Покрытых льдом, и при огромных размерах — более четверти миллиона километров в диаметре, имеют толщину не более километра.
Во второй половине прошлого века было известно не больше двух десятков спутников, но с вводом в строй новых наземных и космических список «компаньонов» Сатурна стал стремительно расти. Только при помощи космических аппаратов «Вояджер» и «Кассини» были открыты 12 спутников.
Из 62 спутников Сатурна лишь 53 имеют собственные имена, 23 из них регулярные, то есть вращаются вокруг Сатурна по орбитам, лежащим в одной плоскости и в одном направлении, остальные — нерегулярные.
Параметры их сильно вытянутых орбит в точности неизвестны, как неизвестно и то, вращаются они или нет. При этом практически все спутники планеты имеют примерно одинаковый состав — горные породы и лед.
Научные исследования Сатурна
Наблюдая Сатурн в телескоп в 1609-1610 гг., заметил, что планета выглядит не как единое небесное тело, а как три тела, касающихся друг друга. Ученый высказал предположение, что Сатурн, вероятно, имеет два крупных спутника — в те их называли «компаньонами».
Но два года спустя Галилей повторил свои и с удивлением обнаружил, что спутники планеты… бесследно исчезли.
Лишь в 1659 г. Христиан Гюйгенс с помощью более мощного и совершенного телескопа выяснил, что «компаньоны» — не что иное как тонкое плоское кольцо, опоясывающее Сатурн на некотором расстоянии от поверхности планеты. Тогда же был открыт самый крупный спутник Сатурна — .
Гюйгенс первым предположил, что кольцо Сатурна не является сплошным твердым телом, а состоит из множества мелких и более крупных фрагментов, но коллеги-академики обрушились на ученого, утверждая, что ничего подобного просто не может существовать в природе.
Начиная с 1675 г. изучением Сатурна занимался директор Парижской обсерватории Джованни Кассини (1625-1712 гг.). Ему удалось установить, что кольцо Сатурна не сплошное, а состоит из двух колец различных диаметров, разделенных отчетливо видимым промежутком,- он получил название «щель Кассини».
Позднее, по мере увеличения разрешающей способности телескопов, астрономы разделили кольца Сатурна на внешнее кольцо А, отделенное от него щелью Кассини кольцо В и полупрозрачное внутреннее кольцо С.
В 1979 г. космический аппарат «Пионер-11» впервые пролетел вблизи Сатурна, а в 1980 и 1981 гг. за ним последовали аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Эти аппараты впервые в истории передали на детальные снимки структуры колец и выяснили их состав.
Перед изумленными астрономами открылась великолепная цветовая феерия сотен и тысяч тонких колечек, в причудливой последовательности «собранных» вокруг планеты-гиганта.
Сатурн: царство горячего льда
Для астрономов прошлого Сатурн был последним рубежом, дальней , за которой находилась хрустальная сфера с прикрепленными к ней неподвижными .
И действительно: все расположенные за орбитой Сатурна планеты невозможно увидеть невооруженным глазом.
Названный в честь древнейшего божества плодородия и земледелия, отца Юпитера, которого неблагодарный сын лишил трона, Сатурн в девять с половиной раз дальше от , чем Земля.
Такой же газовый гигант, как и Юпитер, он не выглядит особенно ярким на небосклоне, да и движется гораздо медленнее — год Сатурна продолжается 29,5 земных лет.
При наблюдении в телескоп эта планета напоминает Юпитер — на ее диске можно различить такие же чередующиеся темные и светлые полосы, параллельные экватору.
Цвет Сатурна бледно-желтый, с холодным голубоватым оттенком.
Как и Юпитер, Сатурн не имеет твердой поверхности, зато самая заметная деталь, придающая ему уникальный облик,- гигантские ярко светящиеся кольца — хорошо видна с Земли.
Ледяная карусель
Современным астрономам известно, что у всех четырех газовых гигантов — Юпитера, Сатурна, Урана и — есть кольца, но у Сатурна они самые заметные, массивные и поразительно яркие.
Кольца расположены под углом приблизительно 28° к плоскости орбиты Сатурна, поэтому с Земли они выглядят по-разному: в зависимости от взаимного расположения планет их можно видеть то «с ребра» — и тогда они практически исчезают, то во всей красе.
Христиан Гюйгенс оказался прав — кольца Сатурна действительно состоят из миллиардов мельчайших частиц, оказавшихся на околопланетной орбите.
Но что поражает — при диаметре около 250 тыс. км толщина колец не достигает и двадцати метров, а если собрать воедино все их вещество, то из него вышло бы космическое тело диаметром не больше 100 км.
Однако о количестве сатурновых колец астрономы прошлого даже не догадывались.
Действительно, существуют кольцо А, щель Кассини шириной около 4 тыс. км, самое яркое кольцо В и полупрозрачное кольцо С, ближайшее к планете. При этом каждое из них состоит из тысяч более узких колец, также чередующихся со щелями и по-разному отражающими свет.
Даже в щели Кассини расположено несколько тончайших колечек. Большинство частиц, из которых состоят кольца, имеют размер в несколько сантиметров, но изредка в них встречаются тела в несколько метров и даже до 1-2 км.
