В численній «родині» Сатурна ось-ось розпочнеться особливий період – ми матимемо змогу спостерігати як тінь його найбільшого супутника поволі повзе по диску планети. Чому такі події можна спостерігати буквально кілька разів за все життя, і як не пропустити цю унікальну можливість? Розкриваємо усі секрети та тонкощі!
Титан та його тінь на диску Сатурна. Фото зроблене космічним телескопом «Хаббл» у 2009 році. Джерело: NASA/ESA/Hubble heritage.
Сатурн – унікальна планета
Хоча сьогодні ми вже знаємо, що усі планети-гіганти – Юпітер, Сатурн, Уран та Нептун – мають свої системи кілець, лише у Сатурна ми можемо роздивитися ці кільця навіть у малі любительські телескопи. Так, честь відкриття кілець Юпітера віддають Вояджеру-1 в 1979 р.; кільця Урана видали свою присутність в 1977 р. американському астроному Джеймсу Елліоту, затьмаривши на короткий час фонові зорі; і подібним же чином у 1984 році групи астрономів під керівництвом Андре Брахіча та Вільяма Б. Хаббарда відкрили систему кілець Нептуна.
А от кільця Сатурна вперше побачив ще у 1610 році італійський полімат Галілео Галілей, використавши свій маленький телескоп з 20-кратним збільшенням. Щоправда, він тоді і гадки не мав на що саме натрапив, а тим більше – що науковці ХХІ століття все ще будуть розгадувати таємниці його несподіваної знахідки.
В наші часи для швидкої публікації наукових результатів вчені використовують сервіс препринтів arxiv.org, а у XVII столітті, задовго до появи Інтернету, дослідникам доводилося вдаватися до більш хитрих кроків – вони шифрували результати в анaграмах, аби заявити про своє відкриття до офіційної публікації. Зокрема, для опису чудернацької форми Сатурна, Галілей використав анаграму “smaismrmilmepoetaleumibunenugttauiras”, що розшифровується як “Altissimum planetam tergeminum observavi”, і може бути перекладено фразою «Найвіддаленішу планету спостерігав я потрійною». Чому найвіддаленішу? Тому що на 1610 рік Уран та Нептун ще не були відкриті, і Сатурн справді був найбільш віддаленою відомою планетою Сонячної системи.
Схематичне зображення вигляду Сатурна (виділено), яке намалював Галілео Галілей у письмі до Белісаріо Вінти. Джерело.
У свій скромний інструмент Галілей побачив у планети «вушка», але через малий діаметр приладу та недосконалість оптики того часу він не мав змоги зробити бодай якесь правдоподібне припущення щодо їх природи. Пройшло 49 років, поки Християн Гюйгенс опублікував правильний опис кілець Сатурна, і аж у 1959 р. Джеймс Клерк Максвел зміг довести, що кільця не є монолітними, а складаються з дрібних окремих тіл.
Кільця та супутники
З огляду на те, що кільця Сатурна сформовані різнокаліберними тілами розміром від порошинок до валунів у кілька метрів, постає закономірне питання: а які конкретно об’єкти відносити до супутників? Навряд чи є потреба записувати у цю категорію кожен камінчик, що обертається навколо планети.
На сьогоднішній день у Сатурна зареєстровано вже 146 супутників розміром від 2-3 км, останні з яких були підтверджені буквально у минулому році. Деякі з них розчистили собі характерні проміжки у кільцях, а деякі знаходяться далеко за ними. Міжнародний астрономічний союз дозволяє іменувати супутниками планет тіла, що перевищують розмір в 1 км, а таких може навколо Сатурна виявитися ще сотні – всередині кілець і поза ними. Практично усі великі супутники обертаються майже в одній площині, що збігається як з площиною кілець, так і з площиною екватора планети.
Спостерігаючи за «Володарем кілець» впродовж кількох років, можна помітити, що вигляд планети поволі змінюється. І перше що впадає в очі – це як раз кут нахилу кілець, або, як кажуть астрономи, їх розкриття. Секрет цієї мінливості дуже простий. Вісь обертання Сатурна нахилена до площини його орбіти під кутом 26,7°, і зберігає свою орієнтацію відносно далеких зір, подібно до осі гіроскопа. Але впродовж сатурніанського року, що складає близько 29,5 земних, Сатурн по-різному орієнтований відносно центральної частини Сонячної системи, і на ньому, так само як і на Землі, є рівнодення та сонцестояння. Двічі за цей період ми бачимо кільця з ребра (рівнодення на Сатурні), і ще двічі – у максимальному розкритті з боку північної або південної півкулі (сонцестояння). Відповідно, приблизно раз на 15 років газовий гігант постає перед нами «оголеним» – без своєї вражаючої «балетної пачки».
