Характеристика планеты Сатурн: атмосфера, ядро, кольца, спутники. Сатурн: история окольцованной планеты

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.

Звездное небо всегда привлекало своей красотой романтиков, поэтов, художников и влюбленных. С незапамятных времен люди восхищались россыпью звезд и приписывали им особые магические свойства.

Древние астрологи, например, сумели провести параллель между датой рождения человека и звездой, ярко светившей в этот момент. Считалось, что она может влиять не только на совокупность черт характера новорожденного, но и на всю его дальнейшую судьбу. Наблюдение за звездами помогало земледельцам определять лучшую дату для посева и сбора урожая. Можно сказать, что многое в жизни древних людей было подчинено влиянию звезд и планет, поэтому неудивительно, что человечество уже не одно столетие пытается изучить ближайшие к Земле планеты.

Многие из них на сегодняшний момент довольно неплохо изучены, однако некоторые могут преподнести ученым немало сюрпризов. К таким планетам астрономы, в первую очередь, относят Сатурн. Описание этого газового гиганта можно найти в любом учебнике по астрономии. Однако сами ученые считают, что это одна из самых малоизученных планет, все загадки и тайны которой человечество еще даже не в состоянии перечислить.

Сегодня вы получите самую развернутую информацию о Сатурне. Масса газового гиганта, его размер, описание и сравнительная характеристика с Землей - все это вы сможете узнать из данной статьи. Возможно, некоторые факты вы услышите впервые, а что-то покажется вам просто невероятным.

Представления древних о Сатурне

Наши предки не могли точно вычислить массу Сатурна и дать ему характеристику, но они определенно понимали, насколько величественна данная планета и даже поклонялись ей. Историки считают, что Сатурн, который относится к одной из пяти планет, отлично различимых с Земли невооруженным взглядом, был известен людям очень давно. Свое название он получил в честь бога плодородия и земледелия. Это божество было весьма почитаемо среди греков и римлян, однако в дальнейшем отношение к нему слегка видоизменилось.

Дело в том, что греки начали ассоциировать Сатурн с Кроносом. Этот титан был весьма кровожаден и даже пожирал своих собственных детей. Поэтому к нему относились без должного уважения и с некоторым опасением. А вот римляне очень почитали Сатурн и даже считали его богом, который дал человечеству многие необходимые для жизни знания. Именно бог земледелия научил невежественных людей строить жилые помещения и сохранять выращенный урожай до следующего года. В благодарность к Сатурну римляне устраивали настоящие праздники, длящиеся несколько дней. В этот период даже рабы могли забыть о своем ничтожном положении и в полной мере ощутить себя свободными людьми.

Примечательно, что во многих древних культурах Сатурн, характеристику которого ученые смогли дать только спустя тысячелетия, ассоциировался с сильными божествами, которые уверенно управляют судьбами людей во многих мирах. Современные историки часто задумываются о том, что древние цивилизации могли знать об этой гигантской планете гораздо больше, чем мы сегодня. Возможно, им были доступны иные знания и нам только предстоит, откинув сухие статистические данные, проникнуть в тайны Сатурна.

Краткое описание планеты

В нескольких словах рассказать, какая планета Сатурн на самом деле, довольно сложно. Поэтому в текущем разделе мы приведем читателю всем известные данные, которые помогут составить некоторое представление об этом удивительном небесном теле.

Сатурн является шестой планетой нашей родной Солнечной системы. Так как он в основном состоит из газов, то его относят к газовым гигантам. Самым ближайшим «родственником» Сатурна принято называть Юпитер, но кроме него в эту группу можно внести еще Уран и Нептун. Примечательно, что все газовые планеты могут гордиться своими кольцами, но только Сатурн имеет их в таком количестве, что позволяет разглядеть его величественный «пояс» даже с Земли. Современные астрономы по праву считают его самой красивой и завораживающей планетой. Ведь кольца Сатурна (из чего состоит это великолепие, мы расскажем в одном из следующих разделов статьи) практически постоянно меняют свой цвет и каждый раз их фото удивляет новыми оттенками. Поэтому газовый гигант является одним из самых узнаваемых среди остальных планет

Масса Сатурна (5.68×10 26 кг) по сравнению с Землей крайне велика, об этом мы поговорим немного позже. А вот диаметр планеты, составляющий, по последним данным, более ста двадцати тысяч километров, уверенно выводит ее на второе место в Солнечной системе. Поспорить с Сатурном может только Юпитер, лидирующий в данном списке.

Газовый гигант имеет свою атмосферу, магнитные поля и огромное количество спутников, которые постепенно открывались астрономами. Интересно, что плотность планеты заметно меньше плотности воды. Поэтому, если ваше воображение позволит вам представить огромный бассейн, наполненный водой, то будьте уверены, Сатурн в нем не утонет. Как огромный надувной мяч, он будет медленно скользить по поверхности.

Происхождение газового гиганта

Несмотря на то, что исследования Сатурна космическими аппаратами активно ведутся на протяжении последних десятилетий, ученые до сих пор не могут уверенно сказать, как именно образовалась планета. На сегодняшний день выдвинуто две основных гипотезы, у которых есть свои последователи и противники.

Солнце и Сатурн часто сравнивают по составу. И действительно, в них находится большая концентрация водорода, что позволило некоторым ученым выдвинуть гипотезу о том, что наша звезда и планеты Солнечной системы формировались практически в одно и то же время. Массивные газовые скопления стали родоначальниками Сатурна и Солнца. Однако никто из сторонников этой теории не может объяснить, почему из исходного материала, если так можно сказать, в одном случае образовалась планета, а в другом - звезда. Различиям в их составе тоже никто пока не может дать достойного объяснения.

Согласно второй гипотезе, процесс формирования Сатурна длился сотни миллионов лет. Изначально происходило образование твердых частиц, которые постепенно достигали массы нашей Земли. Однако в какой-то момент планета потеряла большое количества газа и на втором этапе она активно приращивала его из космического пространства путем гравитации.

Ученые надеются, что в дальнейшем им удастся открыть секрет образования Сатурна, но до этого у них еще долгие десятилетия ожидания. Ведь максимально близко к планете удалось подобраться только аппарату «Кассини», работавшему на ее орбите на протяжении долгих тринадцати лет. Осенью этого года он закончил свою миссию, собрав для наблюдателей огромное количество данных, которые еще только предстоит обработать.

Орбита планеты

Сатурн и Солнце разделяют практически полтора миллиарда километров, поэтому от нашего главного светила планете достается не так уж много света и тепла. Примечательно, что вращается газовый гигант вокруг Солнца по немного вытянутой орбите. Впрочем, в последние годы ученые утверждают, что так поступают практически все планеты. Полный оборот Сатурн делает практически за тридцать лет.

Вокруг своей оси планета крутится крайне быстро, на оборот требуется около десяти земных часов. Если бы мы жили на Сатурне, то именно столько длились бы сутки. Интересно, что полный оборот планеты вокруг своей оси ученые пытались вычислить несколько раз. За это время возникла погрешность приблизительно в шесть минут, в рамках науки она считается довольно внушительной. Некоторые ученые связывают ее с неточностью приборов, а вот другие утверждают, что за долгие годы наша родная Земля стала вращаться медленнее, что и позволило образоваться погрешности.

Структура планеты

Так как размер Сатурна часто сопоставляют с Юпитером, то неудивительно, что и структуры этих планет очень похожи между собой. Ученые условно делят газовый гигант на три слоя, центром которых является скалистое ядро. Оно имеет высокую плотность и, как минимум, в десять раз массивнее земного ядра. Вторым слоем, где оно находится, считается жидкий металлический водород. Его толщина составляет приблизительно четырнадцать с половиной тысяч километров. Внешний слой планеты составляет молекулярный водород, толщина данного слоя измеряется в восемнадцати с половиной тысячах километров.