Специалисты считают, что кольца почти полностью состоят изо льда с примесями .
Кольца вращаются вокруг Сатурна, подчиняясь гравитации планеты. Время от времени их состав обновляется за счет «неосторожных» спутников, которые приближаются к Сатурну настолько близко, что притяжение планеты попросту их «разрывает на части».
На кольца воздействует не только гравитация, но и магнитное поле «хозяина» — оно особым образом ориентирует частицы во множестве колец, и тогда на них появляются темные поперечные полосы, так называемые «споки».
Как у Сатурна появились кольца?
Происхождение колец Сатурна все еще вызывает ожесточенные споры.
Их считали остатками большого количества мелких спутников, разрушенных тяготением Сатурна, но возраст колец — а им более 4,5 млрд лет — позволяет считать, что они являются остатками протопланетного , из которого возник сам Сатурн и его многочисленные спутники.
Вблизи планеты существует такая область, в которой сгустки вещества, достигшие определенного размера, начинают сталкиваться на больших скоростях и дробиться.
В результате вместо нового спутника возникает целая туча мелких обломков, которые постепенно «убегают» на другие орбиты и участвуют в образовании колец.
Необыкновенная тонкость «ледяных » объясняется тем, что в экваториальной плоскости планеты взаимное притяжение частиц уравновешиваются центробежными силами, а в направлении, перпендикулярном к экваториальной плоскости, эти силы не действуют, вот частицы и собираются в тончайшее кольцо.
Какая планета могла бы плавать на воде?
Сатурн, вторая по величине планета Солнечной системы, обладает самой низкой плотностью.
Сатурн, который в основном состоит из газов и жидкости, имеет среднюю плотность 0,69 г/см3, в то время как плотность составляет 1,0 г/см3.
Следовательно, если бы каким-то образом удалось перенести кусочек Сатурна на Землю, он мог бы плавать в бассейне.
Если бы нашелся такой океан, в который можно было бы погрузить Сатурн, то мы могли бы убедиться, что гигантская планета… плавает! Понятно, почему: вещество Сатурна в целом на треть легче обычной воды.
Водородный волчок
Гигантская планета, лишь немного уступающая в размерах Юпитеру, вращается с огромной скоростью — полный оборот Сатурн совершает за 10 ч 34 мин. Диаметр Сатурна на экваторе составляет более 120 тыс. км, а ось планеты, заметно сплюснутой у , наклонена под углом 27° к плоскости ее орбиты.
Водород с примесью гелия, воды, метана, аммиака — основные вещества, из которых состоит Сатурн, причем водорода там больше, чем на Юпитере.
Его средняя плотность намного меньше плотности воды, и если бы существовал океан подходящих размеров, Сатурн преспокойно плавал бы на его поверхности.
Внешние слои атмосферы планеты кажутся наблюдателю спокойными и безмятежными — на них нет вихревых образований, подобных Большому Красному Пятну на Юпитере. Однако это кажущееся спокойствие.
По данным , скорость на Сатурне местами может достигать 1 800 км/ч, причем бушуют такие «сверхураганы» не только в верхних слоях атмосферы, но и до глубины в 2 тыс. км.
По мере удаления от внешних слоев атмосферы давление и температура растет, водород переходит в жидкое состояние.
В центральной области Сатурна находится массивное ядро, состоящее из железа, горных пород и… водяного льда, покрытого тонким слоем металлического водорода.
Лед, существующий при температурах в несколько тысяч градусов,- это может показаться абсурдным. Однако лед сатурнианских недр — не совсем обычный. Его молекулярная структура отличается от обычного льда примерно так, как отличается структура алмаза от структуры графита, и свойства совершенно иные.
Беспокойные недра планеты рождают мощное магнитное поле, которое можно обнаружить даже на расстоянии миллиона километров от Сатурна.
В атмосфере происходят мощные , полыхают , а возбужденные массы водорода испускают сильное ультрафиолетовое излучение.
«Гигантский гексагон»
Самым удивительным явлением в атмосфере Сатурна является «Гигантский гексагон».
О его существовании не подозревали астрономы, наблюдавшие за планетой с Земли,- «Гигантский гексагон» расположен прямо на северном полюсе Сатурна. Он частично попал на один из снимков, переданных «Вояджером», а затем, спустя 25 лет, был полностью отснят космическим аппаратом «Кассини».
Благодаря удачному углу обзора ученым удалось рассмотреть глубинную структуру этого удивительного явления.
«Гигантский гексагон» представляет собой правильный шестиугольник с поперечным размером 25 тыс. км — на нем могут поместиться четыре Земли.
Это вихрь совершенно необычной формы, стремительно несущаяся вдоль сторон шестиугольника стена аммиачных облаков, уходящая в глубь атмосферы на расстояние до 100 км.
«Гексагон» вращается вместе с глубинными частями сатурнианской атмосферы и «не в такт» с движением ее внешних областей. Специалисты считают, что он представляет собой гигантскую «стоячую» , окружающую полюс планеты.
Автоматический космический зонд «Кассини», который в настоящее время является искусственным спутником Сатурна, передал новые изображения Северного планеты в инфракрасном диапазоне.
