Сатурн — удивительный мир. Способен ли человеческий рассудок воспринять реальность, частью которой не является горизонт? Сверкающая, лишённая признаков изгиба плоскость, уходящая к кремовой громаде Сатурна, настолько грандиозная, что земной шар мог бы катиться по ней не слишком привлекая внимание. Плоскость будто бы твёрдая и вместе с тем живая, кипящая внутренним движением, колеблемая неявными силами, исторгающая время от времени из своей глади скалы и облака…
…На самом деле, кольца планет — это просто. Если центр масс естественного спутника пребывает в невесомости — приложенные к нему сила тяжести и центробежная сила взаимоуничтожаются, — то о прочих частях луны этого не скажешь. Для половины, обращённой к планете, сила тяжести преобладает. Она движется с той же скоростью, что и центр, но по более низкой орбите, где эта скорость недостаточна. Для обратной стороны всё наоборот. Центробежная сила стремится оторвать её и выбросить на более высокую орбиту. И существует некай предел — предел Роша. При сближении с планетой на дистанцию менее оного спутник будет разорван приливными силами.
Крупные фрагменты скатившейся на слишком низкую орбиту и разрушенной луны постигнет та же участь — Сатурн разорвёт их. Мелкие, за которые гравитации толком не ухватиться, будут дробиться в столкновениях друг с другом. Большая часть обломков упадёт, меньшая же распределится, образовав кольцо. Перестав сталкиваться, они смогут оставаться на орбите долго — десятки миллионов лет.
Таким образом, кольцо — это просто. Но к видимым даже в примитивную оптику с Земли кольцам Сатурна данный вывод не относится. Теория отлично описывает механизм образования и динамику недолговечных, тонких, малозаметных, часто неполных (обломки занимают некий сектор с видимым сгущением к середине оного) колец, найденных у всех планет-гигантов и даже у некоторых сравнительно малых тел. По поводу же колец Сатурна, в настоящий момент консенсус достигнут лишь в отношении их возраста. Планета, раздробив одну или несколько ледяных лун, обзавелась украшением четыре миллиарда лет назад. Почему кольца сохраняются до сих пор и имеют тот вид, который имеют, не очень понятно.
Кольца Сатурна состоят из водяного льда с небольшой (1%) примесью минеральной пыли. Причём, лёд присутствует в них преимущественно в виде снега — частиц около миллиметра в поперечнике. Снежинки то дробятся, превращаясь в пыль, то вновь слипаются, образуя комки, диаметр которых может исчисляться метрами. В настоящий момент на высоте 0.75 радиуса Сатурна над облаками планеты проносится 300-метровый айсберг S/2009 S1, получивший статус спутника, но являющийся, вероятно, временным образованием.
Средняя толщина ярких внутренних колец Сатурна — около 100 метров. Но кольца в свою очередь состоят из волокон — невидимых круглого сечения труб, внутри которых несётся поток льдинок. Волокна эти периодически рвутся, сливаются, накладываются, выходят из плоскости кольца, а иногда даже сплетаются в косы.
Странное поведение льда в кольцах обусловлено (каким-то образом, существующие математические модели детали не проясняют) гравитационным воздействиями многочисленных спутников Сатурна. Не имеют вразумительного объяснения и «спицы» — устойчивые поперечные «тени» на кольцах. Это — облака тёмной пыли, которая почему-то не хочет двигаться в одном потоке со льдом и образует висящие над плоскостью кольца облака. Поскольку угловая скорость частиц убывает с удалением от Сатурна, облака не могут сохранять поперечное положение. Но сохраняют. Управляют этим безобразием силы, по видимости, не гравитационные, а электромагнитные.
Безмерно странны и «спутники-пастухи» движущиеся внутри колец по «щелям» или охраняющие внешние границы колец. Пан (радиус орбиты 133580 км) и Атлас ( 137670 км) похожи на карикатурные «летающие блюдца». Они почти одинаковы по размеру — 35 километров в диаметре и 25 в высоту. И это не случайная игра природы. Сплющенную форму телам придают экваториальные валы из налипшего снега. Плотность тел меньше плотности водяного льда — 0.6 г/см3, что указывает на их рыхлое, богатое полостями строение. Судя по полному отсутствию кратеров на Атласе и небольшом их количестве на Пане, их поверхность очень молодая (что не исключает наличия внутри тел более древних ядер).
Пан и Атлас растут, захватывая материал из колец, но уже близки к пределу, при достижении которого будут разорваны приливными силами, и снова превращены в поток снега.