Ученые, изучая планету, выяснили один интересный факт - она излучает в космическое пространство в два с половиной раза больше радиации, чем получает от светила. Этому феномену пытались найти определенное объяснение, проводя параллель с Юпитером. Однако до сих пор это остается очередной загадкой планеты, ведь размер Сатурна меньше своего «собрата», излучающего в окружающий мир гораздо более скромные объемы радиации. Поэтому на сегодняшний день подобную активность планеты объясняют трением гелиевых потоков. Но насколько жизнеспособна данная теория, ученые сказать не могут.

Планета Сатурн: состав атмосферы

Если наблюдать планету в телескоп, то становится заметно, что цвет Сатурна имеет несколько приглушенные бледно-оранжевые оттенки. На его поверхности можно отметить полосообразные образования, которые часто формируются в причудливые формы. Впрочем, они не статичны и быстро трансформируются.

Когда мы говорим о газообразных планетах, то читателю довольно сложно понять, как именно можно определить разницу между условной поверхностью и атмосферой. Ученые тоже сталкивались с подобной проблемой, потому было принято решение определять некую точку отсчета. Именно в ней температура начинает понижаться, здесь астрономы и проводят невидимую границу.

Атмосфера Сатурна практически на девяносто шесть процентов состоит из водорода. Из составляющих газов хочется еще назвать гелий, он присутствует в количестве трех процентов. Оставшийся один процент делят между собой аммиак, метан и другие вещества. Для всех известных нам живых организмов атмосфера планеты является губительной.

Толщина атмосферного слоя приближена к шестидесяти километрам. Удивительно, но Сатурн, как и Юпитер, часто именуют не иначе как «планета бурь». Конечно, по меркам Юпитера они незначительны. Но вот для землян ветер практически в две тысячи километров в час покажется настоящим концом света. Подобные бури происходят на Сатурне довольно часто, иногда ученые замечают в атмосфере формирования, напоминающие наши ураганы. В телескоп они выглядят как обширные белые пятна, причем ураганы формируются крайне редко. Поэтому наблюдение за ними считается большой удачей для астрономов.

Кольца Сатурна

Цвет Сатурна и его колец приблизительно одинаков, хотя ученым этот «пояс» задает огромное количество задачек, которые они пока не в состоянии решить. Особенно сложно ответить на вопросы о происхождении и возрасте этого великолепия. На сегодняшний день по данной теме научное сообщество выдвинуло несколько гипотез, доказать или опровергнуть которые пока никто не может.

В первую очередь, многих юных астрономов интересует, из чего состоят кольца Сатурна. На этот вопрос ученые могут ответить достаточно точно. Структура колец очень неоднородна, она представляет собой миллиарды частиц, которые движутся с огромной скоростью. Диаметр этих частиц колеблется от одного сантиметра до десяти метров. Состоят они на девяносто восемь процентов изо льда. Остальные два процента представлены различными примесями.

Несмотря на внушительную картину, которую представляют собой кольца Сатурна, они очень тонкие. Их толщина в среднем не достигает даже километра, тогда как диаметр доходит до двухсот пятидесяти тысяч километров.

Для простоты кольца планеты принято называть одной из букв латинского алфавита, самыми заметными считаются три кольца. А вот наиболее ярким и красивым принято считать второе.

Образование колец: теории и гипотезы

С древних времен люди ломали голову над тем, как именно были сформированы кольца Сатурна. Изначально выдвигалась теория об одновременном формировании планеты и ее колец. Однако позже эта версия была опровергнута, ведь ученых поразила чистота льда, из которых и состоит «пояс» Сатурна. Если бы кольца имели с планетой один возраст, то их частички покрылись бы слоем, который можно сравнить с грязью. Так как этого не произошло, то научному сообществу пришлось искать другие объяснения.

Традиционной считается теория о взорвавшемся спутнике Сатурна. Согласно этому утверждению, приблизительно четыре миллиарда лет назад один из спутников планеты подошел к ней слишком близко. По подсчетам ученых, его диаметр мог доходить до трехсот километров. Под воздействием приливной силы он был разорван на миллиарды частиц, образовавших кольца Сатурна. Также рассматривается версия и о столкновении двух спутников. Подобная теория кажется максимально правдоподобной, однако последние данные дают возможность определить возраст колец как сто миллионов лет.

Удивительно, но частички колец постоянно сталкиваются между собой, формируются в новые образования и тем самым затрудняют их изучение. Современные ученые пока не могут раскрыть тайну образования «пояса» Сатурна, которая пополнила список загадок этой планеты.

Луны Сатурна

Газовый гигант имеет огромное количество спутников. Вокруг него вращается сорок процентов всех известных системы. На сегодняшний день открыто шестьдесят три луны Сатурна, при этом многие из них преподносят не меньше сюрпризов, чем сама планета.

Размер спутников колеблется от трехсот километров до пяти с лишним тысяч километров в диаметре. Проще всего астрономам было открыть крупные луны, большую часть из них смогли описать в конце восьмидесятых годов восемнадцатого века. Именно тогда были открыты Титан, Рея, Энцелад и Япет. Эти луны до сих пор очень интересуют ученых и пристально изучаются ими.

Интересно, что все спутники Сатурна очень отличаются от друг друга. Объединяет их тот факт, что они повернуты к планете всегда только одной стороной и вращаются практически синхронно. Наибольший интерес для астрономов представляют три луны:

• Титан.
• Энцелад.

Титан занимает второе место по величине в Солнечной системе. Неудивительно, что первенство он уступает только одному из спутников Титана на половину больше, чем у Луны, а размер сопоставим с Меркурием и даже превышает его. Интересно, что состав этого гигантского спутника Сатурна поспособствовал формированию атмосферы. К тому же, на нем существует жидкость, что ставит Титан в один ряд с Землей. Некоторые ученые даже предполагают, что на поверхности спутника может быть какая-то форма жизни. Конечно, она будет существенно отличаться от земной, ведь атмосфера Титана состоит из азота, метана и этана, а на его поверхности можно разглядеть озера из метана и острова с причудливым рельефом, сформированным жидким азотом.

Энцелад является не менее удивительным спутником Сатурна. Ученые называют его самым светлым небесным телом в Солнечной системе из-за его поверхности, полностью покрытой ледяной коркой. Ученые уверены, что под этой толщей льда скрывается настоящий океан, в котором вполне могут существовать живые организмы.

Рея не так давно удивила астрономов. После многочисленных снимков они сумели разглядеть вокруг нее несколько тонких колец. Об их составе и размере говорить пока рано, но это открытие стало шокирующим, ведь ранее даже не предполагалось, что вокруг спутника могут вращаться кольца.

Сатурн и Земля: сравнительный анализ этих двух планет

Сравнение Сатурна и Земли ученые проводят нечасто. Уж слишком различны эти небесные тела, чтобы сопоставлять их друг с другом. Но сегодня мы решили немного расширить кругозор читателя и все же взглянуть на эти планеты свежим взглядом. Есть ли между ними что-то общее?

В первую очередь, приходит в голову сопоставить массу Сатурна и Земли, это различие будет невероятным: газовый гигант больше нашей планеты в девяносто пять раз. По размеру он превышает Землю в девять с половиной раз. Поэтому в его объеме наша планета может поместиться более семисот раз.

Интересно, что гравитация на Сатурне составит девяносто два процента от земного притяжения. Если предположить, что человека весом в сто килограммов перенесут на Сатурн, то его вес уменьшится до девяноста двух килограммов.

Каждый школьник знает, что земная ось имеет определенный угол наклона относительно Солнца. Это позволяет сезонам сменять друг друга, а людям наслаждаться всеми красотами природы. Удивительно, но ось Сатурна имеет схожий наклон. Поэтому на планете тоже можно наблюдать смену сезонов. Однако они не имеют ярко выраженный характер и проследить их довольно сложно.