На этих кадрах исследователи обнаружили полярные сияния, каких никогда не наблюдали в Солнечной системе. Они окрашены в голубой цвет, а лежащие внизу облака — в красный.
Полярные сияния на Сатурне могут покрывать весь полюс, тогда как на Земле и Юпитере кольца полярных сияний только окружают магнитные полюса.
Естественные спутники Сатурна
В свите Сатурна выделяются несколько крупных небесных тел. Они обладают необычными свойствами, но все еще мало исследованы.
Ближайшим к планете крупным спутником является Мимас , открытый еще в 18 в. На его поверхности хорошо виден гигантский , образованный падением на поверхность Мимаса гигантского , едва не расколовшего спутник на части.
Следующий по удаленности спутник — Энцелад — самое светлое тело в Солнечной системе. Его поверхность отражает почти весь падающий на нее солнечный свет.
Исследователи считают, что она покрыта толстым слоем светлого инея. Сверкающий ледяной Энцелад внутри очень горячий — на его поверхности видны не только метеоритные кратеры, но и следы процессов. Поэтому там наблюдается удивительное явление — ледяные гейзеры.
Еще больше таких следов на поверхности спутника Дионы , а следующая за ней Рея имеет очень древнюю, сплошь усеянную метеоритными кратерами поверхность.
Довольно крупный спутник Тефия , открытый еще Дж. Кассини, расположен между орбитами Энелада и Дионы.
Уникальность его не только в огромном каньоне Итака, который словно след от сабельного удара рассекает три четверти окружности Тефии, но и в том, что свою орбиту Тефия делит с еще двумя небольшими спутниками — Телесто и Калипсо.
Двигаясь по одной орбите, все три спутника постоянно находятся как бы в вершинах равностороннего треугольника.
Титан , крупнейший из спутников Сатурна и второй после юпитерианского Ганимеда, больше планеты и вращается на расстоянии свыше миллиона километров от поверхности Сатурна.
Единственный из свиты Сатурна он окружен довольно плотной атмосферой и окутан облаками, состоящими из азота с примесью метана.
За Титаном следуют спутники поменьше, но и у них есть свои ярко выраженные особенности.
Так, у Япета одно полушарие отражает свет в 10 раз лучше, чем другое. Спутник движется «темным» полушарием вперед, и его цвет связан с тем, что оно в первую очередь подвергается воздействию мелких частиц льда и обломков пород.
По экватору Япет опоясывает странный гребень, делающий его похожим на косточку от персика.
Самый далекий из спутников Сатурна, имеющих диаметр более 200 км,- Феба . Остальные существенно меньше.
Феба примечательна тем, что имеет обратное вращение — нет, не вокруг собственной оси, а по орбите. По все еще неясной причине она движется в направлении противоположном движению остальных крупных спутников.
Исследователи предполагают, что Феба — , превращенная в спутник гравитацией Сатурна.
Рекордсмен ветров . Даже постоянные бури на Юпитере кажутся легким ветерком по сравнению с ветрами, дующими в атмосфере Сатурна. Автоматические межпланетные станции зарегистрировали на Сатурне самую высокую скорость ветра в Солнечной системе — 1800 км в час. Для сравнения: скорость самого свирепого земного урагана обычно не превышает 250 км в час.
Великий шестигранник . Ученые до сих пор не могут найти объяснение таинственному гигантскому образованию, расположенному на северном полюсе Сатурна. Это пятно в форме правильного шестиугольника, диаметр которого достигает 25 тысяч километров. Это явление остается одной из самых больших загадок нашей планетной системы.
Одним из прекрасных астрономических объектов для наблюдения бесспорно считается планета с кольцами – Сатурн. С этим утверждением трудно не согласиться, если хотя бы раз на окольцованного гиганта удалось взглянуть через объектив телескопа. Однако этот объект Солнечной системы интересен не только с точки зрения эстетики.
Почему шестая планета от Солнца имеет систему колец, и почему такой яркий атрибут достался именно ей? На эти и многие вопросы ученые-астрофизики и астрономы до сих пор пытаются получить ответ.
Краткая характеристика планеты Сатурн
Как и другие газовые гиганты нашего ближнего космоса, Сатурн представляет интерес для научного сообщества. Расстояние от Земли до него варьируется в диапазоне 1,20-1,66 млрд. километров. Для того чтобы преодолеть этот огромный и длинный путь космическим аппаратам, стартовавшим с нашей планеты, потребуется чуть более двух лет. Новейший автоматический зонд «Новые горизонты» добирался до шестой планеты два года и четыре месяца. При этом следует учитывать, что движение планеты вокруг Солнца подобно орбитальному движению Земли. Другим словами, орбита Сатурна имеет форму идеального эллипса. У него третий по величине эксцентриситет орбиты, после Меркурия и Марса. Расстояние от Солнца в перигелии составляет 1 353 572 956 км, тогда как в афелии газовый гигант немного отдаляется, находясь на расстоянии 1 513 325 783 км.
