Сатурн — «Властелин колец. Планета сатурн краткое описание
Общие сведения о Сатурне
© Владимир Каланов,
сайт
"Знания-сила".
Сатурн - шестая по расстоянию от Солнца и вторая после Юпитера по размеру планета Солнечной системы. Сатурн - самая дальняя планета, которую ещё можно увидеть невооруженным глазом. Планета известна с доисторических времён.
Вид Сатурна
в натуральных цветах
Вид Сатурна
в условных цветах
Средняя удаленность Сатурна от Солнца составляет 1427 млн. км (минимальная - 1347, максимальная - 1507). В телескоп или даже в хороший бинокль цвет диска планеты кажется ярким желтоватым. Особую красоту и эффектность зрелища создают ко́льца Сатурна. Но любоваться красотой колец можно не каждый день по причинам, о которых мы расскажем ниже. Характерной особенностью Сатурна является очень низкая средняя плотность его вещества. Это и неудивительно: большую часть объёма планеты составляет газ, точнее - смесь газов.
Сатурн похож на Юпитер, как говорится, и по форме, и по содержанию. Сатурн заметно сплющен по оси полюсо́в: диаметр экватора (120000 км) на 10% больше диаметра у полюсо́в (108000 км). У Юпитера этот показатель равен 6%.
Период вращения экваториальной области вокруг оси планеты составляет 10 ч. 13 мин. 23 с . Хотя Сатурн вращается вокруг своей оси медленнее, чем Юпитер, он сплюснут сильнее. Объясняется это тем, что масса и плотность у Сатурна меньше, чем у Юпитера.
Интересно, что период вращения вокруг своей оси Сатурна - планеты, известной с незапамятных времён, был вычислен лишь в конце 1800 года. Сделал это великий английский учёный немецкого происхождения Уильям Гершель (Фридрих Вильгельм Гершель). По его расчетам период вращения Сатурна составляет 10 ч. 16 мин . Как видим, Гершель ошибся совсем не намного.
По сравнению с Землёй Сатурн, конечно, выглядит гигантом: диаметр его экватора почти в 10 раз больше земного. Масса Сатурна в 95 раз больше массы Земли, но поскольку средняя плотность Сатурна незначительная (около 0,7 г/см³ ), то сила тяготения на нём почти такая же, как и на Земле.
Средняя скорость движения Сатурна по орбите вокруг Солнца составляет 9,6 км/с , что значительно ниже скорости орбитального движения Юпитера. Это и понятно: чем дальше планета находится от Солнца, тем ниже её скорость. А Сатурн удалён от Солнца на расстояние, в среднем равное 1427 миллионов километров, что почти вдвое превосходит удалённость Юпитера от Солнца (778,3 млн. км) .
Внутреннее строение Сатурна
Астрономы считают, что внутреннее строение Сатурна почти не отличается от такового на Юпитере. В центре Сатурна находится огромное силика́тно-металлическое ядро, радиус которого составляет около 0,25 радиуса планеты. На глубине примерно в ½ радиуса Сатурна, т.е. около 30000 км. температура повышается до 10000°C, а давление достигает 3 млн. атмосфер. В ядре действует ещё более высокое давление, а температура может составлять 20000°C. Именно в ядре находится источник тепла, которое согревает всю планету. Сатурн, по расчетам, выделяет тепла вдвое больше, чем получает от Солнца.
Ядро Сатурна окружено водородом, который находится в так называемом металлическом состоянии, т.е. в жидком агрегатном состоянии, но с металлическими свойствами. В этом состоянии водород обладает высокой электропроводностью, т.к. электроны теряют связь с атомами и свободно перемещаются в окружающем объёме вещества. Значение терминологической ясности в любой науке очень высоко. Пусть читатели оценивают, насколько удачной оказалась наша попытка раскрыть здесь содержание термина «металлический водород», часто встречающегося в литературе.
Однако продолжим рассказ о строении Сатурна. Над металлическим водородом, ближе к поверхности, находится слой жидкого молекулярного водорода, переходящий в газовую фазу, примыкающую к атмосфере. Состав атмосферы таков: водород (94%), гелий (3%), метан (0,4%), в незначительном количестве присутствуют аммиак, ацетилен и этан. Считается, что в целом Сатурн почти на 90% состоит из водорода и гелия с огромным преобладанием первого.
© Владимир Каланов,
"Знания-сила"
Уважаемые посетители!
У вас отключена работа JavaScript . Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!Планета Сатурн – одна из наиболее известных и интересных планет в Солнечной системе. Про Сатурн с его кольцами знают все, даже те, кто ничего не слышал про существование, например, или Нептуна.
Возможно, во многом такая известность ему досталась благодаря астрологии, однако и в чисто научном плане эта планета представляет огромный интерес. Да и астрономы – любители любят наблюдать эту красивую планету, из-за простоты наблюдений и красивого зрелища.
Столь необычная и большая планета, как Сатурн, конечно, обладает некоторыми необычными свойствами. Имея множество спутников и огромные кольца, Сатурн образует миниатюрную Солнечную систему, в которой немало интересного. Вот некоторые интересные факты о Сатурне:
- Сатурн — шестая планета от Солнца, и последняя, известная с древних времен. Следующий за ним был открыт уже с помощью телескопа.
- Сатурн — вторая по размеру планета в Солнечной системе после Юпитера. Это тоже газовый гигант, не имеющий твердой поверхности.
- Средняя плотность Сатурна меньше плотности воды, притом вдвое. В огромном бассейне он бы плавал почти как пенопласт.
- Планета Сатурн имеет наклон к плоскости орбиты, поэтому на ней меняются времена года, каждое длится 7 лет.
- Сатурн имеет на сегодняшний день 62 спутника, но это количество не окончательное. Возможно, будут открыты и другие. Больше спутников только у Юпитера.
- — второй по размеру в Солнечной системе, после Ганимеда, спутника . Он на 50% больше Луны и даже немного больше Меркурия.
- На спутнике Сатурна Энцеладе возможно существование подледного океана. Не исключено, что там могла бы обнаружиться и какая-нибудь органическая жизнь.
- Форма Сатурна не сферическая. Он вращается очень быстро — сутки длятся менее 11 часов, поэтому имеет сплющенную у полюсов форму.
- Планета Сатурн выделяет больше энергии, чем получает от Солнца, как и Юпитер.
- Скорость ветра на Сатурне может достигать 1800 м/с — это больше скорости звука.
- Планета Сатурн не имеет твердой поверхности. С глубиной газ — в основном водород и гелий просто уплотняется, пока не переходит в жидкое, а затем и в металлическое состояние.
- На полюсах Сатурна имеется странное шестиугольное образование.
- На Сатурне имеются полярные сияния.
- Магнитное поле Сатурна — одно из самых мощных в Солнечной системе, распространяется на миллион километров от планеты. Вблизи планеты существуют мощные радиационные пояса, опасные для электроники космических зондов.
- Год на Сатурне длится 29.5 лет. За столько планета совершает оборот вокруг Солнца.
Конечно, это далеко не все интересные факты о Сатурне — слишком разнообразен и сложен этот мир.
Характеристики планеты Сатурн
В замечательном фильме «Сатурн – властелин колец», который можно посмотреть, диктор говорит – если есть планета, передающая великолепие, загадочность и ужас Вселенной, то это Сатурн». Это действительно так.
Сатурн великолепен – это гигант, обрамленный огромными кольцами. Он загадочен – многие процессы, которые происходят там, до сих пор непонятны. И он же ужасен, потому что на Сатурне происходят страшные в нашем понимании вещи – ветры до 1800 м/с, грозы в сотни и тысячи раз сильнее наших, гелиевые дожди, и многое другое.
Сатурн представляет собой планету – гигант, вторую по величине после Юпитера. Диаметр планеты 120 тысяч километров против 143 тысяч у . Он больше Земли в 9.4 раз, и мог бы вместить в себя 763 таких планет, как наша.
Однако при больших размерах Сатурн довольно легкий – его плотность меньше, чем у воды, потому что большую часть всего этого огромного шара составляет легкий водород и гелий. Если Сатурн поместить в огромный бассейн, то он не утонет, а будет плавать! Плотность Сатурна меньше земной в 8 раз. Вторая планета после него по плотности — .
Сравнительные размеры планет
Несмотря на огромные размеры, гравитация на Сатурне составляет всего 91% земной, хотя общая масса у него больше, чем у Земли в 95 раз. Окажись мы там, особой разницы в силе притяжения не увидели бы, конечно если отбросить другие факторы, которые нас просто убили бы.
Сатурн, несмотря на гигантские размеры, вращается вокруг оси гораздо быстрее Земли – сутки там длятся от 10 часов 39 минут до 10 часов 46 минут. Такая разница объясняется тем, что верхние слои Сатурна преимущественно газообразные, поэтому вращается он в разных широтах с разной скоростью.
Год на Сатурне длится 29.7 наших лет. Так как планета имеет наклон оси, то, как и у нас, там имеется смена сезонов, что порождает в атмосфере большое количество сильнейших ураганов. Расстояние от Солнца меняется из-за несколько вытянутой орбиты, и в среднем составляет 9.58 а.е.
Спутники Сатурна
На сегодняшний день у Сатурна обнаружено 62 спутника самых разных размеров. Это больше, чем у любой другой планеты. Мало того, 40% всех спутников Солнечной системы вращается вокруг Сатурна.
Вокруг Сатурна вращается один из крупнейших (второй после Ганимеда) спутник Солнечной системы – . Он почти вдвое больше Луны, и даже больше Меркурия, но меньше . Титан –второй и единственный спутник с собственной атмосферой из азота с примесями метана и прочих газов. Атмосферное давление на поверхности в полтора раза больше земного, хотя сила тяжести там всего 1/7 от земной.
Титан – самый крупный источник углеводородов. Там существуют буквально озера и реки из жидкого метана и этана. Кроме того, там есть и криогейзеры, и вообще Титан во многом похож на Землю на раннем этапе существования. Возможно, там удастся найти и примитивные формы жизни. Это также единственный спутник, куда был послан спускаемый аппарат – это был «Гюйгенс», который приземлился там 14 января 2005 года.
Такие виды на Титане, спутнике Сатурна.
Энцелад – шестой по величине спутник Сатурна, диаметром около 500 км, представляющий особый интерес для исследования. Он входит в тройку спутников с активной вулканической деятельностью (другие два – и Тритон). Здесь есть большое количество криогейзеров, выбрасывающих воду на большую высоту. Возможно, приливное воздействие Сатурна создает достаточно энергии в недрах спутника, чтобы там существовала вода в жидком виде.
Гейзеры Энцелада, снятые аппаратом Кассини.
Подповерхностный океан также возможен на спутниках Юпитера и Ганимеде. Орбита Энцелада находится в кольце F, и вырывающаяся с него вода питает это кольцо.
Также у Сатурна есть несколько других крупных спутников – Рея, Япет, Диона, Тефия. Они были открыты одними из первых, благодаря своим размерам и видимости в довольно слабые телескопы. Каждый из этих спутников представляет собой собственный уникальный мир.
Знаменитые кольца Сатурна
Кольца Сатурна – его «визитная карточка», и именно благодаря им эта планета так знаменита. Сатурн без колец сложно представить — это был бы просто невзрачный белесый шар.
У какой планеты есть кольца, подобные сатурнианским? Таких нет в нашей системе, хотя кольца есть и у других газовых гигантов — у Юпитера, Урана, Нептуна. Но там они очень тонкие, разреженные, и с Земли не видны. Кольца Сатурна хорошо заметны даже в слабый телескоп.
Впервые кольца обнаружил Галилео Галилей в 1610 году в свой самодельный телескоп. Однако увидел он не такие кольца, которые видим мы. У него они выглядели как два непонятных округлых шара по бокам планеты – качество изображения в 20-кратном телескопе Галилея было так себе, поэтому он решил, что видит два больших спутника. Через 2 года он снова наблюдал Сатурн, но этих образований не обнаружил, и был сильно озадачен.
Диаметр кольца в разных источниках указывается немного разный – около 280 тысяч километров. Само кольцо вовсе не сплошное, а состоит из меньших колец разной ширины, разделенных промежутками тоже разной ширины – десятки и сотни километров. Все кольца обозначены буквами, а промежутки называются щелями, и имеют имена. Самый большой промежуток находится между кольцами A и B, и называется щелью Кассини – её можно увидеть в любительский телескоп, и ширина этого промежутка 4700 км.
Кольца Сатурна вовсе не сплошные, как кажется на первый взгляд. Это не один единый диск, а множество мелких частиц, которые вращаются по своим орбитам на уровне экватора планеты. Размер этих частиц очень разный – от мельчайшей пыли до камней и глыб в несколько десятков метров. Преимущественный их состав – обычный водяной лед. Так как лед обладает большим альбедо – отражающей способностью, то кольца прекрасно видно, хотя толщина их всего около километра в самом «толстом» месте.
По мере обращения Сатурна и Земли вокруг Солнца мы можем видеть, как кольца то раскрываются все шире, то совсем исчезают –период этого явления составляет 7 лет. Происходит это благодаря наклону оси Сатурна, а значит, и колец, которые расположены строго по экватору.
Кстати, именно поэтому Галилей и не смог обнаружить кольцо Сатурна в 1612 году. Просто оно в тот момент было расположено «ребром» к Земле, а при толщине всего в километр его с такого расстояния просто невозможно увидеть.
Происхождение колец Сатурна пока точно неизвестно. Есть несколько теорий:
- Кольца образовались при рождении самой планеты, это как бы строительный материал, который так и не использовался.