Как и Земля, Сатурн имеет собственное магнитное поле, а недавно ученые стали свидетелями настоящего полярного сияния, разлившегося над условной поверхностью планеты. Оно порадовало длительностью свечения и яркими фиолетовыми оттенками.

Даже из нашего небольшого сравнительного анализа видно, что обе планеты, несмотря на неимоверные различия, имеют и нечто объединяющее их. Возможно, это заставляет ученых постоянно обращать свой взор в сторону Сатурна. Однако некоторые из них со смехом говорят, что если бы существовала возможность посмотреть на обе планеты рядом, то Земля была похожа бы на монетку, а Сатурн - на надутый баскетбольный мяч.

Изучение газового гиганта, коим является Сатурн, - это процесс, которым озадачены ученые со всего мира. Не единожды они посылали к нему зонды и различные аппараты. Так как последняя миссия была закончена в текущем году, то ближайшая запланирована только на 2020 год. Однако сейчас никто не может сказать, состоится ли она. Уже несколько лет ведутся переговоры об участии России в этом масштабном проекте. По предварительным расчетам новому аппарату понадобится около девяти лет, чтобы попасть на орбиту Сатурна, и еще четыре года, чтобы изучить планету и ее самый большой спутник. Исходя из всего вышесказанного, можно быть уверенными, что раскрытие всех тайн планеты бурь - это дело будущего. Возможно, в этом примите участие и вы, наши сегодняшние читатели.

Сатурн

Общие сведения о Сатурне

Сатурн, шестая от Солнца и вторая по размерам после Юпитера планета- гигант Солнечной системы. Назван в честь одного из самых почитаемых римских богов – покровителя земли и посевов, который был низвергнут со своего трона Юпитером.

Наблюдения Сатурна с Земли

Людям Сатурн известен с самых древних времён. Ведь на ночном небе он – один из самых ярких объектов, видимый как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звёздной величины (в зависимости от расстояния до Земли).

К тому же только у Сатурна при наблюдении с Земли в телескоп (причём даже в самый простой) видны кольца, хотя обнаружены они у всех планет- гигантов...

История исследования Сатурна

орбитальное движение и вращение Сатурна

Вокруг Солнца Сатурн обращается по чуть наклонённой к плоскости эклиптики орбите, с эксцентриситетом 0,0541 и скоростью 9,672 км./с, делая полный оборот за 29,46 земных лет. Среднее расстояние планеты от Солнца – 9,537 а.е., при максимальном 10 а.е. и минимальном – 9 а.е..

Угол между плоскостями экватора и орбиты достигает 26°73". Период вращения вокруг оси – звёздные сутки – 10 часов 14 минут (на широтах до 30°). На полюсах период вращения на 26 минут дольше – 10 часов 40 минут. Это связано с тем, что Сатурн – не твёрдое тело, как Земля, например, а огромный газовый шар. В связи с такими особенностями своего строения, которое, кстати не является уникальным, планета не имеет твёрдой поверхности, поэтому радиус Сатурна определяется по положению наиболее высоких облаков в его атмосфере. Исходя из измерения этого положения выяснилось, что экваториальный радиус Сатурна, равный 60268 км. на 5904 км. больше полярного, т.е. полярное сжатие планетного диска составляет 1/10.

Строение и физические условия на Сатурне

Облака на Сатурне, в основном, аммиачные, белого цвета, и более мощные чем на Юпитере, поэтому и « полосатость» Сатурна меньше. Под аммиачными облаками лежат менее мощные, и не заметные из космоса облака из аммония (NH 4 +).

Облачный слой Сатурна не постоянен, а, наоборот, очень изменчив. Это связано с его вращением, которое, в основном, происходит с запада на восток (как и вращение планеты вокруг своей оси). Вращение это довольно сильное, ведь и ветры на Сатурне не слабые – со скоростями до 500 м/с. Направление ветров – восточное.

Скорость ветра, а соответственно и скорость вращения облачного слоя, уменьшается при движении от экватора к полюсам, причём на широтах больших чем 35° направления ветров чередуются, т.е. наряду с ветрами восточных направлений присутствуют ветры западных направлений.

Преобладание восточных потоков указывает на то, что ветры не ограничены слоем верхних облаков, они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2000 километров. 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.

Кстати, при изучении снимков атмосферы Сатурна, было выяснено, что здесь, также как на Юпитере, могут образовываться мощные атмосферные вихри, размеры которых правда не такие гигантские, как у Большого Красного Пятна, которое видно даже с Земли, но всё же достигают в диаметре тысяч километров. Формируются столь мощные вихри, похожие на земные циклоны, в областях подъёма тёплого воздуха.

Было также выявлено различие между северным и южным полушариями Сатурна.

Заключается это различие в более чистой атмосфере над северным полушарием, вызванной почти полным отсутствием высоких облаков. Почему верхние слои атмосферы в северном полушарии настолько свободны от облаков, не известно, но предполагается что это может быть связано с более низкими температурами (~82 К)...

Масса Сатурна огромна – 5,68 10 26 кг, что в 95,1 раз превосходит массу Земли. Однако, средняя плотность, равная всего 0,68 г./см. 3 , почти на порядок меньше, чем плотность Земли и меньше плотности воды, что является уникальным случаем среди планет Солнечной системы.

Объясняется это составом газовой оболочки планеты, который в целом не отличается от солнечного, ибо абсолютно доминирующим химическим элементом на Сатурне является водород, правда в различных агрегатных состояниях.

Так, атмосфера Сатурна почти полностью состоит из молекулярного водорода (~95%), с небольшим количеством гелия (не более 5%), примесей метана (CH 4), аммиака (NH 3), дейтерия (тяжёлый водород) и этана (СН 3 СН 3). Обнаружены следы присутствия аммиачного и водного льда.

Ниже слоя атмосферы, при давлении ~100000 баров, простирается океан жидкого молекулярного водорода.

Ещё ниже – в 30 тыс. км. от поверхности, где давление достигает одного миллиона бар, водород переход в металлическое состояние. Именно в этом слое, при движении металла, создаётся мощное магнитное поле Сатурна, о котором будет рассказано ниже.

Ниже слоя металлического водорода находится жидкая смесь воды, метана и аммиака, при высоком давлении и температуре. Наконец в самом центре Сатурна лежит небольшое по размерам, но массивное каменное или леденисто- каменное ядро, температура которого ~20000 К.

Магнитосфера Сатурна

Вокруг Сатурна существует обширное магнитное поле с магнитной индукцией на уровне видимых облаков на экваторе 0,2 Гс, создаваемое движением вещества в слое металлического водорода. Отсутствие же у Сатурна наблюдаемого с Земли магнитно- тормозного радиоизлучения астрономы объяснили влиянием колец. Эти предположения подтвердились при пролёте мимо планеты АМС « Пионер- 11» . Приборы, установленные на межпланетной станции, зарегистрировали в околопланетном пространстве Сатурна образования, типичные для планеты, обладающей ярко выраженным магнитным полем: головную ударную волну, границу магнитосферы (магнитопаузу), радиационные пояса. Внешний радиус магнитосферы Сатурна в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса планеты, а расстояние до ударной волны – 26 радиусов.

Радиационные пояса Сатурна 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 очень мала. Это происходит оттого, что заряженные частицы, двигаясь от полюса к полюсу, проходят через систему колец и поглощаются там льдом и пылью. В результате внутренняя часть радиационных поясов, которая в отсутствие колец была бы в системе Сатурна наиболее интенсивным источником радиоизлучения, оказывается ослабленной.

Но всё же концентрация заряженных частиц во внутренних областях радиационных поясов позволяет образовываться в полярных областях Сатурна полярным сияниям, которые похожи на те, что мы можем видеть и на Земле. Причина их образования та же – бомбардировка заряженными частицами атмосферы.