Даже на таком значительном удалении от центральной звезды шестая по счету планета ведет себя довольно резво, вращаясь вокруг собственной оси с громадной скоростью 9,69 км/с. Период вращения Сатурна составляет 10 часов и 39 минут. По этому показателю он уступает только Юпитеру . Столь высокая скорость вращения приводит к тому, что планета выглядит приплюснутой с полюсов. Визуально Сатурн напоминает волчок, вращающийся с ошеломляющей скоростью, который несется в просторах космоса со скоростью 9,89 км/с, совершая полный оборот вокруг Солнца почти за 30 земных лет. С того момента как Сатурн в 1610 году был открыт Галилеем, небесное тело только 13 раз обернулось вокруг главной звезды Солнечной системы.
Выглядит планета на ночном небосклоне, как достаточно яркая точка, видимая звездная величина которой варьируется в диапазоне от +1,47 до −0,24. Особенно хорошо видны кольца Сатурна, которые обладают высоким альбедо.
Любопытно и расположение Сатурна в космосе. Ось вращения этой планеты имеет почти такое же наклонение к оси эклиптике, как и у Земли. В связи с этим на газовом гиганте присутствуют времена года.
Сатурн — это не самая большая планета Солнечной системы,а всего лишь второй по величине небесный объект в нашем ближайшем космосе после Юпитера Средний радиус планеты составляет 58,232 км., против 69 911 км. у Юпитера. При этом полярный диаметр планеты меньше экваториального значения. Масса планеты составляет 5,6846·10²⁶ кг, что в 96 раз больше массы Земли.
Ближайшие планеты к Сатурну – это его братья по планетарной группе — Юпитер и Уран. Первый относится к газовым гигантам, тогда как Уран причислен к ледяным гигантам. Для двух газовых гигантов Юпитера и Сатурна характерна огромная масса в сочетании с невысокой плотностью. Это связано с тем, что обе планеты представляют собой гигантские шарообразные сгустки сжиженного газа. Плотность Сатурна составляет 0,687 г/см³, уступая по этому показателю всем планетам Солнечной системы.
Для сравнения плотность у планет земной группы Марса , Земли, Венеры и у Меркурия составляет 3.94 г/см³, 5.515 г/см³, 5.25 г/см³ и 5.42 г/см³ соответственно.
Описание и состав атмосферы Сатурна
Поверхность планеты — понятие условное, у шестой планеты нет земной тверди. Вероятно, что поверхность — это дно водородно-гелиевого океана, где под воздействием чудовищного давления газовая смесь переходит в полужидкое и жидкое состояние. На сегодняшний момент нет технических средств, позволяющих исследовать поверхность планеты, поэтому все предположения о строении газового гиганта выглядят чисто теоретическими. Объектом изучения является атмосфера Сатурна, которая плотным одеялом окутывает планету.
Воздушная оболочка планеты в основном состоит из водорода. Именно водород и гелий являются теми химическими элементами, благодаря которым атмосфера находится в постоянном движении. Об этом свидетельствуют значительные по площади облачные образования, состоящие из аммиака. Ввиду того, что в составе воздушно-газовой смеси присутствует мельчайшие частицы серы, Сатурн со стороны имеет оранжевый окрас. Зона сплошной облачности начинается на нижней границе тропосферы — на высоте 100 км. от мнимой поверхности планеты. Температура в этой области варьируется в диапазоне 200-250⁰ Цельсия ниже нуля.
Более точные данные о составе атмосферы выглядят следующим образом:
- водород 96%;
- гелий 3%;
- метан составляет всего 0,4%;
- на аммиак приходится 0,01%;
- молекулярный водород 0,01%;
- 0,0007% приходится на этан.
По своей плотности и массивности облачность на Сатурне выглядит мощнее, чем на Юпитере. В нижней части атмосферы основными компонентами сатурнианской облачности являются гидросульфит аммония или вода, в различных вариациях. Наличие водяных паров в нижних частях атмосферы Сатурна, на высотах менее 100 км, допускает и температура, которая в данной области находится в пределах абсолютного нуля. Атмосферное давление в нижних частях атмосферы составляет 140 Кпа. По мере приближения к поверхности небесного тела температура и давление начинают расти. Газообразные соединения трансформируются, образуя новые формы. Из-за высокого давления водород принимает полужидкое состояние. Ориентировочно средняя температура на поверхности водородно-гелиевого океана составляет 143К.
Такое состояние воздушно-газовой оболочки стало причиной того, что Сатурн является единственной из планет Солнечной системы, которая отдает в окружающее космическое пространство больше тепла, чем получает его от нашего Светила.
Сатурн, находясь от Солнца на расстоянии в полтора миллиарда километров, получает в 100 раз меньше солнечного тепла, чем Земля.
Печка Сатурна объясняется работой механизма Кельвина-Гельмгольца. При падении температуры, снижается и давление в слоях атмосферы планеты. Небесное тело непроизвольно начинает сжиматься, превращая потенциальную энергию сжатия в тепло. Другое предположение, объясняющее интенсивное выделение Сатурном тепла, заключается в химической реакции. В результате конвекции в слоях атмосферы, происходит конденсация молекул гелия в слоях водорода, сопровождаемая выделением тепла.
