของดาวเสาร์อยู่ภายในขอบเขตโรชแบบดั้งเดิม ระยะทางนี้ ซึ่งในกรณีอุดมคติคือ 2.44 รัศมีดาวเสาร์ หรือที่เรียกกันว่า 91,300 ไมล์ ซึ่งเป็นระยะทางที่ใกล้ที่สุดที่ดวงจันทร์ขนาดใหญ่พอสมควรสามารถเข้าใกล้ศูนย์กลางของดาวแม่ที่มีมวลมากกว่าก่อนที่มันจะถูกแรงไทดัลแยกออกจากกันอย่างไร้ความปราณี โปรดจำไว้ว่าขีดจำกัดนี้ใช้กับวัตถุที่ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงโน้มถ่วงเท่านั้น ดังนั้นขีดจำกัดของโรชจึงใช้ไม่ได้กับวัตถุที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก ซึ่งการเกาะตัวกันของโมเลกุลมีความสำคัญมากกว่าแรงไทดัลที่พยายามจะยุติมัน

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ อนุภาคที่ประกอบเป็นวงแหวนของดาวเสาร์มีหลายขนาด แต่อนุภาคเหล่านี้ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตัวมันเอง แม้แต่อนุภาคที่มีขนาดใกล้เคียงกับบ้าน! นักวิทยาศาสตร์อนุมานขนาดของมันจากผลกระทบต่อการกระเจิงของแสงและสัญญาณวิทยุ การกระจายนี้สอดคล้องกับผลที่คาดว่าจะได้รับจากการชนซ้ำๆ และการแตกเป็นเสี่ยงๆ ของวัตถุขนาดใหญ่กว่าในตอนแรก วัตถุขนาดใหญ่เหล่านี้ในตอนแรกคิดว่าเป็นเศษซากที่เหลือจากดาวหาง ดาวเคราะห์น้อย หรือดวงจันทร์ที่แตกเป็นเสี่ยงๆ

มีการพบเห็นซี่ลึกลับในวงแหวนของดาวเสาร์ ซึ่งดูเหมือนจะก่อตัวและกระจายตัวภายในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมง นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าซี่เหล่านี้น่าจะเป็นก้อนเมฆขนาดเล็กของอนุภาคขนาดเล็กที่ได้รับประจุไฟฟ้าแล้วทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กของดาวเสาร์ ซึ่งจะผลักอนุภาคเหล่านี้ออกจากโลกด้วยซี่รูปลิ่ม ซี่เหล่านี้อาจเป็นไปตามฤดูกาลด้วยเช่นกัน เนื่องจากมีการสังเกตพบใกล้จุดวิษุวัตของดาวเสาร์เท่านั้น

อาจมีวัตถุขนาดใหญ่กว่าที่เรียกว่าดวงจันทร์วงแหวน ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายไมล์ฝังอยู่ภายในวงแหวนหลัก แต่มีดวงจันทร์ลักษณะดังกล่าวเพียงไม่กี่ดวงเท่านั้นที่ถูกตรวจพบ มีหลักฐานว่าดวงจันทร์ "กองเศษซาก" ชั่วคราวถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องและจากนั้นถูกทำลายโดยผลกระทบที่แข่งขันกันของแรงโน้มถ่วง การชนกัน และความเร็วการโคจรที่แตกต่างกันภายในวงแหวนที่หนาแน่น

เนื่องจากวงแหวนมีมวลน้อย จึงเป็นไปได้ว่าพวกมันมีอายุน้อยมาก ระหว่าง 10 ถึง 100 ล้านปี ดังนั้นจึงเป็นไปได้ว่าวงแหวนหลักเกิดจากการแตกตัวของดาวหางขนาดใหญ่เป็นพิเศษ หรืออาจเกิดจากการทำลายล้างของดวงจันทร์ขนาดใหญ่ที่อยู่ใกล้เคียง ระบบวงแหวนหลักประกอบด้วยวงแหวนหลักกว้างสามวง ชื่อ C, B และ A ตามลำดับระยะทางที่เพิ่มขึ้นจากดาวเสาร์

โครงสร้างของวงแหวนได้รับการอธิบายอย่างกว้างๆ โดยความลึกเชิงแสงของวงแหวนเป็นฟังก์ชันของระยะห่างจากดาวเสาร์ ความลึกเชิงแสงเป็นการวัดปริมาณของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ถูกดูดกลืนผ่านตัวกลาง เช่น เมฆ ชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ หรือบริเวณอนุภาคในอวกาศ ดังนั้นจึงทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้ความหนาแน่นเฉลี่ยของตัวกลาง สื่อที่โปร่งใสสมบูรณ์มีความลึกของแสงเป็น 0 เมื่อความหนาแน่นของตัวกลางเพิ่มขึ้น ค่าตัวเลขก็เช่นกัน

วงแหวน B คือวงแหวนที่สว่างที่สุด หนาที่สุด และกว้างที่สุด มันขยายจาก 1.52 ถึง 1.95 รัศมีดาวเสาร์ และมีความลึกของแสงระหว่าง 0.4 ถึง 2.5 ค่าเหล่านี้เป็นช่วงเนื่องจากค่าเหล่านี้แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับระยะทางจริง ๆ แล้ววงแหวนอยู่ห่างจากดาวเสาร์ เนื่องจากระยะทางจากโลกถึงวงแหวนไม่เท่ากันตลอดทาง มันถูกแยกด้วยสายตาจากวงแหวนหลักรอบนอก วงแหวน A โดยการแบ่ง Cassini ซึ่งเป็นช่องว่างที่โดดเด่นที่สุดในวงแหวนหลัก อยู่ระหว่าง 1.95 ถึง 2.02 รัศมีดาวเสาร์ เป็นส่วนแคสสินี

