תוֹכֶן
שבתאי מוקף על ידי דיסק של סלעים ושברי קרח הנעים על מסלול קונצנטרי כמעט-מעגלי במישור המשווה של כדור הארץ. נראה כי הדיסק הוא דק במיוחד - רק כמה עשרות מטרים במקומות. נראה כשהפנים כלפי פנים, הדיסק מראה מראה של טבעות קונצנטריות רבות, בגלל שינויים שיטתיים בתכונות הדיסק כפונקציה של מרחק מהכוכב. ניתן לאפיין את הטבעות במספר פרמטרים, שאחד מהם הוא ההפרדה הממוצעת בין שברי המרכיבים.
חלקיקי טבעת
מדענים משתמשים במונח הגנרי "חלקיקים" בכדי להתייחס למרכיביה של מערכת טבעת פלנטרית. למרות ש"חלקיק "מציע משהו קטן מאוד, החפצים הגדולים ביותר בטבעות שבתאי הם סלעים גדולים או נתחי קרח - לרוב מטרים רבים לאורך. קיים ספקטרום שלם של גדלי חלקיקים, מחפצים גדולים אלה ועד גרגרי אבק. מספר החלקיקים בגודל נתון הוא ביחס הפוך ביחס הפוך למסת החלקיקים: במילים אחרות, חלקיקים קטנים רבים יותר מאשר חלקיקים גדולים.
כמה חומר יש בטבעות?
צפיפות הטבעות של סטורן משתנה במידה ניכרת: זו אחת הסיבות לכריתת הטבעות לכאורה. הפרמטר הקל ביותר לחישוב ישיר הוא צפיפות פני השטח, הנמדדת בגרמים לסנטימטר רבוע. ניתן לחלק את זה בעובי הטבעת כדי לתת צפיפות נפח בגרם לסנטימטר מעוקב. מדע מאפיין נוסף שיכול למדוד נקרא העומק האופטי, המציין עד כמה הטבעות או שקופות. עומק אופטי הוא פונקציה של צפיפות פני השטח וגודל החלקיקים, כך שניתן להסיק את האחרון - גם אם לא נצפים ישירות - ממדידות של צפיפות ועומק אופטי.
המרחק בין חלקיקי הטבעת
בהשוואה לרוב האובייקטים האסטרונומיים האחרים, חלקיקי הקרח והסלע בטבעות שבתאי קרובים זה לזה מאוד. בממוצע, כ -3 אחוז מהנפח הכולל של הדיסק תפוס על ידי חלקיקים מוצקים, בעוד שהשאר שטח ריק. זה אולי נשמע קטן, אבל זה אומר שההפרדה האופיינית בין חלקיקים היא רק קצת יותר משלוש פעמים הקוטר הממוצע שלהם. בהנחה שערך של 30 סנטימטרים עבור האחרונים, הסלעים יהיו קרובים כמטר אחד מהשני. עם זאת, אין כלל מהיר ומהיר, בגלל שינויי צפיפות בין הטבעות והספקטרום הרחב של גדלי החלקיקים.
מפגשים קרובים
קרבתם של חלקיקי הטבעת זה לזה משמעותה שהתנגשויות ביניהם מתרחשות לעיתים קרובות למדי, מה שמוביל לפיזור האנרגיה הקינטית. ניתן לראות את ההשפעה המצטברת של אינספור התנגשויות בעבר ברזון דמוי הגילוח של הדיסק ובמעגל הקרוב של מסלולי החלקיקים. בנוסף להתנגשויות פיזיות, החלקיקים מתקשרים זה עם זה בכבידה, כמו גם עם סטורן עצמו ועם לווייניו הרבים. ניתן להסביר חלק ניכר מהמבנה הדק שנראה בטבעות טבעו של שבתאי באמצעות אינטראקציות כבידה כאלה.