- В какой-то момент к Сатурну приблизилось некое крупное тело, которое было разрушено, а из его обломков и образовались кольца.
- Когда-то вокруг Сатурна вращались несколько крупных спутников, подобных Титану. Со временем их орбита превращалась в спиральную, приближая их к планете и неминуемой гибели. По мере приближения спутники разрушались, порождая множество обломков. Эти обломки так и остались на орбите, сталкиваясь и все больше дробясь, а со временем они образовали кольца, которые мы видим сейчас.
Дальнейшие исследования покажут, какая версия событий верная. Однако понятно, что кольца Сатурна – явление временное. Через какое-то время планета поглотит весь их материал – обломки сходят с орбиты и падают на нее. Если кольца не подпитывать материалом, то со временем они станут меньше, пока совсем не исчезнут. Конечно, произойдет это не за один миллион лет.
Наблюдение Сатурна в телескоп
Сатурн на небе выглядит как довольно яркая звезда на юге, и наблюдать его можно даже в небольшой . Особенно хорошо это делать в противостояния, которые бывают раз в год – планета выглядит как звезда 0 величины, и имеет угловой размер 18”. Список ближайших противостояний:
- 15 июня 2017 года.
- 27 июня 2018 года.
- 9 июля 2019 года.
- 20 июля 2020 года.
В эти дни блеск Сатурна даже больше, чем у Юпитера, хотя находится он гораздо дальше. Объясняется это тем, что кольца тоже отражают немало света, поэтому общая площадь отражения получается гораздо больше.
Увидеть кольца Сатурна можно даже в бинокль, хотя придется постараться, чтобы их различить. А вот в 60-70 мм телескоп уже можно довольно хорошо рассмотреть и диск планеты и кольца, и тень на них от планеты. Конечно, какие-то детали рассмотреть вряд ли получится, хотя при хорошем раскрытии колец можно заметить щель Кассини.
Одна из любительских фотографий Сатурна (150 мм рефлектор Synta BK P150750)
Чтобы увидеть какие-то детали на диске планеты, требуется телескоп с апертурой от 100 мм, а для серьезных наблюдений – не менее 200 мм. В такой телескоп можно рассмотреть не только облачные пояса и пятна на диске планеты, но и детали в строении колец.
Из спутников наиболее яркие – Титан и Рея, их можно заметить уже в 8-кратный бинокль, хотя лучше 60-70 мм телескоп. Остальные крупные спутники не такие яркие – от 9.5 до 11 зв. в. и слабее. Для их наблюдения понадобится телескоп с апертурой от 90 мм.
Кроме телескопа, желательно иметь набор цветных фильтров, которые помогут лучше выделить разные детали. Например, темно-желтый и оранжевый фильтры помогают увидеть больше деталей в поясах планеты, зеленый выделяет больше деталей на полюсах, а голубой – на кольцах.
В античной мифологии планета Сатурн был божественным отцом Юпитера. Сатурн был богом Времени и Судьбы. Считается, что Юпитер в своем мифическом обличии пошел намного дальше отца. Также Сатурну принадлежит 2-я роль среди планет в Солнечной системе. Сатурн 2-й как по массе, так и по размерам. Но не смотря на это он позади большинство тел солнечной системы по плотности.
Сатурн, не желая мириться с отставанием от Юпитера, обжился огромным количеством спутников и, главное, прекрасным кольцом, благодаря которому 6-я планета серьезно претендует на 1-ое место в борьбе на звание «Великолепие». Благодаря этому очень много астрономических книг на своих обложках предпочитают размещать именно Сатурн, а не Юпитер.
Планета Сатурн имеет возможность достигать отрицательной звездной величины в период противостояния планеты. В простые телескопы легко можно рассмотреть диск и кольцо, если оно хоть чуть-чуть развернуто к Земле. Кольцо из-за движения планеты по орбите меняет свою ориентацию по отношению к Земле. Когда плоскость кольца пересекает Землю, даже в хорошие телескопы разглядеть его практически невозможно: оно очень тонкое. Затем кольцо все больше и больше разворачивается к нам, а планета, соответственно, делается все ярче и ярче с каждым новым противостоянием. В 1-ый год, уже близкого, третьего тысячелетия, в день противостояния 3-го декабря Сатурн разгорится до -0,45-й звездной величины. В этот год кольца максимально развернутся к Земле.
Что еще можно увидеть, смотря на Сатурн? Титан - самый большой спутник. Он имеет блеск порядка 8,5-й звездной величины. Из-за маленькой контрастности, облака Сатурна разглядеть сложнее, чем облачные полосы на Юпитере. Зато легко можно определить сжатие планеты у полюсов, которое достигает 1:10.планеты
Сатурн посетило 3 космических аппарата, которые предварительно побывали на Юпитере: "Пионер 11", "Вояджер 1" и "Вояджер 2.
Общие сведения
Планета Сатурн, наверное, наиболее красивая планета, если смотреть на нее в телескоп или изучать снимки «Вояджеров». Сказочные кольца нельзя спутать ни с какими другими объектами Солнечной системы. Планета известна с самых древних времен. Максимальная видимая звездная величина +0,7m. Эта планета – один из самых ярких объектов на нашем звездном небе. Ее тусклый белый свет создал планете недобрую славу: рождение под знаком Сатурна издревле считалось плохим предзнаменованием.
Кольца видимы с Земли в небольшой телескоп. Они состоят из тысяч и тысяч небольших твердых обломков камней и льда, которые вращаются вокруг планеты.
Период вращения вокруг оси – звездные сутки – составляет 10 часов 14 минут (на широтах до 30°). Так как Сатурн – не твердый шар, а состоит из газа и жидкости, то экваториальные его части быстрее вращаются, чем приполярные области: на полюсах один оборот совершается примерно на 26 минут медленнее. Средний период обращения вокруг оси – 10 часов 40 минут.
Сатурн имеет одну интересную особенность: он – единственная планета в Солнечной системе, чья плотность меньше плотности воды (700 кг на кубический метр). Если бы было возможно создать огромный океан, Сатурн смог бы в нем плавать! По внутреннему строению и составу Сатурн сильно напоминает Юпитер. В частности, на Сатурне в экваториальной области также существует Красное Пятно, хотя оно и меньших размеров, чем на Юпитере.
На две трети планета состоит из водорода. На глубине, примерно равной R/2, то есть половине радиуса планеты, водород при давлении около 300 ГПа переходит в металлическую фазу. По мере дальнейшего увеличения глубины, начиная с R/3, возрастает доля соединений водорода и оксидов. В центре планеты (в области ядра) температура порядка 20000 К.
Всякий, кто наблюдал планеты в телескоп, знает, что на поверхности Сатурна, то есть на верхней границе его облачного покрова, заметно мало деталей и контраст их с окружающим фоном невелик. Этим он отличается от Юпитера, где присутствует множество контрастных деталей в виде темных и светлых полос, волн, узелков, свидетельствующих о значительной активности его атмосферы.
Возникает вопрос, действительно ли атмосферная активность Сатурна (например скорость ветра) ниже, чем у Юпитера, или же детали его облачного покрова просто хуже видны с Земли из-за большего расстояния (около 1,5 млрд. км.) и более скудного освещения Солнцем (почти в 3,5 раза слабее освещения Юпитера)?
"Вояджерам" удалось получить снимки облачного покрова, на которых отчетливо запечатлена картина атмосферной циркуляции: десятки облачных поясов, простирающихся вдоль параллелей, а также отдельные вихри. Обнаружен, в частности, аналог Большого Красного Пятна Юпитера, хотя и меньших размеров. Установлено, что скорости ветров на Сатурне даже выше, чем на Юпитере: на экваторе 480 м/с, или 1700 км/ч. Число облачных поясов больше, чем на Юпитере, и достигают они более высоких широт. Таким образом, снимки облачности демонстрируют своеобразие атмосферы Сатурна, которая даже активнее юпитерианской.
Метеорологические явления происходят при более низкой температуре, нежели в земной атмосфере. Поскольку Сатурн в 9,5 раз дальше от Солнца, чем Земля, он получает в 9,5 =90 раз меньше тепла. Температура планеты на уровне верхней границы облачного покрова, где давление равно 0,1 атм, составляет всего 85 К, или -188 С. Интересно, что за счет нагревания одним Солнцем даже такой температуры получить нельзя. Расчет показывает: в недрах Сатурна имеется свой собственный источник тепла, поток от которого в 2,5 раза больше, чем от Солнца. Сумма этих двух потоков и дает наблюдаемую температуру планеты.
Космические аппараты подробно исследовали химический состав надоблачной атмосферы Сатурна. В основной она состоит почти на 89% из водорода. На втором месте гелий (около 11% по массе). Дефицит гелия объясняют гравитационным разделением гелия и водорода в недрах планеты: гелий, который тяжелее, постепенно оседает на большие глубины (что, кстати говоря, высвобождает часть энергии, "подогревающей" Сатурн). Другие газы в атмосфере - метан, аммиак, этан, ацетилен, фосфин - присутствуют в малых количествах. Метан при столь низкой температуре (около -188° С) находится в основном в капельно-жидком состоянии. Он образует облачный покров Сатурна.
Что касается малого контраста деталей, видимых в атмосфере, о чем говорилось выше, то причины этого явления пока еще не вполне ясны. Было высказано предположение, что в атмосфере взвешена ослабляющая контраст дымка из мельчайших твердых частиц. Но наблюдения "Вояджера-2" опровергают это: темные полосы на поверхности планеты оставались резкими и ясными до самого края диска Сатурна, тогда как при наличии дымки они бы к краям замутнялись из-за большого количества частиц перед ними. Данные, полученные с "Вояджера-1", помогли с большой точностью определить экваториальный радиус. На уровне вершины облачного покрова экваториальный радиус составляет 60330 км. или в 9,46 раза больше земного. Уточнен также период обращения Сатурна вокруг оси: один оборот он совершает за 10 ч. 39,4 мин - в 2,25 раза быстрее Земли. Столь быстрое вращение привело к тому, что сжатие Сатурна значительно больше, чем у Земли. Экваториальный радиус Сатурна на 10% больше полярного.
Поскольку Сатурн весьма сходен с Юпитером по своим физическим свойствам, астрономы предположили, что достаточно заметное магнитное поле есть и у него. Отсутствие же у планеты Сатурн наблюдаемого с Земли магнитно-тормозного радиоизлучения объясняли влиянием колец.
Параметры
Эллиптическая орбита Сатурна имеет эксцентриситет 0,0556 и средний радиус 9,539 а.е. (1427 млн. км). Максимальное и минимальное расстояния от Солнца равны приблизительно 10 и 9 а.е. Расстояния от Земли меняются от 1,2 до 1,6 млрд. км. Наклон орбиты планеты к плоскости эклиптики 2°29,4". Угол между плоскостями экватора и орбиты достигает 26°44". Планета Сатурн движется по своей орбите со средней скоростью 2,64 км/с; период обращения вокруг Солнца составляет 29,46 земных лет.
Планета не имеет четкой твердой поверхности, оптические наблюдения затрудняются непрозрачностью атмосферы. Для экваториального и полярного радиусов приняты значения 60,27 тыс. км и 53,5 тыс. км. Средний радиус в 9,1 раз больше, чем у Земли. На земном небе планета Сатурн выглядит как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звездной величины. Масса составляет 5,6850∙1026 кг, что в 95,1 раз превосходит массу Земли; при этом средняя плотность, равная 0,68 г/см3, почти на порядок меньше, чем плотность Земли. Ускорение свободного падения у поверхности на экваторе равно 9,06 м/с2.
Поверхность Сатурна (облачный слой), как и Юпитера, не вращается как единое целое. Тропические области в атмосфере обращаются с периодом 10 ч 14 мин земного времени, а на умеренных широтах этот период на 26 мин больше.
| Средний радиус | 1,4294x109 км |
| Эксцентриситет | 0,0560 |
| Период обращения | 29л 167дн 6,7ч |
| Синодический период | 378,1 дней |
| Средняя скорость движения по орбите | 9,46 км/с |
| Наклонение орбиты | 2,488° |
| Число спутников | >50 |
| Экваториальный диаметр | 120,536 км |
| Плошадь поверхности | 4,38 x 1010 км² |
| Масса | 5,688 x 1026 кг |
| Средняя плотность | 0,69 г/см³ |
| Ускорение свободного падения у поверхности | 9,05 м/с² |
| Период вращения экваториальный | 10 ч 13 м 59 с |
| Период вращения внутренний | 10 ч 39 м 25 с |
| Наклон оси вращения | 25,33° |
| Альбедо | 0,47 |
| 2-я космическая скорость | 35,5 км/с |
| Средняя температура на уровне вершины облаков | 93 K |
| Минимальная температура поверхности | 82 K |
| Средняя температура поверхности | 143 K |
| Максимальная температура поверхности | н/д |
Внутреннее строение
По внутреннему строению и составу планета Сатурн сильно напоминает Юпитер.
В глубине атмосферы растут давление и температура, и водород постепенно переходит в жидкое состояние. Чёткой границы, отделяющей газообразный водород от жидкого, по-видимому, не существует. Это должно выглядеть как непрерывное кипение глобального водородного океана. На глубине около 30 тыс. км водород становится металлическим (а давление достигает около 3 миллионов атмосфер). Протоны и электроны в нём существуют раздельно и он является хорошим проводником электричества. Мощные электротоки, возникающие в слое металлического водорода, порождают магнитное поле Сатурна (гораздо менее мощное, чем у Юпитера).
