שבתאי הוא אחד מכוכבי הלכת הגדולים והמסתוריים ביותר במערכת השמש. הטבעות של שבתאי מסתירות סודות רבים. במשך מאתיים וחמישים שנה, האנושות מנסה לענות על השאלה מדוע הם שטוחים ורזים. כאשר נענתה שאלה זו, הופיעו עשרות חדשות. וכל תשובה חדשה מעלה עוד ועוד שאלות שממשיכות להתרבות ככל שמערכת השמש נחקרת.
צלצולי פתיחה
גלילאו היה הראשון שראה את הטבעות של שבתאי מבעד לטלסקופ בשנת 1610. אבל הוא ראה זאת כאנומליה של כוכב הלכת. הוא הצפין את הגילוי שלו באנגרמה לטינית, שבתרגום נשמעת כמו: "צפיתי בכוכב הלכת המשולש הגבוה ביותר". בשנת 1656, הויגנס ראה לראשונה טבעת על שבתאי. הוא כתב ששבתאי מוקף בטבעת שטוחה ודקה, בשום מקום לא במגע עם כוכב הלכת ונוטה למישור האקליפטיקה. ג'ובאני קאסיני בשנת 1675 קבע שזו אינה טבעת אחת רציפה. הוא ראה שתי טבעות, המופרדות במרחב. מרחב זה נקרא מאוחר יותר החלוקה (או הפער) של קאסיני.
מחקר 18-19מאות
מחקרים נוספים על שבתאי לא קירבו את המדענים לפרום את מבנה הטבעות ואת הסיבות להתרחשותן. זה עתה נוספו תעלומות. במשך זמן רב ההנחה הייתה שלכוכב הלכת שתי טבעות מוצקות ודקות. לפלס, לאחר שביצע חישובים תוך התחשבות בהשפעת שדה הכבידה, בשנת 1787 הגיע למסקנה שישנם אלפים רבים או מיליוני טבעות. הוא האמין שהטבעות מוצקות ודומות לחישוקי התעמלות.
המדען הצרפתי E. Roche קבע את המרחק המינימלי שבו עצמים יכולים להיות תחת השפעת שדה הכבידה של שבתאי. הוא קבע שזה 2.44 רדיוסים. (מאוחר יותר זה נקרא גבול רוש). קרוב יותר מהמרחק הזה, כל לוויינים מוצקים או נוזליים יושמדו על ידי שדה הכבידה. הטבעות של שבתאי ממוקמות ברדיוס זה. הגודל החיצוני של הטבעות הוא 2.3 רדיוסים של כוכב הלכת. אם הם היו מוצקים או נוזליים, שדה הכבידה היה קורע אותם לגזרים.
ג'יימס קלרק מקסוול השתתף בחקר המבנה הפיזי של הטבעות. ממצאיו מצביעים על כך שהטבעות של שבתאי עשויות להיות מורכבות מחלקיקים קטנים. בת ארצנו סופיה קובלבסקיה התעניינה בבעיה זו. היא הוכיחה שטבעות אינן יכולות להיות מוצקות ולא נוזליות. במחקר של משמרות דופלר, המדענים ד' קילר ו-ו' קמפבל גילו שחלקיקים נעים במסלולים שאינם סותרים את חוקי המכניקה השמימית.
מחקר במאה ה-20
בשנות החמישים של המאה ה-20, באמצעות ניתוח ספקטרלי, נמצא שהטבעות של שבתאי מכילות הרבהמים קפואים. זה היה מאוד חשוב. סוף סוף הצליחו להבין ממה עשויות הטבעות של שבתאי. בנוסף לקרח נמצאו בטבעות מתאן, תרכובות גופרית, מימן, אמוניה וברזל. מידע יוצא דופן התקבל מחשדות חלל. פיוניר (1979) ושני וויאג'רים (1980 ו-1981) חלפו על פני שבתאי. בשנת 1997 החלה משימת קאסיני-הויגנס. הבדיקה שידרה מידע ייחודי שטרם נותח. הגשושית של הויגנס נחתה על הירח הגדול ביותר של שבתאי טיטאן, ואנשים על פני כדור הארץ שמעו קולות של עולם אחר, ראו הרים ומישורים.
סודות הטבעות
היום נאסף מידע רב על הטבעות של שבתאי. עם זאת, מודל סופי ועקבי עדיין לא קיים. יש שאלות שמחכות לתשובה. טבעות התגלו סביב אורנוס ונפטון. מדוע היווצרות כזו נמצאת רק מחוץ לחגורת האסטרואידים ולא באף אחד מכוכבי הלכת הארציים? התהליכים הפיזיקליים שהובילו להיווצרות הטבעות אינם ברורים. כיצד התרחשה הדחיסה ומדוע נוצרו מאות מבנים בודדים? איך חלקיקי הטבעות לא נדבקים זה לזה ולא מתערבבים? לטבעות יש תכונות של מראה מגנטית. גלים אלקטרומגנטיים של קיטוב מעגלי משתקפים מהם. שדה מגנטי נדחק החוצה מטבעת A, מבחינים בהשתקפות חזקה של גלי רדיו. יש חישורים בטבעת ב' שמחכים להסבר. הטבעות בעלות בהירות נמוכה, שאינה מתאימה לזו המחושבת. ליד הטבעות של שבתאי התגלתה אטמוספירה שמקורה אינו ברור. ראהמה שנקרא גלי הצפיפות ועוד הרבה תופעות שמחכות להסבר.
השערות
בשנת 1986 הועלתה השערה לגבי מוליכות העל של הקרח המרכיב את הטבעות של שבתאי. קרח באופן כללי הוא תצורה מורכבת ובהתאם לתנאי ההיווצרות עשויות להיות לו תכונות שונות. הנוכחות של מוליכות-על מאפשרת ליצור מודל פיזיקלי עקבי של הטבעות של שבתאי, מה שמסביר חריגות רבות.
כמה טבעות יש לשבתאי?
גם לשאלה זו אין תשובה מוחלטת. כיום יש 13 טבעות עיקריות. הם נקראים באותיות האלפבית הלטיני: A, B, C, D וכו'. הרווחים בין הטבעות נקראים חלוקות או חריצים. ישנן חלוקות של קאסיני, פערים של הויגנס, קויפר, מקסוול וכו'. קוטר הטבעות של שבתאי משתנה בין 146 אלף ק"מ ל-273 אלף ק"מ. בשנת 2009 התגלתה הטבעת של פיבוס, מניחים את קיומה של הטבעת של ריאה. הקוטרים שלהם עדיין לא נקבעו במדויק.
תצפית מכדור הארץ
טבעות שבתאי לא תמיד נראות מכדור הארץ. זאת בשל העובדה שקו המשווה של שבתאי נוטה חזק למישור המסלול סביב השמש, והטבעות שוכנות במישור קו המשווה. שנה בשבתאי נמשכת 29.5 שנות כדור הארץ, ובתקופה שבה השוויון בשבתאי, טבעותיו נעלמות עבור המתבונן הארצי. ואז במשך כ-7 שנים הם נראים בצד אחד. במהלך היפוך בשבתאי, הם מגיעים לנראות המקסימלית שלהם, ואז יורדים בהדרגה, עד שהם בלתי נראים לחלוטין.
באחרונהבמשך שנים, האסטרופיזיקה הפלנטרית מתפתחת במהירות. מדענים קיבלו את ההזדמנות להשתמש בנתונים של בדיקות בין-כוכביות, כפי שאומרים, כדי לגעת כמעט בעצמי חלל. בשנים הקרובות, הטבעות של שבתאי אמורות לחלוק את סודותיהן עם האנושות.