Плотные облачные массы, разница температур в слоях атмосферы, способствуют тому, что Сатурн является одним из самых ветреных районов Солнечной системы. Бури и ураганы здесь на порядок сильнее и мощнее чем на Юпитере. Скорость воздушного потока в некоторых случаях достигает колоссальных значений 1800 км/ч. Тем более, сатурнианские штормы формируются стремительно. Зарождение урагана на поверхности планеты можно проследить визуально, в течение нескольких часов наблюдая за Сатурном в телескоп. Однако, вслед за быстрым зарождением, начинается длительный период буйства космической стихии.
Строение планеты и описание ядра
С ростом температуры и давления водород постепенно трансформируется в жидкое состояние. Примерно на глубине 20-30 тыс. км давление составляет 300ГПа. В таких условиях водород начинается металлизироваться. По мере углубления в недра планеты начинает увеличиваться доля соединений оксидов с водородом. Металлический водород составляет внешнюю оболочку ядра. Такое состояние водорода способствует возникновению электрических токов высокой интенсивности, образуя сильнейшее магнитное поле.
В отличие от внешних слоев Сатурна, внутренняя часть ядра представляет собой массивное образование диаметром 25 тыс. километров, состоящее из соединений кремния и металлов. Предположительно в этой области температуры достигают отметки в 11 тыс. градусов Цельсия. Масса ядра варьируется в диапазоне 9-22 масс нашей планеты.
Система спутников и кольца Сатурна
У Сатурна 62 спутника, причем большая часть из них имеет твердую поверхность и даже обладает собственной атмосферой. По своим размерам некоторые из них могут претендовать на звание планеты. Чего только стоят размеры Титана, который является одним из самых крупных спутников Солнечной системы и больше чем планета Меркурий . Это небесное тело, вращающееся вокруг Сатурна, имеет диаметр 5150 км. Спутник обладает собственной атмосферой, которая по своему составу сильно напоминает воздушную оболочку нашей планеты на ранней стадии формирования.
Ученые считают, что во всей Солнечной системе у Сатурна самая развитая система спутников. По информации, полученной с борта автоматической межпланетной станции «Кассини», Сатурн представляет собой едва ли не единственное в Солнечной системе место, где на его спутниках может быть существовать вода в жидком состоянии. На сегодняшний день исследованы только некоторые из спутников окольцованного гиганта, однако даже та информация, которая имеется, дает все основания считать эту наиболее отдаленную часть ближнего космоса пригодной для существования определенных форм жизни. В этом плане очень большой интерес для ученых-астрофизиков представляет пятый спутник — Энцелад
Главным украшением планеты, безусловно, являются его кольца. В системе принято выделять четыре главных кольца, имеющие соответствующие названия А, В, С и D. Ширина самого большого кольца В составляет 25500 км. Кольца разделяются щелями, среди которых самая большая — это деление Кассини, разграничивающая кольца А и В. По своему составу сатурнианские кольца представляют собой скопления мелких и крупных частиц водяного льда. Благодаря ледяной структуре нимбы Сатурна имеют высокое альбедо, и поэтому хорошо видны в телескоп.
В заключение
Достижения науки и техники в последние 30 лет позволили ученым более интенсивно проводить исследования далекой планеты с помощью технических средств. Вслед за первой информацией, полученной в результате полета американского космического аппарата «Pioneer 11», впервые пролетевшего вблизи газового гиганта в 1979 году, Сатурном занялись вплотную.
Миссию «Пионера» в начале 80-х годов продолжили два «Вояджера», первый и второй. Акцент в исследованиях был сделан на спутники Сатурна. В 1997 году земляне впервые получили достаточный объем информации о Сатурне и системе этой планеты благодаря миссии АМС «Кассини-Гюйгенс». В программе полета была запланирована посадка зонда «Гюйгенс» на поверхность Титана, которая была успешно осуществлена 14 января 2005 года.
Планета Сатурн — один из самых ярких объектов на нашем звездном небе. Отличительной ее особенностью является наличие колец. Впервые их увидел в 1610 г. Г. Галилей, но не понял, что это такое, записав, что Сатурн состоит из частей.
Полвека спустя голландский математик, физик и астроном Христиан Гюйгенс (1629-1695) сообщил о наличии у Сатурна кольца, а в 1675 г. известный итальянский и французский астроном Жан Доминик Кассини (1625-1712) обнаружил между кольцами щель.
Эти кольца видимы с Земли даже в небольшой телескоп. Они состоят из тысяч и тысяч небольших твердых обломков камней и льда, которые вращаются вокруг планеты. Один раз в 14-15 лет колец Сатурна с Земли не видно, так как они поворачиваются ребром.
Общие характеристики планеты Сатурн
Поэтому Сатурн — не твердый шар, а состоит из газа и жидкости, экваториальные его части быстрее вращаются, чем приполярные области: на полюсах один оборот совершается примерно на 26 мин медленнее.
Одна из особенностей Сатурна заключается в том, что это единственная планета в Солнечной системе, чья плотность меньше плотности воды. Атмосфера Сатурна очень плотная, она состоит на 94 % из водорода и на 6 % из гелия. Температура на поверхности планеты 150 °С.