На глубине, примерно равной R/2, то есть половине радиуса планеты, водород при давлении около 300 ГПа переходит в металлическую фазу. По мере дальнейшего увеличения глубины, начиная с R/3, возрастает доля соединений водорода и оксидов. В центре планеты находится массивное ядро (до 20 земных масс) из камня, железа и, возможно... льда (в области ядра) температура порядка 20000 К.
Откуда взяться льду в центре Сатурна, где температура около 20 тыс. градусов? Ведь хорошо знакомая нам кристаллическая форма воды - обыкновенный лед - плавится уже при температуре 0 С при нормальном атмосферном давлении. Еще "нежнее" кристаллические формы аммиака, метана, углекислого газа, которые ученые также называют льдом. Например, твердая углекислота (сухой лед, используемый в различных эстрадных шоу) при нормальных условиях сразу же переходит в газообразное состояние, минуя жидкою стадию.
Но одно и то же вещество может образовывать различные кристаллические решетки. В частности, науке известны кристаллические модификации воды, отличающиеся друг от друга не меньше, чем печная сажа - от химически тождественного ей алмаза. Например, так называемый лед VII имеет плотность, почти вдвое превосходящую плотность обычного льда, и при больших давлениях его можно нагревать до нескольких сот градусов! Поэтому не стоит удивляться тому, что в центре Сатурна при давлении в миллионы атмосфер присутствует лед, т.е. в данном случае смесь из кристаллов воды, метана и аммиака.
Атмосфера
Светло-желтый Сатурн внешне выглядит скромнее своего соседа - оранжевого Юпитера. У него нет столь красочного облачного покрова, хотя структура атмосферы почти такая же. Верхние слои атмосферы состоят на 93% из водорода (по объёму) и на 7% - из гелия. Имеются примеси метана, водяного пара, аммиака и некоторых других газов. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских, что делает его не таким "цветным" и полосатым.
По данным «Вояджеров», на планете Сатурн дуют самые сильные ветра в Солнечной системе, аппараты зарегистрировали скорости воздушных потоков 500 м/с. Ветра дуют, в основном, в восточном направлении (по направлению осевого вращения). Их сила ослабевает при удалении от экватора; при удалении от экватора появляются также и западные атмосферные течения. Ряд данных указывают, что ветры не ограничены слоем верхних облаков, они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2 тыс. км. Кроме того, измерения «Вояджера-2» показали, что ветра в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора. Есть предположение, что симметричные потоки как-то связаны под слоем видимой атмосферы.
Хотя пятна атмосферных вихрей на Сатурне уступают по размерам юпитерианскому Большому Красному Пятну, но и там наблюдаются грандиозные штормы, видимые даже с Земли.
Южное полушарие Сатурна. "Ураган Дракона", он хорошо виден на этом изображении, полученном в ближней ИК-области (цвета на рисунке искусственные). Исследуя результаты, полученные Кассини, ученые обнаружили, что "Ураган Дракона" является причиной таинственных вспышек в радиодиапазоне. Возможно, мы видим гигантскую грозу, когда радиошум возникает из-за высоковольтных разрядов в молниях. Снимки,переданные АМС "Вояджер-1", обнаружили несколько десятков поясов и зон, а также различные конвективные облачные образования: несколько сот светлых пятен диаметром 2000 - 3000 км, коричневые образования овальной формы шириной ~10000 км и красное овальное облачное образование (пятно) у 55° ю. ш. Протяженность красного пятна 11 000 км, по размерам оно примерно равно белым овальным образованиям на Юпитере. Красное пятно относительно стабильно. Оно окружено темным кольцом. Полагают, что оно может представлять собой "верх" конвективной ячейки. Считают, что полосы в атмосфере обусловлены температурными перепадами. Число полос достигает нескольких десятков, то есть намного больше, чем наблюдают с Земли, и больше, чем было обнаружено в атмосфере Юпитера. Ученые ожидали найти на Сатурне условия, сравнимые с условиями на Юпитере, поскольку в метеорологических явлениях обеих планет доминирующим фактором является нагрев за счет внутреннего источника тепла, а не поглощения солнечной энергии.
Однако атмосферы Сатурна и Юпитера оказались весьма различными. Например, на Юпитере наибольшие скорости ветра зарегистрированы вдоль границ полос, а на Сатурне - вдоль центральной части полос, в то время как на границах полос и зон ветер практически отсутствует. В поясах и зонах атмосферы Юпитера чередуются западные и восточные потоки, которые разделяются областями сдвига. В отличие от этого, на планете Сатурн обнаружен западный поток в очень широкой полосе от 40° с. ш. до 40° ю. ш. Согласно одной гипотезе, ветры обусловлены циклическим подъемом и опусканием больших облаков аммиака. Южная полярная область сравнительно светлая. В северной полярной области обнаружена темная шапка. Возможно, это указывает на сезонные изменения, которых не ожидали. Один профиль температуры, полученный для северного полушария, показывает, что темные пятна соответствуют сравнительно высокой температуре, а большие светлые области - несколько более низкой.
Получены новые сведения об облаке нейтрального водорода, окружающего Сатурн в той же плоскости, в которой лежат кольца планеты и обращаются ее спутники. Ранее ученые предполагали, что это облако тороидальной формы расположено вдоль орбиты Титана и имеет своим источником атмосферу Титана, где происходит диссоциация метана с освобождением водорода. Однако ультрафиолетовый.спектрометр АМС "Вояджер-1" показал, что облако расположено не вдоль орбиты Титана, а простирается с расстояния 1,5 млн. км от Сатурна (несколько дальше орбиты Титана) до расстояния 480 тыс. км от нее (район орбиты Реи). Общая масса облака 25000 т, что согласуется с имеющимися теориями; плотность всего 10 атомов в 1 см3. В атмосфере иногда появляются устойчивые образования, представляющие собой сверхмощные ураганы. Аналогичные объекты наблюдаются и на других газовых планетах Солнечной системы. Гигантский «Большой белый овал» появляется примерно один раз в 30 лет, в последний раз он наблюдался в 1990 году (менее крупные ураганы образуются чаще).
Не до конца понятным на сегодняшний день остается такой атмосферный феномен, как «Гигантский гексагон». Он представляет собой устойчивое образование в виде правильного шестиугольника с поперечником 25 тыс. километров, которое окружает северный полюс планеты.
В атмосфере обнаружены мощные грозовые разряды, полярные сияния, ультрафиолетовое излучение водорода.
«Гигантский гексагон»
Гигантский гексагон - на сегодняшний день не имеющий строгого объяснения атмосферный феномен на планете Сатурн. Представляет собой геометрически правильный шестиугольник с поперечником в 25 тыс. километров, находящийся на северном полюсе. По всей видимости, гексагон является довольно необычным вихрем. Прямые стены вихря уходят вглубь атмосферы на расстояние до 100 км. При изучении вихря в инфракрасном диапазоне наблюдаются светлые участки, представляющие собой гигантские прорехи в облачной системе, которые простираются, как минимум, на 75 км. вглубь атмосферы.
Впервые эта структура была замечена на ряде снимков, переданных аппаратами Вояджер-1 и Вояджер-2. Поскольку объект ни разу не попал в кадр полностью и из-за низкого качества снимков, то серьёзного изучения гексагона не последовало. Реальный интерес к Гигантскому гексагону появился после передачи его снимков аппаратом «Кассини». Тот факт, что объект снова замечен после миссии Вояджеров, проходившей более четверти века назад, говорит о том, что гексагон представляет собой довольно устойчивое атмосферное образование.
Полярная зима и удачный угол обзора дали специалистам возможность рассмотреть глубинную структуру гексагона. Предполагается, что гексагон не связан с авроральной активностью планеты или её радиоизлучением, несмотря на то, что структура расположена внутри аврорального овала. Вместе с тем, объект, по данным «Кассини», вращается синхронно с вращением глубинных слоёв атмосферы и, возможно, синхронно с её внутренними частями. Если гексагон неподвижен относительно глубинных слоёв Сатурна (в отличие от наблюдаемых верхних слоёв атмосферы в более низких широтах), он может послужить опорой в определении истинной скорости вращения.
Сейчас основной точкой зрения по поводу природы феномена является модель, согласно которой Гигантский гексагон представляет собой некую стабильную волну, окружающую полюс.
Космические характеристики
При пролете около Сатурна АМС "Вояджер-1" обнаружила явления, которые, по-видимому, представляют собой интенсивные всплески радиоизлучения в районе планеты. Всплески происходили во всем регистрируемом частотном диапазоне и, возможно, исходят от колец планеты. Согласно другим предположениям, всплески могли быть порождены молниями в атмосфере планеты. Приборы АМС регистрировали скачок напряжения, в 106 раз превышающий то, что обусловила бы столь же удаленная вспышка молнии в земной атмосфере.
Ультрафиолетовый спектрометр зарегистрировал в южной полярной области Сатурна полярные сияния, охватывающие область протяженностью свыше 8000 км и сравнимые по интенсивности с такими явлениями на Земле.
Магнитосфера
До тех пор, пока первые космические аппараты не достигли Сатурна, наблюдательных данных о его магнитном поле не было вообще, но из наземных радиоастрономических наблюдений следовало, что Юпитер обладает мощным магнитным полем. Об этом свидетельствовало нетепловое радиоизлучение на дециметровых волнах, источник которого оказался больше видимого диска планеты, причем он вытянут вдоль экватора Юпитера симметрично по отношению к диску. Такая геометрия, а также поляризованность излучения свидетельствовали о том, что наблюдаемое излучение магнитно-тормозное и источник его - электроны, захваченные магнитным полем Юпитера и населяющие его радиационные пояса, аналогичные радиационным поясам Земли. Полеты к Юпитеру подтвердили эти выводы.
Поскольку Сатурн весьма сходен с Юпитером по своим физическим свойствам, астрономы предположили, что достаточно заметное магнитное поле есть и у него. Отсутствие же наблюдаемого с Земли магнитно-тормозного радиоизлучения объясняли влиянием колец.
Эти предложения подтвердились. Еще при подлете "Пионера-11" его приборы зарегистрировали в около планетном пространстве образования, типичные для планеты, обладающей ярко выраженным магнитным полем: головную ударную волну, границу магнитосферы (магнитопаузу), радиационные пояса. В целом магнитосфера весьма сходна с земной, но, конечно, значительно больше по размерам. Внешний радиус магнитосферы в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса планеты, а расстояние до ударной волны - 26 радиусов.
Радиационные пояса настолько обширны, что охватывают не только кольца, но и орбиты некоторых внутренних спутников планеты.
Как и ожидалось, во внутренней части радиационных поясов, которая "перегорожена" кольцами Сатурна, концентрация заряженных частиц значительно меньше. Причину этого легко понять, если вспомнить, что в радиационных поясах частицы совершают колебательные движения примерно в меридиональном направлении, каждый раз пересекая экватор. Но у Сатурна в плоскости экватора располагаются кольца: они поглощают почти все частицы, стремящиеся пройти сквозь них. В результате внутренняя часть радиационных поясов, которая в отсутствие колец была бы в системе наиболее интенсивным источником радиоизлучения, оказывается ослабленной. Тем не менее "Вояджер-1", приблизившись к планете, все же обнаружил нетепловое радиоизлучение его радиационных поясов.
Магнитное поле порождается электрическими токами в недрах планеты, - по-видимому, в слое, где под влиянием колоссальных давлений водород перешел в металлическое состояние. При вращении этого слоя с той угловой скоростью вращается и магнитное поле.
Вследствие большой вязкости вещества внутренних частиц планеты все они вращаются с одинаковым периодом. Таким образом, период вращения магнитного поля - это в то же время период вращения большей части массы (кроме атмосферы, которая вращается не как твердое тело).
Полярные сияния
Полярные сияния Сатурна вызваны высокоэнергетическим потоком от Солнца, которое охватывает планету. Полярное сияние может быть замечено только в ультрафиолетовом свете, создание которого не помогает рассмотреть его с Земли.
Это снимок полярного сияния, сделанный в ультрафиолете двумерным спектрографом (STIS) космического телескопа. Расстояние до Сатурна - 1.3 млрд. км. Полярное сияние имеет вид кольцевого занавеса, окружающего оба магнитных полюса планеты. Занавес поднимается более чем на полторы тысячи километров над поверхностью облаков.
Полярное сияние аналогично земному - оба связаны с частицами солнечного ветра, которые захватываются магнитным полем планеты как ловушкой и двигаются вдоль силовых линий от полюса к полюсу туда - обратно. В ультрафиолете полярное сияние лучше выделяется на фоне планеты благодаря сильному люминесцентному свечению водорода.
Изучение началось более 20 лет назад: «Пионер 11» обнаружил увеличение яркости у полюсов в далеком ультрафиолете в 1979г. Пролеты «Вояждеров» 1 и 2 в начале 1980-х дали общее описание полярного сияния. Эта аппараты впервые промерили магнитное поле, которое оказалось очень сильным.
Инфракрасное свечение
Известный своей яркой системой колец и многочисленными спутниками, газовый гигант Сатурн выглядит странным и незнакомым на этом представленном в искусственных цветах снимке, полученном космическим аппаратом «Кассини». Действительно, на этом составном изображении, полученном с помощью визуального и инфракрасного картирующего спектрометра (Visual and Infrared Mapping Spectrometer - VIMS) знаменитые кольца почти не различимы. Они видны с ребра и пересекают центр картинки.
Самый эффектный контраст на изображении - вдоль терминатора, или границы дня и ночи. Сине-зеленые оттенки справа (на дневной стороне) - это видимый солнечный свет, отраженный от вершин облаков. Но слева (на ночной стороне) солнечного света нет, и в инфракрасном излучении теплых внутренних частей планеты, похожем на свет китайского фонарика, видны силуэты деталей более глубоких слоев облаков. Тепловое инфракрасное свечение видно также в тенях колец, широкими полосами пересекающих северное полушарие.