В результате этой бомбардировки происходит свечение атмосферных газов в ультрафиолетовом диапазоне (110- 160 нанометров). Электромагнитные волны такой длины поглощаются атмосферой Земли, и могут наблюдаться только космическими телескопами.

Кольца Сатурна

Ну а теперь перейдём к одной из наиболее характерных деталей строения Сатурна – его огромному плоскому кольцу.

Кольцо вокруг Сатурна впервые наблюдал Г. Галилей в 1610 г, но из- за низкого качества телескопа он принял видимые по краям планеты части кольца за спутники планеты.

Правильное описание кольца Сатурна дал нидерландский учёный Х. Гюйгенс в 1659 году, а французский астроном Джованни Доменико Кассини в 1675 году показал, что оно состоит из двух концентрических составляющих – колец A и B, разделённых тёмным промежутком (так называемым «делением Кассини»).

Много позже (в 1850 г.) американский астроном У. Бонд открыл внутреннее слабо светящееся кольцо C, которое из- за тёмного цвета иногда называют « креповым» , а в 1969 г. было обнаружено ещё более слабое и близкое к планете кольцо D, яркость которого не превышает 1/20 яркости самого яркого среднего кольца.

Помимо вышеперечисленных у Сатурна обнаружено ещё 3 кольца – E, F и G; все они слабые и плохо различимы с Земли, поэтому и открыты были во время полётов космических кораблей « Вояджёр- 1» и « Вояджёр- 2» .

Кольца чуть белее желтоватого диска Сатурна. Расположены они в плоскости экватора планеты в следующем порядке от верхнего облачного слоя: D, C, B, A, F, G, E. Порядок обозначения колец объясняется историческими причинами, поэтому он не совпадает с алфавитным...

Если внимательно рассматривать кольца Сатурна, то окажется, что их, на самом деле, гораздо больше. Разделены наблюдаемые кольца тёмными кольцевыми промежутками – щелями (или делениями), где вещества очень мало. Та из щелей, которую можно увидеть в средний телескоп с Земли (между кольцами А и В), названа щелью Кассини. В ясные ночи можно увидеть и менее заметные щели.

Так чем же объясняется такая структура колец Сатурна? И почему они вообще есть у Сатурна? Что ж, попытаемся ответить на эти вопросы. И начнём с рассмотрения второго, т.к. без ответа на него нельзя ответить на первый вопрос.

Причина, по которой Сатурн на расстоянии около 10 5 км имеет именно кольца, а не спутник, состоит в приливной силе. Было показано, что если бы спутник и образовался на таком расстоянии, то он был бы разорван под действием приливной силы на мелкие осколки. В эпоху формирования планет-гигантов вокруг них на некотором этапе возникли уплощённые облака протопланетной материи, из которой потом образовались спутники. В зоне колец приливная сила воспрепятствовала образованию спутника. Таким образом, кольца Сатурна, вероятно, являются остатками допланетной материи, и состоят из образований, размеры которых могут быть от мелких песчинок до фрагментов порядка нескольких метров.

Есть и иная теория образования колец, по которой они – остатки разрушенных кометами и метеоритами неких больших спутников Сатурна, образовавшихся несколько миллиардов лет назад. Хотя не исключено, что и в настоящее время имеются источники пополнения колец веществом. Так, плотность вещества в кольце E возрастает по направлению к орбите спутника Сатурна Энцелада. Вполне возможно, что Энцелад и является источником вещества для этого кольца.

Природа структуры колец, по- видимому, резонансная. Так, деление Кассини – это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг Сатурна ровно вдвое меньше, чем у ближайшего крупного спутника Сатурна – Мимаса. Из- за такого совпадения Мимас своим притяжением как бы раскачивает частицы, движущиеся внутри деления, и в конце концов выбрасывает их оттуда. Однако, как мы уже рассказывали выше, кольца Сатурна скорее похожи на « граммофонную пластинку» и объяснить такую их структуру резонансами с периодами обращения спутников Сатурна уже невозможно.

Поэтому, вероятно, подобная структура – результат механически неустойчивого распределения частиц по плоскости колец, вследствие чего возникают круговые волны плотности – наблюдаемая тонкая структура.

Первым высказал подобное предположение знаменитый немецкий философ Иммануил Кант, который объяснял тонкую структуру колец Сатурна столкновением частиц, вращающихся дифференциально вокруг планеты согласно законам Кеплера. Именно дифференциальное вращение, согласно Канту, является причиной расслоения диска на серию тонких колечек.

Позднее французский астроном Симон Лаплас доказал высказанную Кантом неустойчивость 2- ух видимых с Земли колец Сатурна.

Также, вычислив условия равновесия колец Сатурна, Лаплас доказал, что их существование возможно лишь при быстром вращении планеты вокруг оси, что впоследствии и было доказано наблюдениями В. Гершеля, обратившего внимание на заметное полярное сжатие Сатурна.

В 1857- 59 гг. кольца Сатурна описал в своих работах англичанин Максвелл Джеймс Клерк, показавший, что устойчивым существование кольца вокруг планеты может быть только в том случае, если оно состоит из совокупности отдельных не связанных между собой малых тел: сплошное твёрдое или жидкое кольцо было бы разорвано силой притяжения планеты.

Несколько позже – в 1885 году форму колец Сатурна описала русский математик С. В. Ковалевская, подтвердившая вывод Максвелла о том, что кольца Сатурна представляют собой не единое целое, а состоят из отдельных, небольших по размерам тел.

В конце 19 в. этот теоретический вывод Максвелла и Ковалевской был эмпирически подтверждён независимо друг от друга А. А. Белопольским (Россия), Дж. Килером (США) и А. Деландром (Франция), которые сфотографировали спектр Сатурна с помощью щелевого спектрографа и на основе эффекта Доплера- Физо обнаружили, что внешние части кольца Сатурна вращаются медленнее, чем внутренние.

Измеренные скорости оказались равными тем, которые имели бы спутники Сатурна, если бы они находились на тех же расстояниях от планеты. Отсюда ясно: кольца Сатурна по существу представляют собой колоссальное скопление мелких твёрдых частиц, самостоятельно обращающихся вокруг планеты. Размеры частиц столь малы, что их не видно не только в земные телескопы, но и с борта космических аппаратов. Лишь с помощью сканирования радиолучом на волне 3,6 см. колец A, C и деления Кассини, во время прохода мимо Сатурна « Вояджёра- 1» , удалось установить их размеры. Оказалось, что средний поперечник частиц кольца А равен 10 метрам, частиц деления Кассини – восьми, а кольца С – всего 2 метрам.

В остальных кольцах Сатурна, за исключением кольца B, частицы намного меньше по размерам, и их число незначительно. По сути кольца эти состоят из пылинок с поперечником около десятитысячных долей мм.

Надо сказать, что частицы в кольце B образуют странные радиальные образования – « спицы» , расположенные над плоскостью кольца. Не исключено, что « спицы» удерживаются силами электростатического отталкивания. Любопытно отметить, что изображения таинственных « спиц» были найдены на некоторых зарисовках Сатурна, сделанных ещё в прошлом веке. Но тогда никто не придал им значения.

Кроме спиц космические « Вояджёры» обнаружили неожиданным эффект, а именно многочисленные кратковременные всплески радиоизлучения, поступающего от колец. Это было не что иное, как сигналы от электростатических разрядов – своего рода молний. Источник электризации частиц, по- видимому, столкновения между ними. Была открыта и окутывающая кольца газообразная атмосфера из нейтрального атомарного водорода.

По интенсивности линии Лайсан- альфа (1216 А) в ультрафиолетовой части спектра « Вояджёрами» было подсчитано число атомов водорода в кубическом сантиметре атмосферы. Их оказалось примерно 600...

