את הטבעות של שבתאי מכירים מאז המצאת הטלסקופ. היום אנחנו יודעים שלא רק לשבתאי, אלא לכל ארבע הפלנטות הענקיות יש מערכות טבעות. יש שאלות רבות על הטבעות, ורק לחלקן יש לנו תשובות. ממה הן עשויות? איך הן נוצרו? למה מערכת הטבעות של שבתאי בולטת כל כך יותר מהאחרות? מה מסביר את ההבדלים בין מערכות הטבעות של הפלנטות השונות? הטבעות הן מערכות דינמיות מורכבות, שעדיין איננו מבינים עד הסוף. יום אחד התשובות לשאלות האלה עשויות לשפר גם את ההבנה שלנו של דיסקות אחרות של חלקיקים – למשל של ערפילית השמש, ושל תהליך היווצרות הפלנטות בתוכה.
באדיבות NASA
מערכת הטבעות היפה של שבתאי מסקרנת מדענים מאז 1610, כשגלילאו הפנה לראשונה את הטלסקופ שלו אל שבתאי. באופטיקה הפשוטה שלו הוא הבחין רק בכתם מטושטש מכל צד של שבתאי, וצייר אותו כפלנטה משולשת. רק ב-1655 הבין כריסטיאן הויגנס שה"כתמים" הם מערכת טבעות שמקיפה את הפלנטה במישור קו המשווה שלה. בטלסקופ ביתי מודרני רואים שמראה הטבעות משתנה משנה לשנה, במחזור של 29 שנה. מישור הטבעות נטוי ביחס למישור מערכת השמש, ולכן, כששבתאי מקיף את השמש פעם ב-29 שנה, אנחנו רואים את הטבעות מזוויות שונות.
הטבעות של שבתאי אינן משטחים שטוחים ומוצקים. הן עשויות מיליארדי חלקים נפרדים של קרח וסלע. אפשר לראות כוכבים, ואפילו את הפלנטה עצמה, דרך הטבעות, וזה מראה עד כמה הן שקופות. החלקיקים קטנים מכדי שנוכל לראות כל אחד בנפרד מכדור הארץ. כל חלקיק הוא ירחון זעיר, במסלול משלו סביב הפלנטה. לפי חוקי קפלר, מהירות כל חלקיק במסלולו תלויה במרחקו מהפלנטה. לכן הטבעות אינן מסתובבות כגוש אחד, כמו תקליט על פטיפון. החלקים הפנימיים של מערכת הטבעות מקיפים את הפלנטה מהר יותר מהחלקים החיצוניים.
באדיבות NASA
מבנה הטבעות של שבתאי מורכב מאוד. המדענים ציפו שהטבעות יהיו חלקות ואחידות יחסית, והופתעו כשצילומי התקריב של וויאג'ר הראו אלפי טבעות דקות, שמופרדות פעמים רבות ברווחים ברוחב משתנה. הרווח הרחב ביותר, "מרווח קאסיני", נראה בקלות בטלסקופ חובבים מכדור הארץ. הוא נקרא על שם מגלהו, האסטרונום האיטלקי ג'ובאני דומניקו קאסיני, שגילה במאה ה-17 גם ארבעה מירחי שבתאי.
חלקיקי הטבעות של שבתאי הם חתיכות קרח בהירות, שמחזירות היטב את האור, עם מעט אבק ועפר. גודלם נע מגרגר אבק, דרך כדור גולף ועד גושים בגודל בית, אבל החלקיקים הגדולים כנראה נדירים. מבקר במערכת הטבעות היה מוקף בנחיל מדהים של גופים קפואים, שמקיפים את הפלנטה במהירות גבוהה. אף חללית לא נכנסה לתוך הטבעות עצמן, אבל קאסיני לקחה ב-2004 סיכון מחושב, כשחלפה דרך מרווח בטבעות במהירות של כ-80,000 קמ"ש! בתוך חמש דקות בלבד פגעו בחללית 100,000 חלקיקים, אבל הם היו זעירים כמו עשן סיגריה, ולא נגרם שום נזק. ובסוף משימתה, ב-2017, צללה קאסיני 22 פעמים דרך הרווח הצר שבין הטבעות לפלנטה. אף שקוטר מערכת הטבעות הוא 274,000 קילומטרים מקצה לקצה, הכוחות הדינמיים שומרים על עובי של פחות מכ-100 מטרים. זה דק להפליא – כמו פיצה שעובייה קטן פי אלף מעובי שערה!
לכל פלנטה ענקית יש מערכת טבעות ייחודית, אבל רק הטבעות של שבתאי בהירות מספיק כדי לראות אותן בקלות מכדור הארץ. שלוש מערכות הטבעות האחרות חלשות כל כך, שהתגלו רק בשנות ה-70 וה-80, בעזרת הסתרות של כוכבים (ראו בהמשך) ובעזרת שתי החלליות וויאג'ר. הטבעות האלה דלילות כל כך, שהן נראות כמעט שקופות: המרחקים בין החלקיקים גדולים, ולכן הן מחזירות מעט מאוד אור.
באדיבות ויקיפדיה
לטבעת הראשית של צדק יש שפה חיצונית חדה ושפה פנימית מטושטשת. היא חלשה וצרה בהרבה מהטבעות של שבתאי. בתוך הטבעת הראשית יש מרכיב נוסף של מערכת הטבעות, ה"הילה" – כפי שהשם מרמז, טבעת רחבה ומטושטשת של חלקיקים, בצורת סופגנייה. מחוץ לטבעת הראשית יש עוד שתי "טבעות קוריים", חלשות עוד יותר. הן תחומות במסלולים של שניים מהירחים הקטנים של צדק, אמלתיאה ותבה. הטבעות של צדק עשויות חלקיקי אבק כהים ומיקרוסקופיים, כנראה מחומר סלעי ופחמני, בניגוד לחלקיקי הקרח הבהירים של שבתאי. הדלילות של הטבעות והאור המועט שהחלקיקים מחזירים מסבירים מדוע כמעט אי אפשר לראות אותן מכדור הארץ.
הטבעות של אורנוס בנויות אחרת מאלה של שבתאי וצדק. במקום משטח רחב, החלקיקים מרוכזים כאן ב-13 טבעות נפרדות, צרות כמו חוטים, שביניהן מרווחים ריקים ורחבים. הטבעות של נפטון דומות לאלה של אורנוס, אבל באחת מהן יש גושים של חלקיקים שיוצרים קשתות נפרדות. וויאג'ר 2, החללית היחידה שביקרה בפלנטות החיצוניות ביותר, צילמה כמה טבעות חדשות סביבן, וגם ירחים "רועים" שמחזיקים אותן במקומן. דרך נוספת לחקור את הטבעות הרחוקות האלה היא הסתרות: כשכוכב עובר מאחורי הטבעות, האור שלו נחלש לרגע, וכך לומדים על המיקום, הרוחב והצפיפות של הטבעות.
→ הסעיף הקודם: 7.8 חוקי הגזים | הסעיף הבא: 7.10 כיצד נוצרו הטבעות? ←