Скорость ветров на Сатурне зависит от широты места, достигая 500 м/с, что втрое больше, чем на Юпитере. В атмосфере Сатурна часто наблюдаются штормы, хотя и не такие мощные, как знаменитое Красное Пятно Юпитера. В частности, на Сатурне обнаружено Большое Коричневое Пятно.
Планета имеет восемь больших главных и множество малых спутников.
Большинство спутников состоит из льда: их плотность не превышает 1400 кг/м 3 У наиболее крупных спутников формируется каменистое ядро. Почти все спутники всегда повернуты к планете одной стороной.
Самый крупный спутник Сатурна — Титан. По своей величине он превосходит планету Меркурий. Его диаметр 5150 км. Он был открыт в 1655 г. Христианом Гюйгенсом. На Титане есть океаны, моря, континенты. Температура составляет 180 °С. Этот спутник окутан оранжевой атмосферой из метана и этана.
Спутник Энцелад — самое светлое тело Солнечной системы, которое, по-видимому, покрыто тонким слоем инея. Два наиболее крупных кратера на этом спутнике Сатурна носят имена Али-Бабы и Аладдина.
Гиперион — темный спутник неправильной формы с хаотическим собственным вращением. Он не имеет постоянной скорости вращения вокруг своей оси: она меняется в течение месяца на десятки процентов.
Спутник Сатурна Феба обращается вокруг планеты в обратную сторону.
Из истории.
Сатурн, наверное, наиболее красивая планета, если смотреть на нее в телескоп или изучать снимки «Вояджеров» и "Кассини". Сказочные кольца Сатурна нельзя спутать ни с какими другими объектами Солнечной системы.
Планета известна с самых древних времен. Максимальная видимая звездная величина Сатурна +0,7m. Эта планета – значительно слабее по блеску, чем Венера, Юпитер и Марс. Его тусклый свет, имеющий матово-белый оттенок, а также очень медленное движение по небу создали планете дурную славу: рождение под знаком Сатурна издревле считалось плохим предзнаменованием.
Атмосфера.
В телескоп средней силы хорошо заметно, что шар Сатурна сильно сплюснут - еще сильнее, чем Юпитер. Его сжатие составляет порядка 10 %. На "поверхности" планеты выделяются параллельные экватору полосы, правда менее четкие, чем у юпитера. В этих полосах
можно рассмотреть многочисленные, хотя и неяркие детали, именно по ним Уильям Гершель определил период вращения Сатурна. Он оказался очень коротким 10 ч 16 мин. Изредка на диске планеты появляются и более заметные детали. Так, в феврале 1876 г. на экваторе Сатурна возникло большое белое пятно, обращавшееся с периодом 10 ч 14 мин на экваторе и 10 ч 38 мин на умеренных широтах. Незначительная разница не должна удивлять: как и у Солнца и Юпитера, скорость вращения атмосферы Сатурна в экваториальных зонах больше, чем близ полюсов.
Светло-желтый Сатурн внешне выглядит скромнее своего соседа - оранжевого Юпитера. У него нет столь красочного облачного покрова, хотя структура атмосферы почти такая же. Как и Юпитер, Сатурн в основном состоит из водорода и гелия. Только содержание гелия в его атмосфере ниже: он более равномерно распределен по всей массе планеты. Вследствие меньшей силы тяготения атмосфера Сатурна глубже Юпитерианской. Видимо, у Сатурна мощнее верхний слой светлых перистых аммиачных облаков, что делает его не таким "цветным" и полосатым.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ |
|
Название: | |
Плотность: | |
Период вращения: | 10 часов 40 мин 30 с |
Ср расст от Земли: | |
Период обращения: | |
Эксцентриситет орбиты: | |
Наклон орбиты: | |
Сатурн имеет одну интересную особенность: он – единственная планета в Солнечной системе, чья плотность меньше плотности воды (700 кг на кубический метр). Если бы было возможно создать огромный океан, Сатурн смог бы в нем плавать! Ускорение свободного падения на уровне облачной поверхности составляет g = 9,44 м/с2. АМС «Вояджер-1» выяснил, что около 7 % объема верхней атмосферы Сатурна – гелий (по сравнению с 11 % в атмосфере Юпитера), в то время как почти все остальное – водород. Поскольку предполагается, что условия формирования обеих планет одинаковы, то количество гелия на Сатурне должно быть примерно таким же, как и на Юпитере и Солнце. Недостаток этого элемента в верхней атмосфере может означать, что более тяжелый гелий, возможно, медленно опускается к ядру Сатурна. При этом выделяется тепловая энергия, которая излучается в космос. Минимальная температура на Сатурне – 82 К – измерена радиолучом «Вояджера-2».
Температура поверхности 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 Сатурна есть доля собственного глубинного тепла, что подтверждается и измерениями радиоизлучения.
