Согласно принятому в науке мнению считается, что кольца образовались каким-то образом в результате разрушения космического тела типа астероида, приблизившегося к Сатурну, за счет действия центробежных сил и сил гравитации. Очевидно, что изначально эта теория содержит некий мистический аргумент, хотя на основе математических моделей и было показано, как можно сформировать кольца из остатков разрушенного тела. Сторонники другого подхода считают, что кольца могли образоваться из частиц протопланетного облака, окружавшего планету, которое, кстати, могло наполняться и остатками от разрушения приближавшихся космических тел. Но пока не удавалось показать, как из протопланетного облака могло сформироваться на экваторе планеты дисковое сомбреро Сатурна, состоящее из колец и щелей.

Гравитационные взаимодействия, магнитогидродинамический подход и плазменные эффекты не объясняют всех свойств частиц колец и их стабильного существования. В тоже время, электромагнитные взаимодействия являются весьма важными. На это указано, например, в журнале Science, 2005, том 307, ? 5713, С. 1153-1356, посвященном, анализу данных проходящей сейчас миссии НАСА Кассини-Гюйгенс (2004-2008 гг.)[1].

Поскольку частицы колец не слипаются, мы совместно с А.Ю. Поспеловым в 1994 г., выступая на международной конференции, выдвинули гипотезу возможной сверхпроводимости ледяных частиц колец, что, в принципе, возможно, поскольку они слабо нагреваются Солнцем и их температура порядка 70-100К в течение долгого времени. Подобное предположение основано и на том факте, что в лабораториях уже получен широкий спектр замороженных многокомпонентных веществ, обладающих высокотемпературной сверхпроводимостью, открытой в 1986 г. В том же 1986 г. уральские физики экспериментально показали в лаборатории, что при более низких температурах и высоких давлениях лед может обладать сверхпроводимостью. Разумеется, лед это сложное образование, только на Земле существует огромное число его модификаций. Знания же о свойствах космического льда весьма ограничены.

Физически сверхпроводимость частиц кольца означает, что частицы выталкивают внутреннее магнитное поле, а магнитное поле между частицами расталкивает их. Эффект выталкивания магнитного поля из сверхпроводника был открыт Мейсснером и Оксенфельдом в 1933 г.

Особенность предложенной теории возможного происхождения колец Сатурна за счет наличия у частиц колец сверхпроводящих свойств состоит в том, что она не отвергает полученные ранее знания, а дополняет их вновь открытыми физическими эффектами, что позволяет получить физически реальную картину и ответить на вопрос - как кольца образовались. Например, гравитационные и плазменные взаимодействия, исследованные ранее, не подвергаются декомпозиции, а лишь дополняются свойствами поведения сверхпроводящих частиц в неоднородном магнитном поле Сатурна.

Сценарий происхождения дисковой системы колец Сатурна выглядит так. До появления у планеты магнитного поля частицы вращаются в протопланетном облаке вокруг планеты на разных орбитах согласно законам Кеплера. При этом сила гравитации уравновешена центробежной силой. С появлением у планеты магнитного поля начинает 'работать' сверхпроводимость частиц, начинается их взаимодействие с магнитным полем. Сверхпроводящие частицы протопланетного облака проявляют идеальный диамагнетизм и, приобретая дополнительное азимутально-орбитальное движение, дрейфуют в плоскость магнитного экватора, образуя протокольцевой диск. Основную роль здесь играет большой магнитный момент планеты. Формирование кольцевой структуры диска, происходит подобно тому, как металлические частицы образуют в неоднородном поле магнита области сгущений и разрежений, но в кольцах частицы не слипаются из-за их сверхпроводимости.

Планетное магнитное поле в плоскости кольцевого диска неоднородно, т.к. каждая сверхпроводящая частица вытесняет магнитное поле из своего объема. Силовые линии магнитного поля стремятся замкнуться через области с наибольшим магнитным потоком. Уплотнения магнитного потока расчищают щели в кольцевом диске, расталкивают сверхпроводящие частицы и формируют отдельные структуры, которые выглядят как кольца. Плотность магнитного потока в кольце будет ниже, чем в окружающем его пространстве щелей, что способствует формированию устойчивой структуры кольцевых образований. Разность плотностей магнитного потока на границах колец вызывает направленное внутрь кольца магнитное давление. При этом орбитальные резонансы между спутниками и частицами колец играют существенную роль в формировании специфических особенностей системы колец и щелей, что было показано ранее другими авторами.

Электромагнитное моделирование математически показывает, что выражение для магнитной энергии частицы в магнитном поле планеты имеет угловую зависимость от положения частицы относительно магнитного экватора планеты. При этом магнитная энергия сверхпроводящей частицы имеет минимум, когда частица располагается в плоскости магнитного экватора. Основную роль здесь играет большой магнитный момент планеты. Отсюда следует, что через какое-то может даже очень длительное время, после включения магнитного поля планеты, сверхпроводящим частицам протопланетного облака энергетически выгодно собраться в плоскости магнитного экватора, который для Сатурна практически совпадает с географическим экватором.