ช่องว่างนี้เกิดจากการดึงดวงจันทร์ดวงหนึ่งของดาวเสาร์ที่เรียกว่ามิมาส ดวงจันทร์ดวงนี้อยู่ในอัตราเรโซแนนซ์ 2:1 ของระบบวงแหวน หมายความว่าอนุภาควงแหวนในส่วนยานแคสสินีจะโคจรรอบดาวเสาร์ 2 รอบในทุกๆ ครั้งที่มิมาสโคจรรอบ 1 ครั้ง สิ่งที่เกิดขึ้นคือหากอนุภาควงแหวนอยู่ในส่วน Cassini มันจะถูกแรงโน้มถ่วงของ Mimas ดึงมาที่ตำแหน่งเดิมในวงโคจรของมันทุกครั้งที่ Mimas ผ่านไป เมื่อเวลาผ่านไป แรงดึงดูด "ชักเย่อ" จะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เช่นเดียวกับการผลักคนบนชิงช้าซ้ำแล้วซ้ำเล่าทำให้ชิงช้าสูงขึ้น ในที่สุดแรงดึงดูดของ Mimas ก็จะดึงอนุภาควงแหวนออกจากชั้น Cassini — และนั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมีช่องว่างอยู่ตรงนั้น โดยไม่มีอนุภาควงแหวนอยู่ข้างใน

ส่วนยานแคสสินีแสดงความแตกต่างที่ซับซ้อนของความลึกของแสง โดยมีค่าเฉลี่ยอยู่ที่ 0.1 วงแหวน A ขยายจาก 2.02 เป็น 2.27 รัศมีดาวเสาร์ และมีความลึกของแสงที่ 0.4 ถึง 1.0 ภายในวงแหวน B เป็นวงแหวนหลักที่สาม วงแหวน C ซึ่งบางครั้งเรียกว่าวงแหวนเครป แม้ว่าจะไม่เหมือนกับเครปอาหารเลยก็ตาม อยู่ที่ 1.23 ถึง 1.52 รัศมีดาวเสาร์ โดยมีความลึกเชิงแสงใกล้ 0.1 ภายในวงแหวน C ที่รัศมี 1.11 ถึง 1.23 ของดาวเสาร์อยู่ในวงแหวน D ที่บางมาก ซึ่งไม่มีผลกระทบต่อแสงดาวหรือคลื่นวิทยุที่ผ่านเข้ามา และมองเห็นได้เฉพาะในแสงสะท้อนเท่านั้น

วงแหวน F ด้านนอกของวงแหวน A อยู่ที่รัศมี 2.33 ของดาวเสาร์ วงแหวน F เป็นโครงสร้างที่ซับซ้อนซึ่งอาจเป็นเกลียวของอนุภาคที่พันกันแน่น นอกเหนือจากวงแหวน F คือวงแหวน G ซึ่งเป็นแผ่นอนุภาคที่บางมาก นอกนั้นเป็นวงแหวนอนุภาคที่บางกว่าและเบากว่า โครงสร้างเหล่านี้ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตามนุษย์ และตรวจพบโดยยานสำรวจอวกาศเท่านั้นที่รับรู้ถึงความแตกต่างของความหนาแน่นเมื่อเข้าใกล้ดาวเสาร์

แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด รัศมีของดาวเสาร์ที่แผ่ขยายจาก 128 ถึง 207 ซึ่งไกลกว่าวงแหวนอื่นๆ คือวงนอกสุด เป็นวงแหวนฝุ่นขนาดมหึมาและบางเบาที่หลุดออกจากการกระทบกับดวงจันทร์ฟีบี เป็นวงแหวนดาวเคราะห์ที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ อย่างไรก็ตาม มันมีความลึกของออปติคัลที่น้อยมากเพียง 0 ศูนย์อีก 8 ตัวตามด้วยเลขศูนย์สองตัว วงแหวนนี้ไม่ส่งผลกระทบต่อดาวเสาร์จริง ๆ แต่มันมีผลกระทบต่อฟีบีเอง การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของชั้นเอกโซสเฟียร์เล็กน้อยเพื่อให้มีความหนาแน่นและอนุภาคหนักกว่าปกติ ดวงจันทร์ดวงอื่น ๆ ได้สร้างดิสก์ที่คล้ายคลึงกันซึ่งมีผลกระทบต่อดวงจันทร์เช่นเดียวกัน

ดวงจันทร์ของดาวเสาร์มีคุณสมบัติที่น่าสนใจมากมายในตัวเอง อย่างไรก็ตาม ฉันคิดว่าฉันจะพูดถึงมันในตอนของสัปดาห์หน้า เพื่อเป็นการสรุปสั้นๆ วันนี้ฉันได้พูดคุยเกี่ยวกับดาวเสาร์ทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเน้นที่ชั้นบรรยากาศและระบบวงแหวนที่ซับซ้อน