В результате исследования спектра колец выяснилось также, что частицы их составляющие по- видимому либо покрыты льдом (или инеем), либо состоят из льда, причём водяного. В последнем случае массу всех колец можно оценить в 10 23 г, т.е. на 6 порядков меньше массы самой планеты. Однако, анализ траектории космического корабля « Пионер- 11» показал, что масса колец ещё меньше и не достигает даже 1,7 миллионной массы Сатурна.

Температура колец очень низкая – порядка 80 К (-193° C). Частицы во всех кольцах двигаются с практически одинаковыми скоростями (около 10 км/с), иногда сталкиваясь друг с другом...

В течение 29,5 лет с Земли кольца Сатурна дважды видны в максимальном раскрытии и дважды наступают периоды, когда Солнце и Земля находятся в плоскости колец, и тогда кольца освещаются Солнцем «с ребра». В этот период кольца почти совсем не видны, что свидетельствует об их очень малой толщине: порядка 1- 4 (до 20) км. Сквозь кольца можно даже увидеть звёзды, хотя свет их при этом заметно ослабевает.

Спутники Сатурна

Наряду с системой колец у Сатурна есть ещё и целая система спутников, которых в настоящее время известно 60.

Первый спутник обнаружил ещё в 1655 году Христиан Гюйгенс, и это был огромный Титан – единственный спутник Сатурна, имеющий плотную атмосферу, а своими размерами превосходящий Меркурий.

Несколько позже – в 1671 году, Жан- Доминик Кассини открывает ещё один спутник – Япет. Спустя год он же открывает Рею, а в 1684 году – Диону и Тефию. После этих открытий, в течении более сотни лет, сведений о новых спутниках Сатурна не поступало. И казалось что так будет вечно. Но, в 1789 году сразу два спутника Сатурна были обнаружены Уильямом Гершелем. Это были Мимас и Энцелад.

Спустя ещё шестьдесят лет, а именно в 1848 г., был открыт Гиперион, в 1898- ом – Феба. Следом за ними – в 1966 году, были открыты Эпитемий и Джуна. После этого число открытых спутников Сатурна, в связи с увеличившейся разрешающей способностью наземных телескопов, стало стремительно возрастать, и к 1997 году, в котором состоялся запуск космического корабля « Cassini» , достигло 18. К этому числу « Cassini» добавил ещё четыре новых спутника, обнаруженных после его прибытия к Сатурну.

Всего к настоящему времени у Сатурна известно 52 официально подтверждённых спутника, каждый из которых имеет своё название. Наряду с ними имеются и другие, пока неподтверждённые спутники, которые имеют небольшие размеры и более одного раза не наблюдались. Одни из них лежат в пределах орбиты Дионы, другие – между орбитами Дионы и Тефии, третьи – между орбитами Дионы и Реи.

Все спутники, кроме огромного Титана, сложены в основном из водяного льда, с небольшой примесью скальных пород, на что указывает их невысокая плотность (порядка 1400- 2000 кг/м 3). У наиболее крупных из них, таких как Мимас, Диона, Рея, формируется каменистое ядро, занимающее по массе до 40% от массы всего спутника. Строение же Титана походит на строение больших спутников Юпитера: тоже твёрдое каменистое ядро и ледяная оболочка.

Спутники Сатурна, как впрочем и спутники других планет- гигантов, можно разделить на две группы – регулярные и иррегулярные. Регулярные спутники движутся по почти круговым орбитам, лежащим недалеко от планеты вблизи её экваториальной плоскости. Все регулярные спутники обращаются в одном направлении – в направлении вращения самой планеты. Это указывает на то, что сформировались эти спутники в газопылевом облаке, окружавшем планету в период её формирования. Правда из этого правила есть два исключения – Япет и Феба.

В отличие от них, иррегулярные спутники обращаются далеко от планеты по хаотическим орбитам, ясно указывающим, что эти тела были захвачены планетой из числа пролетавших мимо неё астероидов или ядер комет.

Регулярные спутники Сатурна, которых всего известно 18, имеют синхронное вращение (циклический сдвиг), и поэтому всегда повёрнуты к планете одной стороной. Исключением из этого правила является Гиперион, имеющий хаотическое собственное вращение, и Феба, вращающаяся в противоположную сторону.

Вообще же можно сказать, что каждый спутник Сатурна уникален, и каждый из них заслуживает внимания. Взять вот, например, Титан – огромный спутник, чей диаметр – 5150 километров, позволяет ему считаться вторым по величине спутником в Солнечной системе. К тому же только у Титана имеется плотная красно- оранжевая атмосфера, толщиной почти 600 км.. Причём атмосфера эта, по своему составу, напоминает атмосферу древней Земли, т.к. на 95% состоит из азота. Имеются следы присутствия в ней аргона, метана, кислорода, водорода, этана, пропана и других газов. Метан, кстати, на Титане может находиться во всех 3- х агрегатных состояниях, поэтому, неудивительно существование на спутнике метанового океана, озёр и рек. Да и обычный, водный океан на Титане тоже существует, правда, не на поверхности, а на глубине в несколько километров. На это указывает большая изменчивость деталей поверхности Титана, которые в разное время наблюдаются в разных местах.

Такое возможно только если предположить, что под поверхностью находится мощный слой жидкой воды. Таким образом, Титан – пятый космический объект в пределах Солнечной системы на котором найдена жидкая вода...

Не менее интересен чем Титан и другой спутник Сатурна – Япет. Его передняя (по ходу движения) полусфера сильно отличается по отражательной способности от задней. Одна из них столь же яркая как снег, другая – такая же тёмная как чёрный бархат. Это связано с тем, что передняя часть Япета сильно загрязнена пылью, которая падая на его поверхность при движении другого спутника – Фебы, вызывает сильное её почернение.

Феба же спутник тоже уникальный, т.к. единственный вращается вокруг планеты в противоположную сторону. К тому же её поверхность очень тёмная – самая тёмная среди всех спутников Сатурна.

А вот самая яркая поверхность у Энцелада, который по этому показателю – первый в Солнечной системе (его альбедо близко к 1, как у свежевыпавшего снега). У Энцелада также наибольшая тектоническая и вулканическая активность, причём вулканы Энцелада не простые, а ледяные. Из- за них его поверхность покрыта слоем инея, и потому такая яркая.

Очень интересен и ещё один спутник Сатурна – Гиперион, единственный из больших спутников имеющий неправильную форму, вызванную столкновением с неким массивным космическим телом. Возможно, а скорее даже вероятно, именно этим столкновением вызвано хаотическое вращение Гипериона вокруг своей оси, скорость которого меняется в течение месяца на десятки процентов.

От столкновения с каким- то большим космическим телом образовался и 130 километровый кратер Гершель на поверхности другого спутника Сатурна – Мимаса. Вал, окружающий этот кратер так высок, что явственно заметен даже на фотографиях. Надо сказать, что подобные гигантские кратеры на спутниках Сатурна не редкость. Так на поверхности Дионы обнаружен кратер с диаметром около 100 км., а на поверхности Реи – второго по размерам спутника Сатурна, есть кратеры диаметром вплоть до 300 км. Рея, кстати, интересна ещё и тем, что единственная из всех спутников, причём не только Сатурна, имеет кольца. Обнаружено это было 7 марта этого года, во время полёта космического корабля « Cassini» . Кольцо у Реи, по- видимому, всего одно, и состоит из раздробленных осколков столкнувшегося с Реей в далёком прошлом астероида или кометы. Диаметр этого кольца до нескольких тысяч километров и расположено оно почти вплотную к спутнику. Дополнительное облако пыли может расширяться до 5900 км. от центра спутника.

Да, Рея спутник конечно интересный, но вернёмся к разговору о кратерах. Как уже было сказано 100- 200 километровые кратеры на спутниках Сатурна – не редкость, но даже они – ничто по сравнению с кратером Одиссей, диаметром 400 км., который лежит на поверхности Тефии. На этом спутнике, кстати, обнаружен и гигантский каньон Итака, протянувшийся на 3 тысячи километров, что больше чем диаметр спутника (~2000 км.).

