אנשים מכירים את טבעות שבתאי מאז המצאת הטלסקופ. היום אנו יודעים כי לא רק לשבתאי, אלא לכל ארבעת ענקיות הגז יש מערכת טבעות. קיימות הרבה שאלות בנוגע לטבעות, ואנחנו מבינים רק חלק מהתשובות. ממה הן עשויות? איך הן נוצרו? למה מערכת הטבעות של שבתאי הרבה יותר בולטת מטבעות של פלנטות אחרות? מה מסביר את ההבדלים במערכות הטבעות של פלנטות אחרות? טבעות הן מערכות דינמיות ומורכבות, שאינינו מבינים לחלוטין. יום אחד, התשובות לשאלות אלה עשויות גם להוביל להבנה טובה יותר של הדינמיקה של מערכות אחרות של חלקיקים מסתובבים. לדוגמה, הוא עשוי להבהיר לנו את דרך היווצרותה של ערפילית השמש, ותהליך היווצרותו של כדור הארץ בתוכה.
באדיבות NASA
מערכת הטבעות היפה של שבתאי עוררה את סקרנותם של מדענים מאז 1610, כאשר גלילאו היה הראשון שהיפנה את הטלסקופ שלו לעבר שבתאי. האופטיקה הפרימיטיבית שלו, אפשרה להבחין רק בכתם מטושטש משני צדי הדיסק של שבתאי, והוא צייר את שבתאי ככוכב לכת עם אוזניים. רק בשנת 1655 הבחין כריסטיאן הויגנס שה"אוזניים" הם למעשה מערכת טבעות המקיפה את הפלנטה לאורך קו המשווה שלה. כיום בעזרת טלסקופ חובבים פשוט, ניתן לראות שטבעות שבתאי מציגות מראה המשתנה משנה לשנה, במחזור של 29 שנה. בשל הנטייה של מישור הטבעות ביחס למישור של מערכת השמש, אנו רואים את הטבעות מכיוונים שונים כאשר שבתאי משלים הקפה סביב השמש בכל 29 שנים.
הטבעות של שבתאי אינן מישורים שטוחים ומוצקים, אלא הן מורכבות מיליארדים של חתיכות נפרדות עשויות קרח וסלעים. אנחנו יכולים לראות כוכבים ופלנטות דרך הטבעות, עובדה ממחישה את טבען השקוף. חלקיקי הטבעת קטנים מכדי שיראו בנפרד מכדור הארץ. כל חלקיק הוא ירח זעיר במסלול האליפטי סביב הפלנטה, המציית לחוקי קפלר. חוקים אלה מכתיבים שהמהירות של גוף המקיף את הפלנטה תלויה במרחקו מהפלנטה. לכן הטבעות אינן נעות כמו תקליטור. אלא, החלקים הפנימיים של מערכת הטבעות נעים מהר יותר מאשר החלקים החיצוניים.
באדיבות NASA.
מבנה הטבעת של שבתאי מורכב מאוד. המדענים ציפו כי הטבעות יהיו חלקות ואחידות יחסית, אך הם הופתעו כאשר צילומי התקריב של וויאג'ר הראו אלפי רצועות דקות, לעתים קרובות מופרדות על ידי פערים בעלי רוחב שונה. הפער הגודל ביותר בין הטבעות הוא "פער קאסיני", שקל לראותו בעזרת טלסקופ חובבים מכדור הארץ. הוא נקרא על שמו של האסטרונום האיטלקי ג'ובאני דומניקו קאסיני, שגילה אותו וכן ארבעה ירחים של שבתאי במאה ה-17.
חלקיקי הטבעת של שבתאי הם חלקים בהירים, מחזירי אור עשויים קרח, המעורבב עם קצת אבק ולכלוך. הם נעים בין גרגר אבק לכדור גולף ועד גושים בגודל בית. החלקים הגדולים הם כנראה נדירים. המבקר במערכת הטבעות של שבתאי יהיה מוקף נחיל מדהים של גופים קפואים המקיפים במהירויות גבוהות את הפלנטה. שום בדיקה בוצעה עדיין בתוך סביבה מסוכנת זו, למרות שבחללית קאסיני נלקח סיכון מחושב בשנת 2004 כאשר היא חלפה דרך פער בטבעות במהירות של 80,000 קמ"ש! החללית מנתה 100,000 פגיעות של חלקיקים בתוך חמש דקות בלבד, אבל החלקיקים דמו לעשן סיגריות ולכן לא נגרם כל נזק. למרות שרוחב מערכת טבעות זו הוא 274,000 ק"מ מן הקצה אל הקצה, הכוחות הפועלים עליהן גורמים שעובי טבעות קטן מ- 100 מטר. הן רזות מאוד – ניתן לדמיין פרופורציות אלה אם נחשוב על פיצה שעובייה דק פי אלף מעובי שערת אדם!
לכל כוכב לכת ענק יש מערך ייחודי של טבעות, אם כי רק אלו של שבתאי בהירות מספיק כדי כך שניתן לזהותן בקלות מכדור הארץ. שלוש מערכות הטבעות האחרות חלושות עד כדי כך שהן התגלו רק שנות השבעים והשמונים במאה הקודמת, בעיקר בעקבות שני מבצעי החלל של וויאג'ר. טבעות אלה הן כל כך רזות עד שהן כמעט שקופות. הסיבה לכך היא כי הרווחים בין חלקיקי הטבעת כה גדולים, לכן רק אור מועט מאוד מוחזר מהן.
באדיבות וויקיפדיה
לטבעת העיקרית של צדק יש קצה חיצוני חד קצה פנימי מפוזר. טבעת זו חיוורת וצרה הרבה יותר מאשר הטבעות של שבתאי. בתוך הטבעת הראשית קיים מרכיב נוסף של מערכת טבעות, ה"הילה". כפי שהשם מרמז, ההילה היא טבעת חלקיקים, המפוזרת בצורת סופגנייה. מחוץ לטבעת המרכזית, יש עוד שתי "טבעות תחרה", חלשות אפילו יותר מטבעת העיקרית. מערכות אלה מוגבלות על ידי מסלולים של שני לוויינים קטנים של צדק, אמלטה ותבאי. הטבעות של צדק מורכבות מחלקיקי אבק כהים ומיקרוסקופיים. הם מורכבים כנראה מחומר סלעי, פחמני, בניגוד לחלקיקי הטבעת הבהירים והקפואים של שבתאי. הדלילות של הטבעות וההחזר הנמוך של חלקיקים מסבירים מדוע אנחנו לא יכולים לראות אותם מכדור הארץ.
הטבעות של אורנוס מציגות מודל שונה מזה של שבתאי או צדק. כאן, במקום מישור רחב, חלקיקי הטבעת מרוכזים בתשעה או יותר מסלולים נפרדים כמו מחרוזת טבעות, מופרדים על ידי חללים ריקים ורחבים. הטבעות של נפטון דומות לטבעות של אורנוס. עם זאת, בטבעות של נפטון יש גושים של חלקיקים היוצרים קשתות נפרדות. וויאג'ר 2, החללית היחידה שביקרה בפלנטות החיצוניות, החזירה תמונות של כמה טבעות חדשות סביב פלנטות אלה, יחד עם הלוויינים ה"רועים" אותן. הליקויים מזמנים דרך נוספת ללמוד על הטבעות הרחוקות. כאשר כוכב עובר מאחורי הטבעות, אורו מתעמעם לרגע, וכך מתקבל מידע על המיקום ועל עובי הטבעות.