Як не дивно, кільця є надзвичайно тонкими в астрономічному сенсі. Їх товщина варіюється здебільшого від 5 до 30 метрів. Саме тому у ті періоди, коли кільця орієнтовані до нас ребром, ми з Землі їх геть не бачимо. Свого часу, у 1612 році, ця обставина спантеличила Галілео Галілея: він порівнював планету з міфічним титаном Сатурном, який пожирав своїх нащадків аби запобігти пророцтву про те, що вони його скинуть. Уявіть здивування вченого, коли у 1613 році «потрійний» вигляд Сатурна повернувся!
Наразі кільця поволі закриваються, і остаточно стануть видимі з ребра 23 березня 2025 року. На превеликий жаль, повну втрату кілець ми спостерігати не зможемо. В той час Сатурн опиниться поблизу сполучення із Сонцем, яке відбудеться 12 березня, що виключає будь-які спостереження планети на певний час. Наприкінці весни та майже все літо кільця поволі почнуть розкриватися, але… у листопаді та грудні знову витягнуться у тонесеньку смужку! Ефект видимих коливань ступеню розкриття кілець впродовж року пов’язаний з тим, що орбіта Сатурна нахилена під кутом 2,5° відносно екліптики (площини земної орбіти). А тому ми бачимо невеличкі річні зміни у вигляді його «вбрання», зазираючи то трошки південніше, то трошки північніше.
Найл Макніл знімав Сатурн впродовж 2018 – 2024 років, а потім зібрав отримані знімки у цей ілюстративний колаж, що показує зміну розкриття кілець впродовж 7 років – від найбільшого можливого до майже найменшого. Джерело: AstroBin.
Найдивовижнішій планеті Сонячної системи личить мати не менш дивовижний супутник. Мова йде, звичайно, про Титан! По-перше, Титан – самий великий компаньйон Сатурна, і другий за розміром та масою супутник в усій Сонячній системі. Із діаметром 5150 км, він майже у півтора рази перевищує розмір Місяця, і є навіть більшим за Меркурій! По-друге, маса його оцінюється у 96% загальної маси усього (супутників та кілець), що обертається на орбіті планети. По-третє, це єдиний супутник Сонячної системи, який має щільну атмосферу та рідину на поверхні, хоча це і не вода, а вуглеводні – метан та етан.
Але не Титаном єдиним щасливі спостерігачі. Загалом, для невеличких любительських телескопів зазвичай доступно до 5 супутників Сатурна: окрім Титана це ще Тефія, Діона, Рея та Япет. Останні чотири мають розмір 1060 – 1530 кілометрів, а тому виглядають крихітними зірочками, без видимого диску. Наразі відстань до Сатурна складає близько 9 астрономічних одиниць, відтак навіть Рея (найбільший з чотирьох) має видимий розмір лише у 0,2 кутові секунди. А от Титан сягає майже 1 кутової секунди, тож, за умови спокійної атмосфери, у середні любительські телескопи можна побачити його як крихітний диск.
Титан і Сатурн, зняті космічним апаратом Cassini. Кільця планети тут видно майже точно з ребра, тому на знімку вони виглядають як тоненька смужка. Джерело: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.
Як Титан намагатиметься затьмарити Сатурн
Хоча вигляд найбільш незвичайної планети цього року дещо втрачає свою привабливість через орієнтацію кілець, ми маємо певну компенсацію у вигляді серії дуже рідкісних подій – переміщення тіні Титану по диску планети. В астрономії такі явища називають транзитами. Насправді зараз кожного дня тінь того чи іншого близького до планети великого супутника (Діона, Тефія, Мімас та Енцелад) опиняється на поверхні Сатурна, але вони замалі аби побачити їх у любительські телескопи. Лише найбільш майстерним астрофотографам з великими інструментами, за допомогою специфічних технік зйомки та обробки, вдається такі події зафіксувати.
Емануель Чіаппареллі зміг 21 вересня 2024 року упіймати на диску Сатурна Тефію та її тінь. Джерело: AstroBin.