Кольцевая система
С Земли в телескоп хорошо видны три кольца: внешнее, средней яркости кольцо А; среднее, наиболее яркое кольцо В и внутреннее, неяркое полупрозрачное кольцо С, которое иногда называется креповым. Кольца чуть белее желтоватого диска Сатурна. Расположены они в плоскости экватора планеты и очень тонки: при общей ширине в радиальном направлении примерно 60 тыс.км. они имеют толщину менее 3 км. Спектроскопически было установлено, что кольца вращаются не так, как твердое тело, - с расстоянием скорость убывает. Более того, каждая точка колец имеет такую скорость, какую имел бы на этом расстоянии спутник, свободно движущийся по круговой орбите.
Отсюда ясно: кольца по существу представляют собой колоссальное скопление мелких твердых частиц, самостоятельно обращающихся вокруг планеты. Размеры частиц столь малы, что их не видно не только в земные телескопы, но и с борта космических аппаратов.
Характерная особенность строения колец - темные кольцевые промежутки (деления), где вещества очень мало. Самое широкое из них (3500 км) отделяет кольцо В от кольца А и называется "делением Кассини" в честь астронома, впервые увидевшего его в 1675 году. При исключительно хороших атмосферных условиях таких делений с Земли видно свыше десяти. Природа их, по-видимому, резонансная. Так, деление Кассини - это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг планеты Сатурн ровно вдвое меньше, чем у ближайшего крупного спутника - Мимаса.
Из-за такого совпадения Мимас своим притяжением как бы раскачивает частицы, движущиеся внутри деления, и в конце концов выбрасывает их оттуда. Бортовые камеры "Вояджеров" показали, что с близкого расстояния кольца Сатурна похожи на граммофонную пластинку: они как бы расслоены на тысячи отдельных узких колечек с темными прогалинами между ними. Прогалин так много, что объяснить их резонансами с периодами обращения спутников уже невозможно.
Помимо колец А,В и С "Вояджеры" обнаружили еще четыре: D,E,F и G. Все они очень разрежены и потому неярки. Кольца D и E с трудом видны с Земли при особо благоприятных условиях; кольца F и G обнаружены впервые. Порядок обозначения колец объясняется историческими причинами, поэтому он не совпадает с алфавитным. Если расположить кольца по мере их удаления от Сатурна, то мы получим ряд: D,C,B,A,F,G,E. Особый интерес и большую дискуссию вызвало кольцо F.
К сожалению, вывести окончательное суждение об этом объекте пока не удалось, так как наблюдения двух "Вояджеров" не согласуются между собой. Бортовые камеры "Вояджера-1" показали, что кольцо F состоит из нескольких колечек общей шириной 60 км., причем два из них перевиты друг с другом, как шнурок. Некоторое время господствовало мнение, что ответственность за эту необычную конфигурацию несут два небольших новооткрытых спутника, движущихся непосредственно вблизи кольца F, - один из внутреннего края, другой - у внешнего (чуть медленнее первого, так как он дальше от планеты).
Притяжение этих спутников не дает крайним частицам уходить далеко от его середины, то есть спутники как бы "пасут" частицы, за что и получили название "пастухов". Они же, как показали расчеты, вызывают движение частиц по волнистой линии, что и создает наблюдаемые переплетения компонентов кольца. Но "Вояджер-2", прошедший близ Сатурна девятью месяцами позже, не обнаружил в кольце F ни переплетений, ни каких-либо других искажений формы, - в частности, и в непосредственной близости от "пастухов". Таким образом, форма кольца оказалась изменчивой. Для суждения о причинах и закономерностях этой изменчивости двух наблюдений, конечно, мало. С Земли же наблюдать кольцо F современными средствами невозможно - яркость его слишком мала.
Кольцо D - ближайшее к планете. Видимо, оно простирается до самого облачного шара Сатурна. Кольцо E - самое внешнее. Крайне разряженное, оно в то же время наиболее широкое из всех - около 90 тыс. км. Величина зоны, которую оно занимает, от 3,5 до 5 радиусов планеты. Плотность вещества в кольце E возрастает по направлению к орбите спутника Сатурна Энцелада. Возможно, Энцелад - источник вещества этого кольца. Частицы колец, вероятно, ледяные, покрытые сверху инеем. Это было известно еще из наземных наблюдений, и бортовые приборы космических аппаратов лишь подтвердили правильность такого вывода.
Размеры частиц главных колец оценивались из наземных наблюдений в пределах от сантиметров до метров. Когда "Вояджер-1" проходил вблизи Сатурна, радиопередатчик космического аппарата последовательно пронизывал радиолучом на волне 3,6 см. кольцо А, деление Кассини и кольцо С.
Затем радиоизлучение было принято на Земле и подверглось анализу. Удалось выяснить, что частицы указанных зон рассеивают радиоволны преимущественно вперед, хотя и несколько по-разному. Благодаря этому оценили средний поперечник частиц кольца А в 10 м, деления Кассини - в 8 м и кольца С - в 2 м. Сильное рассеяние вперед, но уже в видимом свете, обнаружено у колец F и E. Это означает наличие в них значительного количества мелкой пыли (поперечник пылинки около десятитысячных долей мм)
В кольце В обнаружили новый структурный элемент - радиальные образования, получившие названия "спиц" из-за внешнего сходства со спицами колеса. Они также состоят из мелкой пыли и расположены над плоскостью кольца. Не исключено, что "спицы" удерживаются там силами электростатического отталкивания. Любопытно отметить: изображения "спиц" были найдены на некоторых зарисовках планеты Сатурн, сделанных еще в прошлом веке. Но тогда никто не придал им значения. Исследуя кольца, "Вояджеры" обнаружили неожиданным эффект - многочисленные кратковременные всплески радиоизлучения, поступающего от колец. Это не что иное, как сигналы от электростатических разрядов - своего рода молнии.
Источник электризации частиц, по-видимому, столкновения между ними. Кроме того, была открыта окутывающая кольца газообразная атмосфера из нейтрального атомарного водорода. "Вояджерами" наблюдалась линия Лайсан-альфа (1216 А) в ультрафиолетовой части спектра. По ее интенсивности оценили число атомов водорода в кубическом сантиметре атмосферы. Их оказалось примерно 600. Нужно сказать, некоторые ученые задолго до запуска к Сатурну космических аппаратов предсказывали возможность существования атмосферы у колец. "Вояджерами" была также сделана попытка измерить массу колец. Трудность состояла в том, что масса колец по крайней мере в миллион раз меньше массы планеты Сатурн. Масса колец заведомо меньше 1,7 миллионных долей массы планеты.
| Кольцо D | 67 000 - 74 500 | 7 500 | |
| Кольцо C | 74 500 - 92 000 | 17 500 | |
| Щель Кулона | 77 800 | 100 | Шарль Кулон??? |
| Щель Максвелла | 87 500 | 270 | Джеймс Клерк Максвелл |
| Кольцо B | 92 000 - 117 500 | 25 500 | |
| Деление Кассини | 117 500 - 122 200 | 4 700 | Джованни Кассини |
| Щель Гюйгенса | 117680 | 285 - 440 | Христиан Гюйгенс |
| Кольцо А | 122 200 - 136 800 | 14 600 | |
| Деление Энкле | 133 570 | 325 | Иоганн Энкле |
| Щель Килера | 136 530 | 35 | Джеймс Килер |
| R/2004 S 1 | 137 630 | ? | |
| R/2004 S 2 | 138 900 | ? | |
| Кольцо F | 140 210 | 30 - 500 | |
| Кольцо G | 165 800 - 173 800 | 8 000 | |
| Кольцо E | 180 000 - 480 000 | 300 000 |
Открытие тонкой структуры колец
Самая "оригинальная" из планет, планета Сатурн, так же, как и Марс, находится под пристальным вниманием астрономического населения Земли.
XVII ВЕК: "Ясно вижу кольцо"
Необычный вид планеты Сатурн впервые подметил Галилео Галилей летом 1610 года. Он "с великим удивлением наблюдал Сатурн не в виде одной звезды, а состоящим из трех неподвижных почти касающихся звезд, при этом центральная крупнее боковых и все три расположены на прямой линии... В трубу с меньшим увеличением они не видны как три отдельные звезды: планета Сатурн представляется удлиненной звездой в форме оливы". Галилей сравнивал боковые звезды с покорными служителями, которые помогают престарелому Сатурну совершать свой путь и всегда держатся по обе стороны от него. Вскоре, однако, природа подшутила над исследователем. В 1612 году кольцо Сатурна оказалось повернутым к Земле ребром и "покорные служители" исчезли из поля зрения галилеевой трубы.
В 1614 году "боковые звезды" Сатурна видел в свою трубу иезуит Кристофер Шайнер, в 1616 году - сам Галилей, а в 30- 50-е годы XVII века их замечали такие известные наблюдатели, как Пьер Гассенди, Франческо Фонтана, Джованни-Батиста Риччиоли, Ян Гевелий. Но хотя отдельные зарисовки планеты определенно показывали кольцевые очертания, разгадать тайну неземного дива никак не удавалось. Даже Гевелий, обнаруживший периодичность смены фаз видимости Сатурна, так и не сумел разобраться, что же представляют собой эти украшения Сатурна. Правильное объяснение "диковинки" планеты и периодических изменений ее вида дал в 1659 году Христиан Гюйгенс, наблюдавший с 1655 года планету Сатурн сначала в 12-футовый, а затем в новый 23-футовый телескоп; "Опоясан кольцом, тонким, плоским, нигде не прилегающим, к эклиптике наклоненным".
Предвидя "недоверие тех, кто считает необычным и неправильным", что он "приписывает небесному телу форму доселе не встречавшуюся, тогда как считается непреложным законом природы, что им подобает сферический вид", Гюйгенс подчеркнул: "я не измыслил это предположение благодаря своей фантазии и воображению.., а ясно вижу кольцо собственными глазами".
1 - Г. Галилей, 1610 год;2 - К. Шайнер, 1614 год;3 - П. Гассенди, 1633 год;4 - Дж. Риччиоли, 1640 год;5, 6, 7, 8 - Я. Гевелий, 1640-1650 годы;9, 10 - П. Гассенди, 1645 год;11 - Е. Дивини, 1647 год;12 - Ф. Фонтана, 1648 год;13, 14, 15 - Дж. Риччиоли, 1648-1650 годы;16, 17- X. Гюйгенс, 1656, 1659 год;18 - Дж. Кампани, 1664 год;19 - В. Болл, 1665 год;20 - Я. Гевелий, 1675 год;21 - Ж. Кассини, 1676 год
В 1664 году Джузеппе Кампани, один из признанных мастеров телескопостроения, проверяя качество своего 35-футового инструмента, "расщепил" кольцо Сатурна на два - внешнее, более темное, и внутреннее, светлое (кольца А и В по современному обозначению, введенному в XIX веке О. В. Струве). А в 1675 году Христиан Гюйгенс и Жан-Доминик Кассини обнаружили между этими двумя кольцами темную полосу. Ее впоследствии назвали делением Кассини. Таким образом, "классические" (то есть отраженные в школьном учебнике астрономии) особенности кольца Сатурна были установлены в XVII столетии.
XVIII ВЕК: разброд и шатания
С правильными представлениями об устройстве кольца планеты Сатурн впервые встречаемся в одном из трудов Жака Кассини (1715 г.). По его мнению, кольцо могло быть "скоплением спутников, которые находились в одной плоскости и обращались вокруг планеты; ...величина их столь мала, что они не могут быть заметны по отдельности, но в то же время они столь близки друг к другу, что невозможно различить промежутки между ними, поэтому кажется, будто они образуют единое сплошное тело". Эту версию Кассини аргументировал ссылкой на третий закон Кеплера, согласно которому твердое кольцо должно быть разрушено притяжением планеты.
Правда, есть веские основания считать, что подобное объяснение природы сатурнова кольца принадлежит другому французскому ученому- Персонье Робервалю, одному из создателей Парижской академии в 1666 году. Однако эта гипотеза была чисто умозрительной, а потому далеко не единственной. В 30-х годах XVIII века французский ученый и инженер П.-Л. Мопертюи предположил, что кольцо Сатурна обязано своим происхождением кометам, которые планета захватывала при близком прохождении. Головы комет становились спутниками Сатурна, а хвосты образовали кольца. Ж.-Ж. Мэран и Ж.-Л. Бюффон, коллеги Мопертюи по Парижской академии, считали кольцо остатком экваториального вещества планеты. По Мэрану, планета Сатурн первоначально имела большие размеры, но, сжимаясь в результате охлаждения, сбросила внешние слои; согласно Бюффону, кольцо отделилось от планеты вследствие избытка центробежной силы. Впервые темное внутреннее кольцо Сатурна (кольцо С) наблюдал английский астроном Томас Райт.
Кольцо Сатурна представилось ему "образованным из многих колец, из которых два видны очень хорошо и заметно третье. Я наблюдал их в рефлектор с 5-футовым фокусом в марте 1739 года, причем внешнее относилось к внутреннему (кольцо А к кольцу В), как 1 к 3, а остальная часть (кольцо С) казалась очень темной. В это время кольцо было максимально развернутым", Интересную гипотезу строения кольца Сатурна развил в 1755 году Иммануил Кант в своем труде "Всеобщая естественная история и теория неба". Ему уже было известно о наблюдении "многих концентрических колец, отделенных Друг от друга некоторым пространством". Считая кольцо "газом частиц".