Предложенная авторами электромагнитная модель возможной роли сверхпроводимости частиц колец в формировании системы колец, на удивление, может объяснить многие экспериментальные данные наземных экспериментов и космических зондов NASA Пионер, Вояджер-1, -2 и Кассини-Гюйгенс. При этом становится ясно, почему частицы колец не слипаются; почему кольца существуют только у планет после пояса астероидов, где температура способствует появлению у вещества сверхпроводящих свойств; почему отражение микроволн круговой поляризации от колец происходит как от сверхпроводника, являющегося магнитным зеркалом; почему существует широкополосное дискретного неполяризованного радиоизлучения в диапазоне 20,4 кГц - 40,2 МГц, которое можно объяснить нестационарным эффектом Джозефсона для сверхпроводников; почему наблюдается аномальное поведение зависимости теплового излучения колец в диапазоне от 10 мкм до 1 см, что также характерно для сверхпроводников; почему существует около колец атмосфера 'неизвестного' происхождения, что можно объяснить диамагнитным выталкиванием газовых молекул за счет молекулярных магнитных моментов наведенных в сверхпроводящих частицах; почему существуют волны плотности и изгибные волны в кольцах, что можно объяснить как возбуждение параметрических колебаний пондеромоторными силами, возникающими при касательном направлении внешнего магнитного поля к свободной поверхности коллектива сверхпроводящих частиц кольца и поперечно к линиям постоянной фазы, и другие эффекты.

Проведенное авторами исследование является прямым продолжением исследований основателя электромагнетизма - Дж. К. Максвелла. Предложенная теория превращает в реальность идею физика Х. Альвена, что в образовании колец Сатурна возможно находится объяснение истории солнечной системы на ранних стадиях ее развития.

В 2005 г., объявленным ЮНЕСКО годом физики, по результатам исследований возможного электромагнитного происхождения колец Сатурна из сверхпроводящих частиц протопланетного облака, авторы опубликовали научные статьи в США (см., например, www.google.com/ superconductivity of Saturn's rings). Работа обсуждалась на многочисленных международных конференциях, начиная с 1997 г., а также в НАСА, в главном астрономическом институте в Гонолулу, в Национальном бюро стандартов США, в Астрономическом институте Буэнос-Айреса и др.

Является ли данная теория лишь возможной моделью, или реальностью, покажут дальнейшие исследования колец Сатурна. Важно, что сама по себе идея возможной сверхпроводимости частиц колец выглядит по-новому, интересно. Авторы впервые указали на необходимость исследования сверхпроводимости вещества в солнечной системе на удаленных расстояниях от Солнца, за поясом астероидов.

Хорошо и то, что их теория не вынуждает отказываться от проведенных исследований других авторов, а хорошо их дополняет, вскрывая возможную природу происхождения планетных колец. Тем более, что спектр веществ, полученных в лабораториях, обладающих высокотемпературной сверхпроводимостью, постоянно расширяется.

Научные публикации по теме:

1. Tchernyi V.V., Pospelov A.Yu. Possible electromagnetic nature of the Saturn's rings: superconductivity and magnetic levitation // Progress in electromagnetic research (PIER). Cambridge, MA: Massachusetts Institute of Technology. EMW publishing. 2005. V. 52. P. 277-299. (pier & jemwa).

2. Черный В.В., Поспелов А.Ю. О возможной электромагнитной природе планетарных колец: магнитная левитация сверхпроводящих колец Сатурна // Физика волновых процессов и радиотехнических систем. 2005. Т. 8. ? 2. С. 4-16.

3. Tchernyi V.V., Chensky E.V. Electromagnetic background for possible magnetic levitation of the

superconducting rings of Saturn // Journal of Electromagnetic Waves and Applications. Cambridge, MA:

Massachusetts Institute of Technology. EMW publishing. 2005. V. 19. ? 7. P. 987-995.

4. Tchernyi V.V., Chensky E.V. Movements of the protoplanetary superconding particles in the magnetic field of Saturn lead to the origin of rings // IEEE Geoscience and remote sensing letters. 2005. V. 2. ? 4. P. 445-446.

5. Черный В.В. О возможной роли электромагнетизма и сверхпроводимости в происхождении колец Сатурна // Прикладная физика. 2006. ? 5. С. 10-16.

6. Tchernyi V.V., Pospelov A.Yu. About hypothesis of the superconducting origin of the Saturn's rings // Astrophysics and space science. Springer. 2007. V. 307. ? 4. P. 347-356.

7. www.google.com/ superconductivity of Saturn's rings

[1] Кассини-Гюйгенс (Cassini-Huygens) - это самый дорогой за всю историю человечества научный эксперимент НАСА (~ ,5 bln.), главная задача которого - понять, как образовались кольца Сатурна.