Титан обертається на відстані аж 1,2 мільйони кілометрів від центру Сатурна, та рухається майже точно у площині його кілець. А тому супутник може відкидати тінь на планету виключно тоді, коли кільця видно з ребра – як зараз. Як ви вже знаєте, вони займають таке положення раз на 15 років, тож саме з такою періодичністю ми маємо змогу відстежувати переміщення тіні Титана по диску Сатурна у ті моменти, коли супутник опиняється між Сонцем та планетою. Про подібні події у системі Юпітера ми вже розповідали. Але різниця в тому, що тінь Титану можна побачити справді дуже і дуже рідко.
Аби повністю оббігти свою батьківську планету, цьому унікальному велетню необхідно 15,945 земних діб. Тож впродовж приблизно року, поки кільця достатньо закриті, Титан робить доволі багато обертів навколо Сатурна. Тому і транзити є не однократними, а слідують серією. З іншого боку, через те що орбітальний період вельми близький до цілої кількості земних днів, ці події відбуваються майже в один і той самий час доби. Отже, деяким жителям Землі не пощастить: під час транзитів тіні Титана Сатурн для них буде знаходитися під горизонтом чи спостерігатиметься виключно на денному небі.
Прогнозований вигляд Сатурна з тінню Титана на ньому 4 та 20 листопада 2024 року. Джерело: BBC.
Нарешті – про головне – коли саме можна буде побачити тінь Титана на диску Сатурна. Нижче наводимо перелік транзитів, що відбудуться в цьому сезоні, і можуть спостерігатися в Україні. Формат включає дату (рік/місяць/день) та час за Києвом від початку входу тіні на диск до її повного сходу з диску. Найбільш сприятливі для українських спостерігачів транзити позначені символом 🔭.
2024/11/04: з 23:08 до 00:51
2024/11/20: з 21:44 до 00:54 🔭
2024/12/06: з 20:32 до 00:30 🔭
2024/12/22: з 19:30 до 00:04 🔭
2025/01/07: з 18:30 до 23:33 🔭
2025/01/23: з 17:31 до 22:58 🔭
2025/02/08: з 16:37 до 22:22 🔭
2025/02/24: з 15:44 до 21:44
Зважайте на те, що в кожному випадку закінчення транзиту ми не бачимо, оскільки на той момент Сатурн вже буде під горизонтом. Початок транзиту теж упіймати доволі важко, краще пильнувати приблизно через 30-40 хвилин після вказаного моменту початку транзиту, коли тінь Титана вже повністю увійде на диск планети.
Перший з транзитів, що відбудеться 4 листопада, є «дотичним» – тінь не повністю опиниться на диску, а лише частково, отже ця подія буде не надто вдалою для спостережень. А під час останнього Сатурн висітиме вже занадто низько над західним горизонтом, і буде заходити невдовзі після Сонця.
Варто також враховувати, що впродовж поточної серії транзитів Сатурн від нас поступово віддаляється, його видимі розміри зменшуються, а разом із ними зменшуються і розміри як Титана, так і його тіні. А отже найбільш сприятливими виглядають ті події, що відбудуться до кінця 2024 року.
Спостереження, спостереження, спостереження…
Найважливіше питання, на яке тут треба дати відповідь: «який інструмент необхідно мати, аби побачити цю рідкісну подію?». На жаль, така задача не під силу малим бюджетним телескопам та біноклям. Головна проблема в тому, що кутовий розмір тіні, яку ми хочемо спостерігати, не перевищує 1″. Інша проблема – турбулентність земної атмосфери, яка дещо розмиває зображення, роблячи його менш чітким. Тому під час спостережень транзитів тіні Титана по диску Сатурна важливо запастися терпінням і ловити моменти найбільш спокійного стану атмосфери.
Одним з головних параметрів телескопа є його апертура, тобто діаметр головного дзеркала чи лінзи об’єктива. Саме від нього напряму залежить те, наскільки дрібні деталі ми можемо побачити на планеті. Чим більша апертура, тим більшою буде роздільна здатність – так звана дифракційна межа, яка принципово визначається хвильовою природою світла. В даному випадку бажано мати інструмент діаметром від 120-150 мм, але і з трохи меншим телескопом можна спробувати свої сили за умови прозорої та стабільної атмосфери.
Чи все так безнадійно, якщо немає під рукою відповідного телескопа? Звичайно ж ні! Перш за все, можна звернутися до місцевої обсерваторії, якщо така є. Другий варіант – згуртуватися зі знайомими, які мають телескоп підходящого діаметру. В Україні доволі багато аматорів астрономії у різних містах та селищах, і більшість з них зрадіють компанії. Ну і найбільш відчайдушний варіант – придбати підходящий телескоп! Чим не привід для давно омріяної покупки? 😉