Кант доказывал, что так как равновесие кольца обусловлено равенством тяготения и центробежной силы, то в соответствии с законом сохранения углового момента разреженный, но все же "столкновительный" диск будет дробиться на узкие концентрические полосы и именно это предотвратит кольцо от полного разрушения. Рассуждения Канта о динамике разреженного кольца вполне состоятельны, а вывод о дроблении кольца на концентрические зоны предвосхитил ошеломляющие открытия XIX и XX веков. Итак, классические результаты XVII века обросли пестрыми сообщениями о наблюдении различных полос на кольцах А и В.
XIX ВЕК: А все-таки оно дробится!
Любопытнейшие детали строения кольца Сатурна открылись английскому капитану Генри Кейтеру - оптику, геодезисту, метрологу. 17 декабря 1825 года наблюдая в ньютоновский телескоп (фокус 40 дюймов, апертура 6,25 дюйма), Кейтер предположил, что видит "внешнее кольцо разделенным многочисленными темными полосами, чрезвычайно близкими, причем одна сильнее остальных и делит кольцо примерно пополам". В этот же вечер явление было засвидетельствовано двумя другими людьми, которым Кейтер показывал кольцо Сатурна. 16 и 17 января 1826 года полосы представились Кейтеру менее отчетливыми.
Наконец, 22 января 1828 года, когда основное деление прослеживалось превосходно, "не ощущалось никаких следов делений внешнего кольца. Поэтому я убежден, что они не являются неизменными". О своих наблюдениях Кейтер сообщил в начале 1826 года Джону Гершелю, который вскоре исследовал кольцо Сатурна в 20-футовый телескоп и ничего особенного не обнаружил. Летом 1826 года Василий Яковлевич Струве, основываясь на своих наблюдениях, заявил: "Что касается деления кольца на многочисленные части, я не заметил никаких следов".
Однако в 1838 году римский священник Франческо де Вико в 6-дюймовый ахроматический телескоп вновь отчетливо видел и показал своим ученикам и друзьям три темные полосы - одну почти посередине кольца А и две другие на кольце В. Видимость полос немного менялась в зависимости от атмосферных условий, а при прохождении Сатурна через меридиан иногда были видны сразу шесть колец. В том же году вышла обстоятельная статья немецкого астронома Иоганна-Франца Энке. Он писал, что 25 апреля 1837 года, когда литература о делениях кольца Сатурна была ему почти неизвестна, он испытывал новый ахроматический окуляр и увидел, что "ушки" внешнего кольца разделены штрихами на две равные части. Деление систематически исследовалось в мае-июле, был выполнен ряд микрометрических измерений его положения и толщины.
Появление этой низкоконтрастной полосы, которую Энке и другие одновременно наблюдали либо посередине кольца А, либо чуть ближе к его наружному краю, обусловлено, как выяснилось в наши дни, наложением нескольких близких темных полос.
Вместе с тем современные наблюдения подтвердили наличие крайне узкой высококонтрастной щели вблизи наружного-края кольца А, которую отчетливо видел в 36-дюймовый рефрактор Ликской обсерватории (США) и зарисовал Джеймс Килер 7 января" 1888 года. Но именно эту полосу сейчас называют делением Энке. В своей статье Энке привел также данные наблюдений Иоганна-Готфри де Галле. Тот видел, что 8 мая 1838 года" "внутренний край внутреннего кольца расплывался", а 25 мая "темное пространство между Сатурном и его кольцом было образовано, вплоть до середины, плавным протяжением внутреннего края кольца в темноту".
Это робкое описание кольца С дано" через 100 лет после наблюдений Райта. Результаты Райта так и не стал достоянием широкой астрономической общественности; напротив, наблюдения Галле, опубликованные в "Записках Берлинской академии наук", получили известность "всего" 13 лет спустя, вскоре после того, как в конце 1850 года кольцо С было окончательно открыто в Америке и Европе. Осенью 1851 года независимо, на разных материках, вновь были зарегистрированы деления на кольце В. В 1859 году будущий создатель классической электродинамики Джеймс Максвелл доказал, что кольцо Сатурна не может быть единой системой, твердой или жидкой, и подтвердил - на более высоком математическом уровне - вывод Канта о дроблении кольца. Чтобы система колец могла существовать, она, утверждал Максвелл, "должна состоять из бесконечного числа независимых частиц, обращающихся вокруг планеты с различными скоростями.
Эти частицы могут собираться в серии узких колец или же могут двигаться внутри своего ансамбля хаотически. В первом случае разрушение будет чрезвычайно медленным, во втором - более быстрым, но при этом может появиться тенденция к скучиванию в узкие кольца, что замедлит разрушительное действие". Таким образом, данные наблюдений структуры кольца Сатурна получили в XIX столетии не достававшие ранее атрибуты надежных результатов: независимость от места наблюдений и конкретных инструментов, повторяемость, возможность проверки. Но почему все-таки, начиная с середины XIX века, никто больше не наблюдал многочисленных делений на кольцах А и В? Возможно, это отчасти объясняется ухудшением астроклимата - астрономы первыми ощутили последствия мирового промышленного бума.
История визуальных наблюдений кольца Сатурна, его тонкой структуры за последние лет сто почти уже забылась, но в наши дни - благодаря "указаниям" "Вояджеров"- была спешно реставрирована, и интерес к ней возродился вновь. И тогда мы узнали, что для астрономов XIX века отнюдь не в диковинку оказалось бы открытие большого числа делений на кольце планеты Сатурн.
Поразительно, насколько совпадает предполагаемое дробление кольца на рисунках английского астронома Р. Проктора, с изображением, переданным на Землю "Вояджером-1". Признавав заслуги астрономов прошлого в изучении "сатурнова украшения", Международный астрономический союз недавно присвоил отдельным делениям кольца имена Гюйгенса, Максвелла и Килера.
Спутники
Если до полетов космических аппаратов к Сатурну было известно 10 спутников планеты, то сейчас мы знаем около 60 естественных спутников Сатурна, а также три предполагаемых. Крупнейший из спутников - Титан. Ученые предполагают, что условия на этом спутнике Сатурна схожи с теми, которые существовали на нашей планете 4 миллиарда лет назад, когда на Земле только зарождалась жизнь.
Новые спутники весьма малы, но, тем не менее, некоторые из них оказывают серьезное влияние на динамику системы Сатурна. Таков, например, маленький спутник, движущийся у внешнего края кольца А, он не дает частицам кольца выходить за пределы этого края - это Атлас.
Некоторые из них имеют среднюю плотность 1,0 г/см3, что больше соответствует водяному льду. Плотность других несколько выше, но тоже невелика (исключение - Титан). Например, Рея, пятый классический спутник Сатурна, имеет плотность 1,3 г/см3. Присутствие большого количества льда в составе спутников Сатурна - это прямое указание на их образование в зоне низких температур, которые и ныне характерны для внешней части Солнечной системы. Согласно существующим теориям в период формирования планет на периферии протопланетного облака температуры были очень низкими, и легкие летучие вещества, такие, как водяной пар, конденсировались преимущественно на периферии.
Спутники названы в честь героев античных мифов о титанах и гигантах. Почти все эти космические тела светлые. У наиболее крупных спутников формируется внутреннее каменистое ядро.
Спутники планеты и ее кольца предлагают небесной механике несколько загадок. В 1980 г. несколько групп исследователей объявили о новых удивительных открытиях. Например, по орбите Дионы, четвертого крупного спутника, движется еще один спутник S6 (Хелена).
Ниже перечислены все спутники планеты Сатурн, имеющие собственные имена, в порядке их удаленности от планеты с указанием в скобках их радиусов (в километрах) и средних расстояний от Сатурна (в тысячах километров):
| Пан | 10 | 133,583 |
| Дафнис | 7 | 136,505 |
| Атлас | 20 | 137,7 |
| Пандора | 70 | 139,4 |
| Прометей | 55 | 141,7 |
| Эпиметей | 70 | 151,4 |
| Янус | 110 | 151,5 |
| Мимас | 196 | 185,5 |
| Метона | 1,5 | 194,3 |
| Паллена | 2 | 212,3 |
| Энцелад | 250 | 238 |
| Тефия | 530 | 294,66 |
| Телесто | 17 | 294,66 |
| Калипсо | 17 | 294,66 |
| Диона | 560 | 377,39 |
| Елена (Хелена, Диона B) | 18 | 377,39 |
| Полидевк | 1,8 | 377,39 |
| Рея | 754 | 527,1 |
| Титан | 2575 | 1221,9 |
| Гиперион | 205 | 1481 |
| Япет | 730 | 3560,8 |
| Кивиок | 8 | 11333,2 |
| Иджирак | 6 | 11372,8 |
| Феба | 110 | 12944 |
| Палиак | 9,7 | 14923,8 |
| Скади | 3,2 | 15576,2 |
| Альбиорикс | 16 | 16401,6 |
| Эрриапо | 4,3 | 17408,7 |
| Сиарнак | 20 | 17905,7 |
| Тарвос | 6,5 | 18160,2 |
| Мундилфари | 2,8 | 18360,1 |
| Нарви | 3,3 | 19370,7 |
| Суттунг | 2,8 | 19666,7 |
| Трюм (Thrymr) | 2,8 | 20810,3 |
| Имир | 8 | 23174,6 |
Все открытые спутники сравнительно малы no-размерам, имеют геометрическое альбедо 0,3-0,5 и неправильную, за одним исключением, форму. Среди них впервые были обнаружены так называемые спутники «пастухи» (иногда их по аналогии с английским термином называют «сторожевыми собаками»). Они своим гравитационным воздействием как бы фокусируют движение отдельных частиц в кольцах, не допуская их выпадения из общего ансамбля.
Орбиты малых спутников, обладающих этими особенностями, располагаются следующим образом. У самого внешнего края кольца A, на среднем расстоянии от центра Сатурна 137670 км, находится «пастух» кольца A, 1980 S 28 (Атлас), размерами около 20 км. 1980 S 27 и 1980 S 26 - соответственно внутренний и внешний «пастухи» кольца F с размерами 70х40 и 55х40 км и средним радиусом орбит 139353 и 141700 км. Два коорбитальных спутника, 1980 S 1 и 1980 S 3 (Янус и Эпиметий), немного больше: 110х90 км и 70х55 км. Их орбиты отличаются всего на 50 км: 151422 и 151472 км. На орбите Тефии (294700 км) находятся маленькие тела размером 50-60 км, 1980 S 25 и 1980 S 13 (Калипсо и Телесто), первое из которых, может, имеет более или менее правильную шаровую форму. Наконец, на орбите Дионы (377500 км) находится такое же маленькое тело - 1980 S 6.
Перейдем к классическим (крупным) спутникам Сатурна. Все они (кроме Фебы) находятся в синхронном вращении, т. е. постоянно обращены к Сатурну одной стороной (Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан, Гиперион, Япет, Феба).
Слежение за спутниками Сатурна:
На этих пяти парах фотографий, полученных космическим телескопом им. Хаббла, заметно, как некоторые спутники Сатурна движутся вокруг своей окольцованной планеты. Все снимки были сделаны последовательно, с интервалом 97 минут (это период обращения телескопа вокруг Земли) 21 ноября 1995 года. Фотографии получены 2-й широкоугольной планетной камерой. Обычно яркие кольца Сатурна видны почти с торца. На верхней паре фотографий по центру висит большой яркий спутник Диона, тогда как меньшие спутники Пандора, Прометей и Мимас (на верхнем правом снимке) находятся у диска планеты вблизи внешнего кольца.
На второй и третьей паре снимков спутники Рея и Эпиметей пролетают как бы в танце. Когда кольца Сатурна расположены торцом к Земле, уменьшается количество света, приходящего от колец. Тогда астрономам предоставляется возможность исследовать сложную систему спутников этой планеты и искать с трудом замечаемые неоткрытые спутники.
История открытий
Планета Сатурн - одна из пяти планет Солнечной системы, легко видимых невооруженным глазом с Земли. В максимуме блеск Сатурна превышает первую звёздную величину.
Впервые наблюдая планету Сатурн через телескоп в 1609-1610 годах, Галилео Галилей заметил, что Сатурн выглядит не как единое небесное тело, а как три тела, почти касающихся друг друга, и высказал предположение, что это два крупных «компаньона» (спутника) Сатурна. Два года спустя Галилей повторил наблюдения и, к своему изумлению, не обнаружил спутников.
В 1659 году Гюйгенс, с помощью более мощного телескопа, выяснил, что «компаньоны» - это на самом деле тонкое плоское кольцо, опоясывающее планету и не касающееся её. Гюйгенс также открыл самый крупный спутник Сатурна - Титан. Начиная с 1675 года изучением планеты занимался Кассини. Он заметил, что кольцо состоит их двух колец, разделённых чётко видимым зазором - щелью Кассини, и открыл ещё несколько крупных спутников Сатурна.
В 1979 году космический аппарат «Пионер-11» впервые пролетел вблизи Сатурна, а в 1980 и 1981 годах за ним последовали аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Эти аппараты впервые обнаружили магнитное поле Сатурна и исследовали его магнитосферу, наблюдали штормы в атмосфере Сатурна, получили детальные снимки структуры колец и выяснили их состав.
В 1990-х годах планета Сатурн, его спутники и кольца неоднократно исследовались космическим телескопом Хаббл. Долговременные наблюдения дали немало новой информации, которая была недоступна для «Пионера-11» и «Вояджеров» при их однократном пролёте мимо планеты.