Вдоль экватора планеты проходит гигантское атмосферное течение шириной в десятки тысяч километров, скорость его достигает 500 м/с. Ветра дуют, большей частью, в восточном направлении (напомним, что как и большинство планет, Сатурн вращается с запада на восток). Сила ветров ослабевает при удалении от экватора. Также, при удалении от экватора, появляется все больше западных течений. Преобладание восточных потоков (по направлению осевого вращения) 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. Зависимость скорости ветров на Сатурне от широты. В атмосфере Сатурна часто наблюдаются штормы, хотя и не такие мощные, как знаменитое Красное Пятно. В частности, обнаружено пятно размером около 1250 км. Магнитное поле Сатурна более слабое по сравнению с Юпитером. Напряженность магнитного поля на уровне видимых облаков на экваторе 0,2 Гс (на поверхности Земли магнитное поле равно 0,35 Гс). Магнитосфера Сатурна отличается от юпитерианской. У Сатурна ось вращения совпадает с осью диполя. Некоторые заряженные частицы, двигаясь от полюса к полюсу, проходят через систему колец и поглощаются там льдом и пылью. Поэтому в области колец магнитосфера Сатурна очень пуста – в ней очень мало заряженных частиц.
Хотя пятна атмосферных вихрей на Сатурне уступают по размерам юпитерианскому Большому Красному Пятну, но и там наблюдаются грандиозные штормы, видимые даже с Земли.
Снимки, переданные АМС "Вояджер-1", обнаружили несколько десятков поясов и зон, а также различные конвективные облачные образования: несколько сот светлых пятен диаметром 2000 - 3000 км, коричневые образования овальной формы шириной ~10000 км и красное овальное облачное образование (пятно) у 55° ю. ш. Протяженность красного пятна на Сатурне 11 000 км, по размерам оно примерно равно белым овальным образованиям на Юпитере. Красное пятно на Сатурне относительно стабильно. Оно окружено темным кольцом. Полагают, что оно может представлять собой "верх" конвективной ячейки. Считают, что полосы в атмосфере Сатурна обусловлены температурными перепадами. Число полос достигает нескольких десятков, то есть намного больше, чем наблюдают с Земли, и больше, чем было обнаружено в атмосфере Юпитера. Ученые ожидали найти на Сатурне условия, сравнимые с условиями на Юпитере, поскольку в метеорологических явлениях обеих планет доминирующим фактором является нагрев за счет внутреннего источника тепла, а не поглощения солнечной энергии. Однако атмосферы Сатурна и Юпитера оказались весьма различными. Например, на Юпитере наибольшие скорости ветра зарегистрированы вдоль границ полос, а на Сатурне - вдоль центральной части полос, в то время как на границах полос и зон ветер практически отсутствует. В поясах и зонах атмосферы Юпитера чередуются западные и восточные потоки, которые разделяются областями сдвига. В отличие от этого,на Сатурне обнаружен западный поток в очень широкой полосе от 40° с. ш. до 40° ю. ш. Согласно одной гипотезе, ветры обусловлены циклическим подъемом и опусканием больших облаков аммиака. Южная полярная область Сатурна сравнительно светлая. В северной полярной области обнаружена темная шапка. Возможно, это указывает на сезонные изменения, которых на Сатурне не ожидали. Один профиль температуры, полученный для северного полушария Сатурна, показывает, что темные пятна соответствуют сравнительно высокой температуре, а большие светлые области - несколько более низкой. На Юпитере светлые полосы считают-восходящими потоками, темные полосы - нисходящими.
При пролете около Сатурна АМС "Вояджер-1" обнаружила явления, которые, по-видимому, представляют собой интенсивные всплески радиоизлучения в районе планеты. Всплески происходили во всем регистрируемом частотном диапазоне и, возможно, исходят от колец планеты. Согласно другим предположениям, всплески могли быть порождены молниями в атмосфере планеты. Приборы АМС регистрировали скачок напряжения, в 10 6 раз превышающий то, что обусловила бы столь же удаленная вспышка молнии в земной атмосфере.
Ультрафиолетовый спектрометр зарегистрировал в южной полярной области Сатурна полярные сияния, охватывающие область протяженностью свыше 8000 км и сравнимые по интенсивности с такими явлениями на Земле.
Получены новые сведения об облаке нейтрального водорода, окружающего Сатурн в той же плоскости, в которой лежат кольца планеты и обращаются ее спутники. Ранее ученые предполагали, что это облако тороидальной формы расположено вдоль орбиты Титана и имеет своим источником атмосферу Титана, где происходит диссоциация метана с освобождением водорода. Однако ультрафиолетовый.спектрометр АМС "Вояджер-1" показал, что облако расположено не вдоль орбиты Титана, а простирается с расстояния 1,5 млн. км от Сатурна (несколько дальше орбиты Титана) до расстояния 480 тыс. км от нее (район орбиты Реи). Общая масса облака 25000 т, что согласуется с имеющимися теориями; плотность всего 10 атомов в 1 см 3 .
Молнии. Космический аппарат "Кассини", находящийся на орбите Сатурна, обнаружил на нем молнии и новый радиационный пояс, а также сияние вокруг крупнейшего спутника планеты. 5 августа 2005 радиоприборы и плазменно-волновое научное оборудование "Кассини" обнаружили радиоволны, образуемые молнией. Радиосигналы от этой молнии весьма эпизодичны и порой сопровождаются лишь слабой вспышкой, которой может и вообще не быть. Это позволяет предположить, что в средних и высоких широтах происходит ряд различных, возможно, недолговечных бурь. "Кассини" помог сделать ученым и еще одно открытие - с помощью магнитосферического прибора для формирования изображения чуть выше вершин облаков Сатурна обнаружен простирающийся вокруг планеты новый радиационный пояс. Визуальный и инфракрасный картографический спектрометр на борту "Кассини" зафиксировал на Титане дневное и ночное сияние, образуемое выбросами метана и окиси углерода в плотную атмосферу спутника. Освещенное Солнцем флуоресцентное метановое сияние в верхних слоях атмосферы Титана ожидалось, ночное же сияние стало сюрпризом.