Но не только этим интересна Тефия. Она ещё и как бы «пасёт» два других спутника – Телесто и Калипсо, расположенных на 60° впереди и позади Тефии. Спутником- пастухом является и Диона, « пасущая» Елену и Полидевка. Места в пространстве, которые занимают эти « пасущиеся» спутники называют лагранжевые. Подобным образом, кстати, двигаются астероиды Троянцы вместе с Юпитером.

Некоторые же из спутников оказывают своё влияние на кольца Сатурна – это т.н. спутники- пастухи. Таковы, например, Прометей и Пандора, взаимодействующие с кольцевым материалом кольца F, и не позволяющие этому материалу выйти за пределы кольца, или Атлас, движущийся у внешнего края кольца А; он не даёт частицам кольца выходить за пределы этого края. Кольцо F кстати очень необычное. Так, бортовые камеры « Вояджёра- 1» показали, что кольцо состоит из нескольких колечек общей шириной 60 км., причем два из них перевиты друг с другом, как шнурок. Вызвана столь необычная конфигурация взаимодействием колечек с двумя спутниками, движущихся непосредственно вблизи кольца F, – один у внутреннего края, другой – у внешнего. Притяжение этих спутников не дает крайним частицам уходить далеко от его середины – спутники как бы « пасут» частицы. Они же, как показали расчёты, вызывают движение частиц по волнистой линии, что и создает наблюдаемые переплетения компонентов кольца. Но « Вояджёр- 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. Чем вызвано такое странное поведение колечек – не известно...

Общие сведения о Сатурне

Эта планета более других планет-гигантов похожа на Юпитер. Ее масса в 95 раз и экваториальный радиус (60370 км) в 9,5 раза превышают земные, а сжатие составляет 1:10, т. е. полярный радиус в 8,5 раза больше земного. Ускорение силы тяжести на Сатурне в 1,15 раза превышает земное, а критическая скорость равна 37 км/с. Ось вращения планеты наклонена под углом в 26°45", и если бы она по своей природе походила на Землю и находилась значительно ближе к Солнцу, то на ней сменялись бы сезоны года. Но структура Сатурна такая же, как у Юпитера, и он тоже вращается зонально с периодами в 10ч 14м (экваториальный пояс) и в 10ч 39м (умеренные пояса). О газообразной структуре планеты свидетельствует и ее небольшая средняя плотность, равная 0,69 г/см3, т. е., образно говоря, если бы Сатурн оказался в воде, то он плавал бы на ее поверхности. Из-за меньшей (в сравнении с Юпитером) массы давление в недрах Сатурна нарастает медленнее, и, по-видимому, слой жидкого водорода в смеси с гелием начинается на глубине, равной половине радиуса планеты, где температура достигает 10000°С, а давление - 3-109 гПа (3-106 атм.). Ниже, на глубине 0,7-0,8 радиуса, имеется, слой металлической фазы водорода, электрические токи в котором порождают магнитное поле планеты, а под этим слоем находится расплавленное силикатно-металлическое ядро, масса которого в 9 раз больше массы Земли, или почти 0,1 массы Сатурна.

Сатурн получает от Солнца в 92 раза меньше энергии, чем Земля, кроме того, 45% этой энергии он отражает. Поэтому температура его верхних слоев должна быть около -190°С, но она близка к -170°С. Объясняется это тем, что из горячих недр планеты поступает тепла в два раза больше, чем от Солнца. Радиоизлучение Сатурна сравнительно небольшое, что свидетельствует о наличии у него магнитного поля и радиационного пояса, более слабых, чем у Юпитера. Это подтверждено автоматической станцией «Пионер-11», которая 1 сентября 1979 г. пролетела на расстоянии 21 400 км от поверхности Сатурна и обнаружила его магнитное поле, ось которого почти совпадает с осью вращения планеты. Радиационный пояс состоит из нескольких зон, разделенных широкими полостями, не содержащих электрически заряженных частиц. У Сатурна есть еще две луны - их сфотографировал зонд «Кассини». Факт, что такие мелкие планеты (3 и 4 км в диаметре) уцелели до сих пор, означает, что мелкие кометы, которые обычно угрожают им, встречаются в Солнечной системе не так уж часто. Всего спутников у шестой планеты теперь 33 с поперечниками от 34 до 5150 км. Как и у Юпитера, эти спутники занумерованы в порядке последовательности их открытия.

На фотографиях, полученных автоматическими станциями, видно, что поверхности крупных спутников покрыты множеством кратеров самых различных размеров.

Все спутники Сатурна обращаются вокруг него в прямом направлении, и только самый далекий, девятый спутник Феба, отстоящий от планеты почти на 13 млн. км, имеет обратное движение и завершает один оборот по орбите за 550 суток.
Кольца Сатурна

У Сатурна имеется кольцо, открытое еще в 1656 г. голландским физиком X. Гюйгенсом (1629-1695), а точнее, семь тонких плоских концентрических колец, которые отделены друг от друга темными промежутками и обращаются вокруг планеты в плоскости ее экватора. Внешнее кольцо, обозначаемое буквой А, менее ярко, чем отделенное от него щелью Кассини кольцо B, внутри которого находится третье кольцо С, из-за своей малой яркости называемое креповым и видимое только в сильные телескопы; оно отделено от кольца В делением Максвелла. Внешние и внутренние радиусы этих колец соответственно равны 138000 и 120000 км (А), 116000 и 90000 км (В), 89000 и 72000 км (С).

Сохраняя свое направление в пространстве, кольца через каждые 14,7 года (половина периода обращения Сатурна вокруг Солнца) бывают повернуты к Земле ребром и не видны; только их тень узкой темной полоской падает на диск планеты. Это явление называется исчезновением колец. Последнее их исчезновение было в 1994 г.

Сатурн, шестая по расстоянию от Солнца большая планета Солнечной системы; астрономический знак ћ С. относится к числу планет-гигантов. Большая полуось орбиты С. (его среднее расстояние от Солнца) составляет 9,54 а. е., или 1,43 млрд. км. Эксцентриситет орбиты С. 0,056 (наибольший среди планет-гигантов). Угол наклона плоскости орбиты С. к плоскости эклиптики равен 2°29’. Полный оборот вокруг Солнца (сидерический период обращения) С. совершает за 29,458 лет со средней скоростью 9,64 км/сек. Синодический период обращения равен 378,09 сут. На небе С. выглядит как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звёздной величины (в среднем противостоянии). Большая изменчивость блеска связана с существованием вокруг С. колец; угол между плоскостью колец и направлением на Землю меняется в пределах от 0 до 28°, и земной наблюдатель видит кольца под разным углом, что и определяет изменение блеска С. Видимый диск С. имеет форму эллипса с осями 20,7” и 14,7” (в среднем противостоянии). В верхнем соединении с Солнцем видимые размеры С. на 25% меньше, а блеск на 0,48 звёздной величины слабее. Визуальное альбедо С. равно 0,69.

Эллиптичность диска С. отражает его сфероидальную форму, которая является следствием быстрого вращения С.: период его вращения вокруг своей оси равен 10 ч 14 мин на экваторе, 10 ч 38 мин на умеренных широтах и 10 ч 40 мин на широте около 60°. Ось вращения С. наклонена к плоскости его орбиты на 63°36’. В линейной мере экваториальный радиус С. составляет 60 100 км, полярный - 54 600 км (точность около 1%), а сжатие равно 1:10,2. Объём С. превышает объём Земли в 770 раз, а масса С. в 95,28 раз больше земной (5,68·10226 кг), так что средняя плотность С. составляет 0,7 г/см3 - вдвое меньше плотности Солнца. По отношению к Солнцу масса С. составляет 1:3499. Ускорение силы тяжести на поверхности С. на экваторе равно 9,54 м/сек2. Параболическая скорость (скорость убегания) на поверхности С. достигает 37 км/сек.