В 1997 году к Сатурну был запущен аппарат «Кассини-Гюйгенс» и, после семи лет полёта, 1 июля 2004 года он достиг системы Сатурна и вышел на орбиту вокруг планеты. Основными задачами этой миссии, рассчитанной минимум на 4 года, является изучение структуры и динамики колец и спутников, а также изучение динамики атмосферы и магнитосферы Сатурна. Кроме того, специальный зонд «Гюйгенс» отделился от аппарата и на парашюте спустился на поверхность спутника Сатурна Титана.
| Год | Ученый | Открытие |
| 1610 | Г. Галилей | Первое телескопическое наблюдение Сатурна. Зарисовано как три звездочки. |
| 1633 | Первая зарисовка планеты Сатурн. | |
| 1655 | Г.Х. Гюйгенс | 25 марта открывает кольцо Сатурна и первый спутник - Титан. |
| 1671 | Дж. Кассини | Открывает спутник Япет, 23.12.1672г - спутник Рея, 1675г - цель в кольце, в 1684г спутники Тефия и Диона. |
| 1790 | В. Гершель | Определяет период вращения Сатурна. |
| 1837 | И. Ф. Энке | Открывает вторую щель в кольце. |
| 1838 | И. Г. Галле | Открывает внутреннее кольцо Сатурна (кольцо С в кольце В). |
| 1840 | Дж. Ф. Гершель | Дает название первым пяти открытым спутникам. |
| 1857 | Д. К. Максвелл | Доказал теоретически, что кольца должны состоять из множества несвязанных частиц (работа печатается в 1859г). |
| 1876 | Открывается Белое пятно (наблюдается периодически). | |
| 1895 | А.А. Белопольский | Доказывает метеорный состав колец Сатурна. |
| 1932 | В атмосфере планеты открыты метан и аммиак. | |
| 1979 | КА "Пионер - 11" | Пролетая 1 сентября в 21400 км от планеты, обнаружил магнитосферу планеты и показал тонкую структуру колец. Открыты два новых кольца. |
| 1980 | КА "Вояджер - 1" | 12 ноября пролетает мимо планеты в 123000 км, исследует спутник Титан, открывает 5 спутников, новые кольца. |
| 1981г | КА "Вояджер - 2" | 27 августа сближается с планетой. Исследует Титан, радиационные пояса, магнитное поле. |
| 2000г | Бретт Глэдман | В течение года открывает 10 новых спутников у планеты. |
Сатурн в сравнении с Землей
| Основные параметры | Показатель Сатурна | Земной показатель | Сатурн/Земля |
| ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПЛАНЕТЫ | |||
| Масса (1024 кг) | 568,46 | 5,9736 | 95,159 |
| Объем (1010 км3) | 82713 | 108,321 | 763,59 |
| Экваториальный радиус (км) | 60268 | 6378,1 | 9,449 |
| Полярный радиус (км) | 54364 | 6356,8 | 8,552 |
| Объемный средний радиус (км) | 58232 | 6371,0 | 9,140 |
| Средняя плотность (кг/м3) | 687 | 5515 | 0,125 |
| Гравитация (м/с2) | 10,44 | 9,80 | 1,065 |
| Ускорение свободного падения (м/с2) | 8,96 | 9,78 | 0,916 |
| Вторая космическая скорость (км/с) | 35,5 | 11,19 | 3,172 |
| Альбедо | 0,342 | 0,306 | 1,12 |
| Визуальное альбедо | 0,47 | 0,367 | 1,28 |
| Солнечная энергия (W/m2) | 14,90 | 1367,6 | 0,011 |
| Температура абсолютно черного тела (К) | 81,1 | 254,3 | 0,319 |
| Момент инерции (I/MR2) | 0,210 | 0,3308 | 0,635 |
| Число естественных спутников | 47 | 1 | - |
| Планетарная кольцевая система | Да | Нет | - |
| ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОРБИТЫ | |||
| Полуглавная ось (расстояние от Солнца) (106 км) | 1433,53 | 149,60 | 9,582 |
| Сидерический период орбиты (дней) | 10759,22 | 365,256 | 29,457 |
| Тропический период орбиты (дней) | 10746,94 | 365,242 | 29,424 |
| Максимальная орбитальная скорость (км/с) | 10,18 | 30,29 | 0,336 |
| Минимальная орбитальная скорость (км/с) | 9,09 | 29,29 | 0,310 |
| Наклон орбиты (градусы) | 2,485 | 0,000 | - |
| Эксцентриситет Орбиты | 0,0565 | 0,0167 | 3,383 |
| Период вращения вокруг своей оси (часы) | 10,656 | 23,9345 | 0,445 |
| Продолжительность светового дня (часы) | 10,656 | 24,0000 | 0,4414 |
| Наклон оси (градусы) | 26,73 | 23,45 | 1,140 |
| ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОБСЕРВАТОРИЙ | |||
| Исследователь | Неизвестен | ||
| Дата открытия | Доисторические времена | ||
| Минимальное расстояние до Земли (106 км) | 1195,5 | ||
| Максимальное расстояние до Земли (106 км) | 1658,5 | ||
| Максимальная визуальная величина | 0,43 | ||
| ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АТМОСФЕРЫ | |||
| Поверхностное давление (bar) | более 1000 bars | ||
| Плотность атмосферы 1 bar (кг/м3) | 0,19 | ||
| Высота атмосферы (км) | 59.5 | ||
| Ср. температура 1 bar (К) | 134 K / - 139 C | ||
| Ср. температура 0,1 bar (К) | 84 K / - 189 C | ||
| Скорость ветра (м/с) | 400 м/с (30° широт) | ||
| Молекулярный вес | 2,07 г/моль | ||
| Основной состав атмосферы | Молекулярный водород (H2) - 96,3%;Гелий (He) - 3,25% | ||
| Другие составляющие - ppm (промили) | Метан (CH4) - 4500 (2000);Аммиак (NH3) - 125 (75);HD - 110 (58);Этан (C2H6) - 7 (1,5); | ||
| Аэрозоли | Аммиачные и водные кристаллики льда, аммиак гидросульфид | ||
Сатурн - шестая планета по удалённости от центра нашей Солнечной системы. По своим габаритам он занимает второе место после Юпитера среди других планет, вращающихся на орбите Солнца. Учёные относят Сатурн к газовым гигантам. А назван он был в честь древнего бога плодородия, символом которого являлся серп.
В химическом составе планеты фигурирует водород. В незначительном количестве также находятся примеси гелия, метана, аммиака и молекулы воды. Ядро планеты состоит из железа, льда и никеля. Сверху оно покрыто металлическим водородом и лёгкой газовой оболочкой. Если наблюдать за атмосферой гиганта из космоса, то её можно будет охарактеризовать как достаточно однородную и спокойную, с наличием в ней крупных образований. Скорость ветра в некоторых областях планеты способна достигать отметки 1800 км/ч, что существенно превышает подобные показатели на Юпитере. Сила напряжённости магнитного поля Сатурна находится где-то посередине между показателями полей Земли и Юпитера. Если говорить конкретно о площади магнитного поля гиганта, то оно простирается почти на 1 миллион километров по направлению к Солнцу.
Особенностью Сатурна является его знаменитая система видимых колец. Они состоят из замёрзших частиц газа, пыли и тяжелых элементов. Под влиянием гиганта на текущий момент находится 63 спутника. Титан - крупнейший среди них. Он же считается вторым по габаритам спутником планет, которые вращаются вокруг Солнца. Самым крупным спутником Солнечной системы является Ганимед, он находится под властью Юпитера.
В 1997 году на орбиту Сатурна была запущена межпланетная автоматическая станция «Кассини». В 2004 году она достигла системы Сатурна и с тех пор осуществляет наблюдение за гигантом. Задачей станции является исследование колец, их структуры, динамических процессов в атмосфере и магнитном поле Сатурна.
Сатурн как планета Солнечной системы
Как было упомянуто ранее - Сатурн причислен к газовым гигантам на основании того, что у него не имеется твердой поверхности и состоит он главным образом из летучих веществ - газов. Радиус экватора Сатурна равен 60,3 тысячи километров, а полярный радиус - 54,4. Известно, что среди всех планет Солнечной системы Сатурну присуще самое мощное сжатие. Масса гиганта почти в 100 раз больше массы Земли. Но средняя плотность газовой планеты составляет около 0,7 г/см2. Этот показатель свидетельствует о том, что Сатурн является единственной в своём роде планетой, принадлежащей к нашей звёздной системе, плотность которой меньше плотности воды. При значительном различии (почти в 3 раза) показателей массы Сатурна и Юпитера, разница между их экваториальными диаметрами равна всего лишь 19%. Если говорить о показателях плотности других планет из числа газовых гигантов, то у них они значительно выше.
Орбитальные характеристики и вращение
Дистанция от Солнца до Сатурна составляет 1430 миллиона километров. Полный оборот вокруг светила гигант совершает почти за 11 тысяч дней (при скорости вращения 9,8 км/с), что равно примерно 30 земным годам.
Видимые объекты, находящиеся в атмосфере Сатурна, имеют разную скорость вращения, это зависит от широты, на которой они располагаются.
Полный оборот Сатурна вокруг его оси совершается в течение 10 часов и 34 минут. Он также является единственной планетой, осевая скорость вращения которой на экваторе больше, нежели орбитальная.
Показатели скорости вращения Сатурна различны как по широте и долготе, так и по временным промежуткам. Такой вывод сделал исследователь Вильямс. Данные о переменности периода вращения экваториальной области гиганта за период в 200 лет дали основания полагать, что в основном на это воздействуют циклы, полугодовой и годовой.
Происхождение планеты Сатурн
Происхождение Сатурна объясняется двумя основными гипотезами. Гипотеза «контракции» заключается в сопоставлении газового гиганта с Солнцем по количеству вращающихся вокруг них тел и наличию значительной доли водорода в химическом составе. Объясняют это тем, что при формировании планет в ранней Солнечной системе также образовывались массивные «сгущения». Именно из этого материала и стали в дальнейшем формироваться планеты. То есть, согласно первой теории, они формировались аналогичным способом, что и само Солнце. Однако с помощью этой гипотезы невозможно объяснить причину различия в химическом составе Солнца и Сатурна.
По гипотезе «аккреции» формирование Сатурна происходило в два этапа. Сторонники этого мнения считают, что сначала гигант сформировался по тому же принципу, по какому образовывались твёрдые планеты. Но потом в область Сатурна из области Юпитера стали регулярно попадать потоки газа, сильно изменившие химический состав планеты. Начался второй этап становления Сатурна. В более поздний период вблизи поверхности гиганта происходил процесс аккреции газа. Температура наружных слоёв планеты в это время достигала 2000 °C.
Атмосфера Сатурна и её строение
Верхние слои атмосферы гиганта лишь на 3,5% состоят из гелия, а оставшиеся 96,5% - из водорода. Также в некотором количестве имеются примеси фосфина, аммиака, этана и метана. Во время миссий «Вояджеров» было обнаружено, что на Сатурне присутствуют сильнейшие потоки ветра. С помощью орбитальных аппаратов учёным удалось установить их примерную скорость - 500 м/с. Такие ветры, как правило, дуют в восточном направлении. Их мощь ослабевает с удалением от экватора. Потенциал потоков значительно уменьшается ввиду того, что им начинают противостоять западные ветры. Учёные обнаружили также тот факт, что «движение» происходит как в верхних слоях атмосферы Сатурна, где находятся облака, так и в нижних. На глубине до 2 тысяч километров также присутствует определённая активность. С помощью измерений, сделанных «Вояджером», учёным удалось установить, что ветры всегда направлены вдоль экватора как в северном, так и в южном полушариях.
Астрофизики из Британии обнаружили ещё один тип полярного сияния, который также присутствует на Сатурне. Оно представляет собой кольцо, опоясывающее один из полюсов газового гиганта.
Также в атмосфере планеты время от времени появляются устойчивые образования в виде сверхмощных ураганов. Такие же объекты ранее наблюдались и у других газовых планет нашей системы. Что касается Сатурна, то впервые «Большой белый овал» аппаратам удалось зафиксировать около 15 лет назад. Проявляется он на планете также с определённой частотой - один раз в 30 лет.
В 2008 году межпланетная автоматическая станция «Кассини» сделала фотографии северного полюса планеты. Съёмка на момент исследования велась в инфракрасном диапазоне. Учёные заметили полярные сияния, которые также были признаны «уникальным» явлением для планет, входящих в Солнечную систему. Новые снимки сияний также удалось получить в видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Сияния, обнаруженные в области полюсов Сатурна, почти всегда имеют кольцеобразную форму, редко спиральную или овальную. Полярные сияния имеют голубой цвет, а облака, лежащие внизу - красный.
По сравнению с полярными сияниями Юпитера, на Сатурне их происхождение не вызвано неравномерностью вращения плазменных слоёв магнитосферы. Многие учёные придерживаются мнения, что возникновение сияний как раз связано с воздействием солнечных ветров. Вид и форма сияний Сатурна время от времени изменяются.
В определённые периоды, сопровождающиеся сильными магнитными штормами и бурями, на Сатурне можно наблюдать мощные разряды молнии. Известно, что они влияют на электромагнитную активность планеты, которая всегда нестабильна. В 2010 году космический аппарат «Кассини» сумел отчетливо снять шторм, который напоминал дым от сигареты. Подобный по мощности шторм был также зафиксирован станцией в середине 2011 года.
Шестиугольник Сатурна. Образование на северном полюсе планеты
Скопившиеся в районе северного полюса планеты облака образуют гексагональную фигуру - шестиугольник. Впервые феномен был открыт при анализе снимков, полученных со станции «Вояджер» в 80-х годах прошлого столетия. Обнаруженное явление признали уникальным для нашей Солнечной системы. Загадочный шестиугольный гигант находится на широте 78°. Период его вращения равен 10 часам и 40 минутам. Этот период сопоставим с периодом снижения или увеличения радиоизлучения планеты.
Выяснилось, что облака, образующие шестиугольник, имеют редкие структуры. Также исследования 2006 года установили, что это образование оставалось стабильным на протяжении 20 лет.
Следует отметить, что некоторые облака в атмосфере Земли также могут обладать шестиугольной формой. Но сатурнианские шестиугольники имеют более правильную форму.
Подробное объяснение открытому явлению пока никому не удалось найти. Но все же учёные смоделировали структуру атмосферы Сатурна и выяснили вероятные причины образования скоплений именно такой формы. Во время эксперимента был взят баллон с водой, вмещающий 30 литров, который закрепили на вращающуюся поверхность. Внутри него были размещены кольца небольшого диаметра, которые вращались быстрее самой ёмкости. Было установлено, что чем больше становилась скорость вращения кольца, тем больше форма вихря «отклонялась» от круговой формы. В результате эксперимента учеными был получен шестиугольный вихрь.
Внутреннее строение Сатурна
Для нижних слоёв атмосферы Сатурна характерны более высокая температура и давление. Водород здесь переходит в жидкое состояние. Этот переход не происходит резко. На глубине 30 тысяч км водород под давлением приблизительно 3 миллиона атмосфер становится металлическим. Циркуляция токов в таком водороде начинает формировать магнитное поле. В центральной части планеты располагается крупное ядро из металлов, льда и силикатов. Его температура равна 11,7 тысячи °C. При этом энергия, высвобождаемая планетой в космическое пространство, примерно в 2,5 раза превышает энергию, которую Сатурну даёт Солнце. Определённая часть энергии генерируется. Сжимаясь, она начинает преобразовываться в тепло. Но такое явление - не единственный источник энергии газового гиганта. Считается, что часть тепла создаётся на планете из-за процесса конденсации гелия и дальнейшего проникновения его капель (соединений) через менее плотный водородный слой. Результат - переход потенциальной энергии капель гелия в тепловую энергию.
Структура магнитного поля Сатурна
Магнитную сферу Сатурна открыли при выполнении миссии орбитального комплекса «Пионер-11». Это произошло в 1979 году. Оказалось, что магнитосфера планеты по своим размерам уступает лишь магнитосфере Юпитера. Зона между магнитосферой планеты и областью, которой достигает солнечный ветер, находится от Сатурна на удалении, равном 20-ти его радиусам. Хвост магнитосферы измеряется несколькими сотнями таких радиусов. Магнитосфера планеты состоит из плазмы, которую продуцируют Сатурн и его спутники. Среди спутников важную роль играет Энцелад, точнее, его гейзеры. Они выбрасывают водяной пар, который подвергается ионизации магнитным полем планеты.
Видимым признаком «контакта» магнитосферы Сатурна и солнечного ветра являются яркоокрашенные полярные сияния овальной формы, окружающие полюса планеты. Они образуются путём генерации энергии, освобождающейся вследствие взаимодействия магнитосферы и солнечного ветра. В атмосфере Сатурна полярные сияния можно наблюдать в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Магнитное поле Сатурна, равно как и Юпитера, формируется вследствие эффекта динамики во время циркуляции металлического водорода во внешних слоях ядра планеты.
Магнитное поле Сатурна можно охарактеризовать как дипольное (как у Земли), где всегда присутствуют два полюса - южный и северный. Магнитный диполь газового гиганта напрямую связан с вращением его оси. Именно это и делает поле ассиметричным. У этого диполя наблюдается небольшое смещение вдоль оси планеты по направлению к северному полюсу.
Внутреннее магнитное поле газового гиганта способствует отклонению солнечного ветра от его поверхности, препятствуя его «контакту» с атмосферой. Оно также влияет на состав плазмы магнитосферы планеты, которая становится отличной от плазмы солнечного ветра. Как и в случае с Землёй, область, создающая границу между магнитосферой и солнечным ветром, называют магнитопаузой. Дистанция от магнитопаузы до «сердца» Сатурна находится в промежутке 16-27 Rs. На это расстояние оказывает влияние давление солнечного ветра, которое напрямую зависит от активности звезды на данный момент. Принято считать, что среднее расстояние от планеты до магнитопаузы - 22 Rs. Длинный хвост магнитосферы образовывается из-за влияния мощных потоков солнечного ветра.
Исследования Сатурна
Сатурн представляет собой одну из пяти крупнейших планет нашей звездной системы, которую можно увидеть с поверхности Земли без применения специальной оптики. Максимум блеска Сатурна превосходит значение первой звёздной величины. Чтобы стали видны кольца Сатурна, необходимо применение телескопа диаметром 15 мм+. При использовании приборов с хорошей увеличительной способностью становится видна более тёмная «шапка» на полюсах планеты, а также тень колец Сатурна. При апертуре (характеристике) оптического прибора в 150-200 мм можно увидеть пять крупных полос облаков атмосферы.
Впервые Галилео Галилей наблюдал Сатурн с помощью телескопа в начале XVII века. Планета выглядела не как однородный небесный объект, а как три отдельных, находящихся рядом друг с другом. Сначала возникло мнение, что два из них являются крупными спутниками Сатурна. Но несколько лет спустя самим Галилеем не было обнаружено крупных спутников планеты. В середине XVII столетия Гюйгенсом при помощи более мощного прибора было установлено, что те самые спутники - это не что иное, как тонкий круг, опоясывающий планету, не соприкасающийся с ней. Учёные также открыли Титан - крупнейший спутник Сатурна. В последней четверти XVII века к плотному изучению гигантской планеты приступил Джованни Кассини. Он обнаружил, что крупное кольцо на самом деле состоит из двух, разделённых зазором, который получил название «щель Кассини». Также учёным было открыто ещё несколько спутников газового гиганта: Рея, Япет, Тефия и Диона.
Только в конце XVIII века У. Гершель открыл два новых спутника Сатурна: Мимас и Энцелад. После этого британскими астрономами был обнаружен спутник Гиперион со странной, несферической, формой. И уже в конце XX века Уильямом Пикерингом была открыта Феба - нерегулярный спутник Сатурна. В 40-х годах XX столетия Джерард Койпер заявил о наличии мощной атмосферы на Титане - самом крупном спутнике гиганта, что стало уникальным явлением для спутников планет Солнечной системы.
В 90-х годах прошлого века Сатурн со всеми его спутниками и кольцами многократно исследовался с помощью телескопа «Хаббл». Пристальные наблюдения помогли открыть много новых фактов, которые были недоступны при одноразовых пролётах аппаратов «Пионер-11» и «Вояджеров» над планетой.
Исследования Сатурна космическими аппаратами «Кассини-Гюйгенс», «Пионер-11», «Пионер-22», «Вояджер»
В 1979-ом году американская автоматическая станция «Пионер-11» впервые за всю историю астрономии пролетела рядом с Сатурном. Запланированное исследование планеты началось в августе. Максимальное приближение станции к поверхности Сатурна состоялось в начале сентября 1979 года. В тот момент были сделаны уникальные кадры нескольких областей планеты и её спутников. Но разрешение аппаратов, осуществлявших наблюдения, было недостаточным для получения чётких снимков поверхности планеты-гиганта. Также ввиду дефицита солнечного света изображения оказались слишком тёмными. Чтобы получить больше информации о загадочных кольцах Сатурна, аппарат был направлен в их область и пролетел под кольцами. Именно тогда было открыто тонкое кольцо «F». В миссию «Пионера-11» также входило измерение температуры Титана.
Через год после исследований Сатурна, осуществлённых «Пионером-11», к изучению планеты также были подключены американские станции «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Первая машина сблизилась с Сатурном 13 ноября 1980 года и сделала множество снимков лучшего качества, чем это было сделано «Пионером-22». Также в это время учёным удалось получить изображения хорошего качества спутников Сатурна: Титана, Реи, Энцелада, Дионы, Мимаса и Тефии. В результате данной миссии станция сумела приблизиться к Титану на расстояние 6,5 километра, что позволило получить больше информации об атмосфере и температуре поверхности спутника. Также было обнаружено, что Титан имеет очень плотную атмосферу, не пропускающую достаточного для получения качественных снимков количества солнечного света.
Ровно через год к Сатурну приблизилась другая автоматическая космическая станция - «Вояджер-2». Главная миссия этого аппарата заключалась в проведении исследований атмосферы гиганта при помощи специального радара. Благодаря ему и удалось выяснить данные о плотности и температуре атмосферы планеты. За весь период наблюдений им было сделано и направлено на Землю примерно 16 тысяч снимков. Но во время выполнения миссии система, отвечающая за поворот камеры, вдруг заклинилась на несколько дней. По этой причине некоторые важные снимки учёными не были получены. Потом аппарат развернулся и полетел в сторону Урана. Благодаря этим машинам удалось получить огромное количество информации о магнитном поле планеты, структуре её колец, о штормах в атмосфере Сатурна. Также астрофизики открыли щели Килера и Максвелла, обнаружили новые спутники.
В 1997 году к исследованиям газового гиганта приступила станция «Кассини-Гюйгенс», которой удалось достигнуть системы Сатурна и выйти на орбиту планеты. Главной задачей данной миссии являлось тщательное исследование структуры колец и всех открытых спутников Сатурна. Также учёные планировали изучить динамику магнитосферы и атмосферы планеты, как можно лучше исследовать её самый крупный спутник - Титан.
До того как станция оказалась на орбите планеты в 2004 году, она пересекла область обращения Фебы, благополучно сделав её фотографии и отправив их на Землю. Также американская орбитальная машина «Кассини» несколько раз оказывалась вблизи Титана. Благодаря этому были сняты его озёра с береговой линией, острова и горы спутника. Вскоре после этого произошло отсоединение европейского зонда «Гюйгенс» от американского аппарата с целью приближения к поверхности планеты. Спуск при помощи парашюта длился около 2,5 часа. Зонд взял пробы атмосферы газового гиганта. Их дальнейший анализ показал, что нижние слои облаков составляют жидкие азот и метан, а верхние - лёд, образованный из метана.
В 2005 ученые приступили к наблюдению излучения, исходящего от Сатурна. В январе 2006 года на газовом гиганте был зафиксирован сильнейший шторм. Он стал причиной вспышки, в 1000 раз превосходящей по интенсивности нормальное излучение планеты. В это же время НАСА обнародовала новость о возможном нахождении следов воды в составе жидкости, извергаемой гейзерами Энцелада. В 2011 году представители НАСА заявили о том, что Энцелад является наиболее подходящим для поддержания жизни объектом, находящимся в Солнечной системе. Снимки, полученные со станции «Кассини», также помогли сделать другие, не менее значимые, открытия. Во время анализа изображений, сделанных космическим аппаратом, удалось выявить новые кольца планеты - R/2004 S1 и R/2004 S2. Ученые пришли к мнению, что они были образованы вследствие столкновения кометы или метеорита с Эпиметеем или Янусом. В 2006 «Кассини» произвёл съёмку, благодаря которой ученые обнаружили на поверхности Титана углеводородное озеро, расположенное вблизи его северного полюса. Факт находки окончательно подтвердила съёмка 2007 года.
В 2008 году «Кассини» направил на Землю фотографии с изображением северного полушария Сатурна. Оказалось, что с 2004 года, когда аппарат был вблизи планеты, на ней произошло много изменений. Ведь за четыре года отсутствия «Кассини» она приобрела совершенно другие оттенки, и объяснения этому феномену учеными пока не найдено. Они лишь предположили, что это может быть связано со сменой времени года.
За период миссии «Кассини», которая длилась с 2004 по 2009 год, удалось открыть еще 8 новых спутников гиганта. Выполнение главных задач, поставленных перед миссией, аппарат завершил в 2008 году. Но пребывание «Кассини» в зоне Сатурна продлилось вплоть до 2010 года. Учёные говорят, что на сегодняшний день и на период до 2017 года задача зонда - изучение циклов сезонов газовой планеты.
В 2009 году было принято решение о создании нового совместного проекта НАСА и ЕКА, который заключался в запуске ещё одного межпланетного аппарата в область Сатурна, а затем к его двум спутникам - Энцеладу и Титану. Миссия космической станции была рассчитана так, чтобы после 8 лет путешествия она сама стала спутником Титана.
Сатурн и его спутники
Самыми крупными спутниками Сатурна являются: Титан, Энцелад, Тефея, Мимас, Рея, Диона и Япет. Их обнаружили ещё в XVIII веке, но изучение продолжается и сегодня. Диаметры этих объектов находятся в пределах 400-5200 километров. Титан обладает самым большим орбитальным эксцентриситетом, а у Тефии и Дионы он наименьший.
Титан является наиболее крупным спутником Сатурна. Преимущественно в его состав входят скальные породы и водяной лёд (50% на 50%). Примерно такие же пропорции встречаются в составе других газовых планет. Но Титан отличается от них по химическому составу и структуре его атмосферы. Она включает преимущественно азот с небольшой примесью метана и этана, участвующих в образовании облаков. Титан был признан единственным объектом, помимо нашей планеты, на поверхности которого была обнаружена вода. Именно поэтому учёные не исключают присутствия на нём жизни в виде простейших организмов.