На диске С. видно мало деталей, даже при рассматривании его в наилучших условиях. Видны лишь параллельные экватору светлые и тёмные полосы, на которые изредка накладываются тёмные или светлые пятна, с помощью которых и определяется вращение С.

Температура поверхности С. по измерениям теплового потока, исходящего из планеты в инфракрасной области спектра, определяется от - 190 до - 150 °С (что выше равновесной температуры - 193 °С), соответствующей получаемому от Солнца потоку тепла. Это свидетельствует о том, что в тепловом излучении С. есть доля собственного глубинного тепла, что подтверждается и измерениями радиоизлучения.

Различие угловых скоростей вращения С. на разных широтах свидетельствует о том, что наблюдаемая с Земли его поверхность есть лишь верхний облачный слой атмосферы. О внутреннем строении С. можно составить некоторое представление на основании теоретических исследований. Наблюдаемые возмущения в движении спутников С., будучи сопоставлены со сжатием его фигуры и средней плотностью, позволяют определить приблизительный ход давления и плотности в недрах С. (см. Планеты). Очень малая средняя плотность С. говорит за то, что он, как и другие планеты-гиганты, состоит преимущественно из лёгких газов - водорода и гелия, которые преобладают и на Солнце. Предположительно в состав С. входят водород (80%), гелий (18%), более тяжёлых элементов, сконцентрированных в ядре планеты, всего лишь 2%. Водород до глубин около половины радиуса находится в молекулярной фазе, а глубже под влиянием колоссальных давлений переходит в фазу металлическую. В центре С. температура близка к 20 000 К.

Химический состав атмосферы, находящейся над облачным слоем С., определяется по линиям поглощения в спектре планеты. Главную её часть составляет молекулярный водород (40 км-атм), безусловно присутствует метан CH4 (0,35 км-атм), предполагается существование аммиака (NH3), хотя возможно, что в форме аэрозолей он присутствует в облаках. Имеются основания предполагать, что и в атмосфере С. есть гелий, спектроскопически не проявляющий себя в доступной нам области спектра. Магнитное поле у С. не обнаружено.

Примечательной особенностью планеты являются кольца Сатурна - концентрические образования различной яркости, как бы вложенные друг в друга, и образующие единую плоскую систему небольшой толщины, располагающуюся в экваториальной плоскости С. Кольцо вокруг С. впервые наблюдал Г. Галилей в 1610, но из-за низкого качества телескопа он принял видимые по краям планеты части кольца за спутники С. Правильное описание кольца С. дал Х. Гюйгенс (1659), а Дж. Кассини вскоре показал, что оно состоит из двух концентрических составляющих - колец А и В, разделённых тёмным промежутком (так называемым «делением Кассини»). Много позже (в 1850) американский астроном У. Бонд открыл внутреннее слабо светящееся кольцо (С), а в 1969 было обнаружено ещё более слабое и близкое к планете кольцо D. Яркость кольца D не превышает 1/20 яркости самого яркого кольца - кольца В. Кольца расположены на следующих расстояниях от планеты: А - от 138 до 120 тыс. км, В - от 116 до 90 тыс. км, С - от 89 до 75 тыс. км и D - от 71 тыс. км почти до поверхности С.

Природа колец С. стала ясной после того, как английский физик Дж. Максвелл (в 1859) и русский математик С. В. Ковалевская (в 1885) разными методами доказали, что устойчивым существование кольца вокруг планеты может быть только в том случае, если оно состоит из совокупности отдельных малых тел: сплошное твёрдое или жидкое кольцо было бы разорвано силой притяжения планеты.

Этот теоретический вывод в конце 19 в. был эмпирически подтвержден независимо друг от друга А. А. Белопольским (Россия), Дж. Килером (США) и А. Деландром (Франция), которые сфотографировали спектр С. с помощью щелевого спектрографа и на основе эффекта Доплера - Физо обнаружили, что внешние части кольца С. вращаются медленнее, чем внутренние. Измеренные скорости оказались равными тем, которые имели бы спутники С., если бы они находились на тех же расстояниях от планеты.

В течение 29,5 лет с Земли кольца С. дважды видны в максимальном раскрытии и дважды наступают периоды, когда Солнце и Земля находятся в плоскости колец, и тогда кольца либо освещаются Солнцем «с ребра», либо оно для земного наблюдателя видно «с ребра». В этот период кольца почти совсем не видны, что свидетельствует об их очень малой толщине. Разные исследователи, основываясь на визуальных и фотометрических наблюдениях и их теоретической обработке, приходят к заключению, что средняя толщина колец составляет от 10 см до 10 км. Конечно, кольцо такой толщины увидеть с Земли «с ребра» невозможно. Размеры твёрдых тел в кольцах оцениваются от 10-1 до 103 см с преобладанием глыб диаметром около 1 м, что подтверждается и наблюдаемым отражением радиоволн от колец С.

Химический состав вещества колец, по-видимому, одинаков у всех четырёх составляющих, различна в них только степень заполнения пространства глыбами. Спектр колец С. существенно отличен от спектра самого С. и освещающего их Солнца; спектр указывает на повышенную отражательную способность колец в ближней инфракрасной области (2,1 и 1,5 мкм), что соответствует отражению от льда H2O. Можно считать, что тела, образующие кольца С., либо покрыты льдом или инеем, либо состоят из льда. В последнем случае массу всех колец можно оценить в 1024 г, т. е. на 5 порядков меньше массы самой планеты. Температура колец С., по-видимому, близка к равновесной, т. е. к 80 К.

С. имеет десять спутников. Один из них - Титан - имеет размеры, сравнимые с размерами планет; его диаметр равен 5000 км, масса 2,4×10-4 массы С., он обладает атмосферой, имеющей в своём составе метан. Самый близкий к планете спутник - Янус, открытый в 1966: он обращается вокруг планеты за 18 ч, на среднем расстоянии 160 тыс. км; его диаметр около 220 км. Самый далёкий спутник - Феба; обращается вокруг С. в обратном направлении на расстоянии около 13 млн. км (см. Спутники планет).

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.

Сатурн – вторая по размерам планета в нашей Солнечной системе и шестая планета от Солнца. Сатурн, точно так же как и Уран, Юпитер и Нептун, относятся к газовым гигантам. Свое название планета получила в честь бога земледелия.

В большей степени планета состоит из водорода, с незначительными примесями гелия и следами метана, воды, аммиака и тяжелых элементов. Что касается внутренней части, то она представляет собой незначительное ядро, включающее никель, железо и лед, покрытое газообразным внешним слоем и небольшим слоем металлического водорода. Внешняя атмосфера кажется при наблюдении из космоса однородной и спокойной, хотя иногда прослеживаются долговременные образования. У Сатурна есть планетарное магнитное поле, которое занимает промежуточное положение по напряженности между мощным полем Юпитера и магнитным полем Земли. Скорость ветра на планете может достигать до 1800 км/час, что намного больше чем на Юпитере.

Сатурн имеет заметную систему колец, которая главным образом состоит из частичек льда, имеющих меньшее количество пыли и тяжелых элементов. На данный момент вокруг Сатурна обращается 62 известных спутника. Самым крупным из них является Титан. Среди всех спутников он второй по размерам (после Ганимеда).

На орбите Сатурна располагается автоматическая межпланетная станция под названием «Кассини». Ученые запустили ее еще в 1997 году. А в 2004 году она достигла системы Сатурна, к задачам которой относятся изучение структуры колек и динамики магнитосферы и атмосферы.