Другие спутники Сатурна также имеют свои особенности. Например, у Япета оба полушария имеют разные альбедо. Именно поэтому Джованни Кассини, открывший спутник, обратил внимание, что виден он только тогда, когда находится на определённой стороне Сатурна. Полушария Реи и Дионы также имеют свои особенности. Например, в области одного полушария Дионы находится множество кратеров. А в области её заднего полушария имеется большое количество затемнённых участков, пронизанных светлыми блестящими линиями, которые в действительности представляют собой ледяные хребты и обрывы. Главная особенность спутника Мимас - кратер Гершель, диаметр его достигает 130 км. Кратер гигантских размеров имеется и на Тефии. Его диаметр равен 400 км. Что касается ещё одного крупного спутника Сатурна - Энцелада, то судя по изображениям «Вояджер-2» области его поверхности имеют разный геологический возраст.
Исследования, проводимые на Гавайях с 2006 года с помощью японского телескопа Субару, позволили открыть ещё 9 спутников газового гиганта. Все они оказались нерегулярными спутниками, отличающимися ретроградной орбитой.
На 2010 год учёным было известно о 62 спутниках Сатурна. Вращение всех обнаруженных спутников, за исключением Фебы и Гипериона, характеризуется как синхронное собственное. Лишь одна их сторона всегда обращена к Сатурну. Данных об обращении более мелких спутников на текущий момент не существует.
Сатурн и Земля. Сравнение. Кольца Сатурна
На сегодняшний день установлено, что все газовые планеты, входящие в Солнечную систему, имеют кольца. Но Сатурн обладает самыми крупными кольцами. Они располагаются под углом почти 28° по отношению к плоскости эклиптики. Именно по этой причине с поверхности Земли они выглядят всегда по-разному. Гюйс выдвинул предположение, согласно которому данные кольца не являются плотными телами, а сформированы из мельчайших фрагментов, находящихся в области околопланетной орбиты. Догадка полностью подтверждена спектрометрическими наблюдениями А.А. Белопольского.
Сатурн имеет три основные кольца и одно - второстепенное, более тонкое. Они отражают большее количество света, чем диск самой планеты. Три основных кольца учёные условились обозначать заглавными латинскими буквами. Кольцо «В» представляет собой центральное, самое яркое и крупное, отделённое от кольца «А» щелью Кассини, в которой также находятся тонкие кольца. Во внутренней части «А» тоже имеется тонкая щель - разделительная полоса Энке. Кольцо «С» характеризуется как почти прозрачное.
Кольца гиганта сами по себе очень тонкие. Они имеют диаметр приблизительно 250 тысяч километров. При этом толщина каждого из них не достигает и 1 километра. Видимыми их делает количество составляющего вещества. Если его сконцентрировать, то диаметр полученного монолита не превысит 100 километров. Изображения, полученные в результате исследования Сатурна, подтверждают, что эти кольца в действительности образованы из более тонких колец, разделённых щелями. На 93% их состав - лёд с примесями. Частицы, из которых образуются кольца, имеют на удивление малый размер - от 1 см до 10 м.
В движении частиц колец и спутников Сатурна также существует определённая согласованность. Часть из них относится к так называемым «спутникам-пастухам», которые удерживают кольца вокруг планеты. Мимас находится в резонансе со щелью Кассини в соотношении 2 к 1. Сила притяжения воздействует на «материал» Мимаса, он начинает удаляться. В 2010 году, когда были получены данные с аппарата «Кассини», учёные узнали, что кольца Сатурна подвержены определённым колебаниям. По общепринятому мнению, они возникают по причине «контакта» частиц, движущихся в кольцах. Реальное происхождение колец Сатурна до конца не раскрыто. По одной из гипотез, которую выдвинул Э. Рош в середине XIX века, они были образованы из-за распада жидкого спутника под влиянием приливных сил. Другая популярная версия склоняется к тому, что спутник разрушился вследствие удара кометы или какого-либо другого небесного тела.
Согласно одной гипотезе, учёные допускают наличие колец также и у одного из спутников Сатурна - Реи.
Слух 1921 года
В 1921 году повсюду распространился страшный слух. Планета Сатурн лишилась своих колец, их частицы разлетелись по Галактике и скоро упадут на Землю. Умы людей были взбудоражены ожидаемым событием. Газеты публиковали подробные расчеты, когда упадут части кольца. Причиной появления слухов стало то, что кольца повернулись ребром к Земле и её наблюдателям. А поскольку кольца очень тонкие, то с помощью приборов того времени их невозможно было разглядеть. Люди восприняли «исчезновение» колец в прямом смысле, это и породило слух.
Название Сатурна связано с мифологией
Планета получила название в честь древнеримского бога земледелия. В более позднюю эпоху его начали отождествлять с титаном Кроносом. Ввиду того что, по легенде, персонаж поедал собственных отпрысков, древние греки не почитали Сатурна. Римляне же поклонялись этому божеству. Считалось, что именно Сатурн обучил людей выращиванию растений и построению жилищ, возделыванию земли. Время его мифического царствования - «золотой век человечества». В его честь люди устраивали праздники - Сатурналии, во время которых все невольные на определённое время получали свободу.
Одним из самых ярчайших объектов на звездном ночном небе является – планета Сатурн. Краткое описание, которое мы для вас сделаем ниже, поможет вам понять всю красоту и необычность этой малоизученной планеты Солнечной системы.
История ее обнаружения в пространстве космоса
Впервые эту планета была замечена в 17 веке астрономом и физиком Христианом Гюгнейсом, а о существовании колец Сатурна узнал другой известный астроном Жан Доминик Кассини. Кольца можно заметить даже с нашей родной Земли, если наблюдать планету в телескоп, но один раз в период 14-15 лет, их нельзя увидеть, так как кольца Сатурна расположены ребром к Земле.
Эта планета является последней, которую обнаружили и на сегодняшний день она является самым малоизученным небесным телом во всей Солнечной системе. Но ученых это обстоятельство не совсем устраивает, чтобы собрать побольше данных и информации о космическом объекте и его спутниках в космос постоянно отправляются исследовательские аппараты, которые передают собранные данные в научно-исследовательские центры. Эта информация помогает понять, чем так необычен Сатурн. Планета, краткое описание для детей, которое мы делаем в познавательной и увлекательной форме, была названа в честь римского бога, который, согласно мифам, является предводителем всех титанов.
Версии происхождения Сатурна
Сатурн и наша центральная звезда Солнце по своему составу подобны друг другу, а именно тем, что у них водород преобладает в составе и, поэтому, некоторые ученые утверждают, что они образовались в одно и то же время. Но противники этой теории аргументируют свои возражения тем, что в одном случае образовалась звезда, а в другом – планета.
Вторая гипотеза гласит, что формирование Сатурна длилось несколько сотен миллионов лет. Вначале образовались твердые частицы, и их масса была равной нашей родной Земле, но по какой-то причине Сатурн потерял в те времена большое количество газов, и чтобы компенсировать это, он начал из космического пространства гравитацией их активно приращивать к своему объему.
Физические характеристики
Сатурн является шестой планетой, расположенной от Солнца, и по величине уступает только гигантскому Юпитеру. Но если не брать в расчет ее более крупного собрата, то эта планета является самой быстрой в своем орбитальном вращении. Она его совершает за 10,5 часов. И поэтому его полюса, из-за оказываемого избыточного давления сплющиваются и увеличивают экватор планеты, придавая ей параметры сфероида. Так как планета Сатурн – газовый гигант, и может вместить в себя 760 Земель, то он имеет разную скорость вращения между видимыми широтами. Он состоит в основном из таких газов, как водород и гелий, поэтому он обладает плотностью, которая меньше воды. В небольших пропорциях в атмосфере имеются также и другие газы, а именно: ацетилен, аммиак, этан, метан и др.
Магнитное поле этой красивейшей планеты сильнее аналогичного поля на Земле в 578 раз. Внутреннее раскаленное ядро Сатурна в своем составе содержит железо и каменистые породы, которые расположены во внешнем слое, далее расположен металлический водород в его жидкой форме, затем – гелий и жидкий водород, которые смешиваются уже с атмосферой.
Сатурн расположен от Солнца на расстоянии, которое превышает удаленность Земли от Солнца в 9,5 раз. Из-за этих параметров солнечному свету необходимо больше времени на 1 час 20 мин, чтобы достичь Сатурна. А продолжительность года планеты-гиганта составляет 10,756 суток на Земле, что эквивалентно 29,5 земным годам.
Сатурн обладает третьим по величине эксцентриситетом, уступая только Марсу и Меркурию. Расстояние между его афелием и перигелием весьма существенное и составляет приблизительно 1,54 х 108 км. Наклон оси Сатурна похож на наклон оси Земли, и это объясняет наличие тех же времен года, что и на нашей планете, но они проходят более смазано, так как из-за своей удаленности он получает от Солнца гораздо меньше солнечного света.
Свойства атмосферы
На всех газовых планетах ученым очень сложно определить, где же начинаются их атмосферы. На планете Сатурн за точку отсчета приняли, высоту на которой происходит процесс кипения метана. Давление у верхнего предела атмосферного слоя составляет приблизительно 0,5 атм. Здесь происходит конденсация аммиака с образованием облаков белого цвета, а в нижней части атмосферы в их составе имеется кристаллы льда и капли воды.
Газы планеты находятся в постоянном движении и принимают подобие полос, параллельных ее диаметру. По причине сильного вращения и конвекции образуются мощнейшие ветра, которые дуют чаще всего в восточном направлении. В районе экватора скорость воздушного потока составляет 1800 км/ч, чем дальше расстояние от него, тем слабее становится ветер.
Периодически раз в 30 лет на планете возникает ураган, невероятно мощнейший силы, по прозвищу «Большой белый обвал» и его размеры постоянно увеличиваются. Во время наблюдений в 2010 году заметили, что он составлял ¼ часть планетарного диска. А также исследовательские корабли заметили, так называемую загадку Сатурна – правильный шестиугольник, располагающийся на северном полюсе планеты. И каждая его сторона имеет 12550 км в длине, а это больше диаметра нашей Земли. И за двадцать лет последних наблюдений прямоугольник не изменил своей первоначальной формы.
На планете Сатурн также происходят атмосферное явление, такое как полярные сияние на широте 70-80°. Они подобны кольцам овальной формы, иногда встречаются и спиралевидные. Полярные сияния на планете происходят по причине того, что ее силовые линии магнитного поля перестраиваются. Образовавшаяся за счет этого процесса магнитная энергия нагревает атмосферные слои, тем самым разгоняя до больших скоростей заряженные частицы. Также во время бурь на Сатурне наблюдаются молнии.
Кольца Сатурна
В этом пункте мы более подробно уделим внимание и расскажем, чем же так красив Сатурн. Его система колец самая знаменитая и красивая во всей Солнечной системе. Они состоят в основном изо льда, пыли и кусочков космического мусора. И именно из-за высокой отражательной способности льда, мы можем наблюдать их в телескоп. Система колец Сатурна находится от экватора планеты на довольно далеком расстоянии, а именно 6-120 км.
Сатурн имеет 7 колец: А B C D E F G, названы они по первым буквам английского алфавита по порядку их обнаружения. Из Земли можно увидеть только кольца А, В, С. Между ними имеются пробелы. Пробел в расстоянии между двумя первыми кольцами составляет где-то 4700 км. И это пространство называется – «Щель Кассини». На самом деле, каждое огромное основное кольцо состоит из более мелких составляющих, подобных ему. Самая распространенная теория образования этой особенности Сатурна гласит, что они появились в результате распада спутников планеты, которые в свое время подошли слишком близко к ее орбите.
Спутники Сатурна
Спутники Сатурна, список названий, которых мы приведем ниже, были названы по именам героев известных мифов на Земле. Самый большой из них носит имя – Титан, который занимает второе место в Солнечной системе, по своим параметрам. Уступает он лишь луне Юпитера – Ганимед. Остальные небесные объекты известны как: Рея, Япет, Диона, Тефия, Енцлад, . Но это далеко не полный их перечень, так Сатурн располагает более 63 спутников на своей орбите. Самую первую луну обнаружили в далеком 1665 году, потом в течение 7 лет узнали о еще 7 подобных объектах. До 1997 году ученные обнаружили еще 18 небесных спутников планеты, а благодаря исследовательской миссии, под названием «Кассини» узнали об остальных.
Титан обладает густой атмосферой, богатой на азот. Такой же самый состав был и на Земле в те времена, когда только жизнь начинала зарождаться. Также в атмосферных слоях имеется много углеводородов и химических веществ, которые на нашей планете называются полезные ископаемые. На Титане идут метановые дожди, проходящие через ледяную корку.
Каждый из спутников этой необычной и красивой планеты по-своему уникален. Например, у Япета одна сторона – темная, другая – светлая, на Энцепаде насчитывается 101 ледяной гейзер, Пан и Атлас имеют вид тарелок, а луны Пандора и Прометей удерживают систему колец на орбите Сатурна. Рея удивила ученных тем, что она, как и Сатурн, обладает несколькими тонкими кольцами. Это открытие ошеломило исследователей, ведь до сих пор не было замечено и даже не предполагалось, что луна, как и основная планета, может иметь кольцевую систему.
Исследовательские миссии
К планете Сатурн ученые неоднократно отправляли космические аппараты Pioneer 11, Voyager первый, второй, а также «Кассини», он прибыл к орбите планете в 2004 году и на протяжении долгих 13 лет находился на ней, высылая на Землю собранную информацию о Сатурне и его спутниках. Ближайшая миссия отправится к планете в 2020 году. Космическому аппарату необходимо будет целых 9 лет, чтобы достичь орбиты планеты, и еще четыре, чтобы вести наблюдения.