Название планеты

Планета Сатурн была названа в честь римского бога земледелия. Позже он был отождествлен с предводителем титанов – Кроносом. Поскольку титан Кронос пожирал своих детей, он не пользовался популярностью среди греков. У римлян же бог Сатурн был в почете и уважении. Согласно древней легенде, он научил человечество обрабатывать землю, строить дома и выращивать растения. О временах его предполагаемого правления говорят «золотой век человечества», в его честь организовывались празднования, которые получили название Сатурналии. Рабы во время этих торжеств на незначительное время получали свободу. В индийской мифологии планете соответствует Шани.

Происхождение Сатурна

Стоит отметить, что происхождение Сатурна объясняют две главные гипотезы (точно так же, как и с Юпитером). Согласно гипотезе «концентрации», похожий состав Сатурна и Солнца заключается в том, что у этих небесных тел есть большая часть водорода. В результате малая плотность объясняется тем, что на изначальных стадиях развития Солнечной системы в газопылевом диске сформировались массивные «сгущения», которые дали начало планетам. Получается, что планеты и Солнце формировались схожим образом. Но как бы там ни было, эта гипотеза не объясняет различия состава Солнца и Сатурна.

Гипотеза «аккреции» говорит, что процесс образования Сатурна состоял из двух этапов. Сперва в течение двухсот миллионов лет шел процесс образования твердых плотных тел, которые напоминали планеты земной группы. В период этого этапа из области Сатурна и Юпитера диссипировалась некоторая часть газа, что в будущем сказалось на различии химических составов Солнца и Сатурна. После чего начался 2 этап, во время которого самые крупные тела смогли достигнуть удвоенной массы Земли. В течение нескольких сотен тысяч лет проходил процесс аккреции газа на эти тела из первичного протопланетного облака. Температура на втором этапе наружных слоев планеты достигала 2000 °C.

Сатурн среди прочих планет

Как уже было сказано выше, Сатурн относится к числу газовых планет: он не имеет твердой поверхности и в основном состоит из газов. Полярный радиус планеты – 54 400 км, экваториальный – 60 300 км. Среди остальных планет Сатурн отличается наибольшим сжатием. Вес планеты превышает массу Земли в 95,2 раза, но ее средняя плотность меньше плотности воды. Хотя массы Сатурна и Юпитера отличаются более чем в три раза, их экваториальный диаметр отличается только на 19%. Что касается плотности остальных газовых планет, то она существенно больше и составляет 1,27-1,64 г/см3 . Ускорение свободного падения вдоль экватора – 10,44 м/с2 , что сопоставимо с показателями Нептуна и Земли, но гораздо меньше, чем у Юпитера.

Вращение и орбитальные характеристики Сатурна

Среднее расстояние между Солнцем и Сатурном – 1430 млн км. Двигаясь со скоростью 9,69 км/с, планета обращается вокруг Солнца за 29,5 года (10 759 суток). Расстояние от Сатурна до нашей планеты меняется в пределах от 8,0 а. е. (119 млн км) до 11,1 а. е. (1660 млн км), среднее расстояние в период их противостояния примерно 1280 млн км. Юпитер и Сатурн находятся почти в точном резонансе 2:5 до Солнца в афелии и перигелии составляет 162 млн км.

Дифференциальное вращение атмосферы планеты подобно вращению атмосфер Венеры и Юпитера, а также Солнца. А. Вилльямс первым обнаружил, что скорость вращения Сатурна может меняться не только по глубине и широте, но и по времени. Анализ переменности вращения экваториальной зоны за 200 лет показал, что главный вклад в эту переменность вносит годовой и полугодовой циклы.

Атмосфера и строение Сатурна

Верхние слои атмосферы на 96,3% состоят из водорода и на 3,25% из гелия. Есть примеси аммиака, метана, этана, фосфина и некоторых других газов. В верхней части атмосферы аммиачные облака мощнее юпитерианских, в то время как облака нижней части состоят из воды или гидросульфида аммония.

Согласно с данными «Вояджеров», на планете дуют сильные ветра. Аппаратам удалось зарегистрировать скорость ветров в 500 м/с. В основном они дуют в восточном направлении. Их сила ослабевает одновременно с отдалением от экватора (могут появляться западные атмосферные течения). Исследования показали, что циркуляция атмосферы может проходить в слое верхних облаков, но и на глубине до 2000 км. Более того, по измерениям «Вояджера-2» стало известно, что ветры в северном и южном полушарии симметричны относительно экватора. Существует предположение, что симметричные потоки имеют связь под слоем видимой атмосферы.

Иногда в атмосфере Сатурна появляются устойчивые образования, которые представляют собой сверхмощные ураганы. Точно такие же объекты прослеживаются и на остальных газовых планетах Солнечной системы. Примерно 1 раз в 30 лет на Сатурне появляется «Большой Белый овал», который в последний раз видели в 2010 году (не такие крупные ураганы формируются чаще).

Во время штормов и бурь на Сатурне наблюдаются сильные разряды молнии. Вызванная ими электромагнитная активность колеблется с годами от практически полного отсутствия до сверхмощных электрических бурь.

Аппарат «Кассини» 28 декабря 2010 года сфотографировал шторм, который напоминал сигаретный дым. Очередной сильный шторм был зафиксирован астрономами 20 мая 2011 года.

Внутреннее строение

В глубине атмосферы планеты растут температура и давление, а водород переходит в жидкое состояние, но этот переход постепенный. На глубине в 30 тыс. км водород становится металлическим (3 млн атмосфер – давление). Магнитное поле создается циркуляцией электрических токов в металлическом водороде. Оно не настолько мощное, как у Юпитера. В центральной части планеты находится мощное ядро из тяжелых и твердых материалов – металлов, силикатов и предположительно льда. Его вес примерно составляет от 9 до 22 масс нашей планеты. Температура ядра – 11 700°C. Нельзя не отметить и тот факт, что энергия, излучаемая Сатурном в космос, в два с половиной раза больше энергии, которую он получает от Солнца. Существенная часть этой энергии генерируется благодаря механизму Кельвина – Гельмгольца. В то время, когда температура падает, соответственно уменьшается давление в ней, она понижается, а энергия переходит в тепло. Но такой механизм не может выступать единственным источником энергии Сатурна. Ученые предполагают, что дополнительная часть тепла появляется благодаря конденсации и последующему падению капель гелия через слой водорода вглубь ядра. Как следствие, потенциальная энергия капель переходит в тепловую. Область ядра, по оценкам ученых, имеет диаметр примерно 25 тыс. км.

Спутники Сатурна

Крупнейшие спутники Сатурна – Энцелад, Мимас, Диона, Тефия, Титан, Рея и Япет. Впервые они были открыты в 1789 году, но и по сей день остаются главными объектами исследования. Их диаметры варьируются от 397 до 5150 км. Распределение по массам отвечает распределению по диаметрам. Наименьшими эксцентриситетами орбиты обладают Тефия и Диона, наибольшим – Титан. Все спутники с известными параметрами располагаются выше синхронной орбиты, что приводит к их медленному удалению.

По состоянию на 2010 год известно 62 спутника Сатурна. Причем 12 из них открыты посредством космических аппаратов: «Кассини», «Вояджер-1», «Вояджер-2». Большинство спутников, кроме Фебы и Гипериона, характеризуются синхронным собственным вращением - каждый из них всегда повернут одной стороной к Сатурну. Информации о вращении мелких спутников нет. Дионе и Тефии сопутствуют по два спутника в точках Лагранжа L4 и L5.

На протяжении 2006 года команда ученых под чутким руководством Дэвида Джуитта, работающая на Гавайях, выявила с помощью телескопа Субару девять спутников Сатурна. Они отнесли их к нерегулярным спутникам, отличающимся ретроградной орбитой. Время их вращения вокруг Сатурна варьируется от 862 до 1300 дней.

Первые снимки высокого качества были получены с изображением одного из спутников Тефии только в 2015 году.

Вам могут быть интересны следующие материалы

Отношения

Интерьер

Дети

Красота

Фигура

Здоровье

© 2020 Женские секреты. Отношения, красота, дети, мода