Океан и ядро. Ниже атмосферы простирается океан жидкого молекулярного водорода. На глубине около половины радиуса планеты давление в нем достигает 3 млн атмосфер, и водород уже не может существовать в молекулярном состоянии. Он становится металлическим, хотя и по-прежнему жидким. Течения в этом металлическом океане генерируют доволь сильное магнитное поле Сатурна. В центре планеты находится массивное ядро (до 20 земных масс) из камня, железа и, возможно... льда.
Откуда взяться льду в центре Сатурна, где температура около 20 тыс. градусв? Ведь хорошо знакомая нам кристаллическая форма воды - обыкновенный лед - плавится уже при температуре 0 С при нормальном атмосферном давлении. Еще "нежнее" кристаллические формы аммиака, метана, углекислого газа, которые ученые также называют льдом. Например, твердая углекислота (сухой лед, используемый в различных эстрадных шоу) при нормальных условиях сразу же переходит в газообразное состояние, минуя жидкою стадию.
Но одно и то же вещество может образовывать различные кристаллические решетки. В частности, науке известны кристаллические модификации воды, отличающиеся друг от друга не меньше, чем печная сажа - от химически тождественного ей алмаза. Например, так называемый лед VII имеет плотность, почти вдвое превосходящую плотность обычного льда, и при больших давлениях его можно нагревать до нескольких сот градусов! Поэтому не стоит удивляться тому, что в центре Сатурна при давлении в миллионы атмосфер присутствует лед, т.е. в данном случае смесь из кристаллов воды, метана и аммиака.
 |
|
Сатурна по размерам примерно в три раза меньше магнитосферы Юпитера и простирается в направлении Солнца примерно на 1 млн. км. АМС "Вояджер-1" зарегистрировала ударную волну на расстоянии 26,2 R S от Сатурна. Магнитопаузу АМС пересекла несколько раз, последний раз на расстоянии 22,9 R S . Таким образом, установлено, что орбита Титана лежит в пределах магнитосферы планеты.
Кольцевая система Сатурна (нащвания колец и промежутков - "щелей") |
|||||||||
Название | Расстояние от центра планеты | Ширина (км) | Толщина (км) | Оптическая глубина | Общая масса (кг) | Альбедо |
|||
C "Креповое кольцо" | |||||||||
Щель Максвелла | |||||||||
Щель Кассини | |||||||||
Щель Энкеa | |||||||||
По величине она вторая после Юпитера, обладает огромной массой и плотным слоем колец, которые ее окружают. Атмосфера Сатурна - явление, которое долгие годы было предметом споров ученых. Но сегодня достоверно установлено, что именно газы составляют основу всего воздушного тела, которое не имеет твердой поверхности.
История великого открытия
Длительное время ученые полагали, что наша система замыкается именно этой огромной планетой, и за ее орбитой уже ничего нет. Ее изучением занимались с далекого 1610 года, после того как Галилей рассмотрел Сатурн в телескоп, а также выделил в своих записях наличие у него колец. В те годы никто и подумать не мог, что данное небесное тело настолько отличается от Земли, Венеры или Марса: даже не имеет поверхности и состоит полностью из газов, разогретых до немыслимых температур. Наличие атмосферы Сатурна подтвердилось только в ХХ веке. Более того, только современные ученые смогли сделать вывод, что планета - газовый шар.
Ее исследовал спутник «Вояджер-1», который смог выпустить зонд во внешние Были получены снимки, которые указали на содержание в основном водорода в составе облаков Сатурна, а также многих других газов. С тех пор исследования ведутся лишь на основе теорий и расчетов. И тут справедливо будет отметить, что одной из самых загадочных и неизведанных планет вплоть до настоящего момента является именно Сатурн.
Наличие атмосферы, ее состав
Мы знаем, что планеты земной группы, которые находятся в непосредственной близости к Солнцу, не имеют атмосферы. Но это твердые тела, которые состоят из камня и металла, имеют определенную массу и соответствующие ей параметры. С газовыми шарами дела обстоят совсем иначе. Атмосфера Сатурна - это основа его самого. Бесконечные газовые пары, туманы и облака собираются в невероятном количестве и образуют форму шара благодаря магнитному полю ядра.
Основу атмосферы планеты составляет водород: его свыше 96 процентов. В качестве примесей присутствуют другие газы, пропорции которых зависят от глубины. Стоит отметить, что кристаллов воды, различных модификаций льда и прочих органических веществ на Сатурне нет.
Два слоя атмосферы и их состав
Итак, атмосфера Сатурна делится на две части: внешний слой и внутренний. Первый состоит на 96,3 процента из молекулярного водорода, на 3 процента - из гелия. К этим основным газам примешаны такие компоненты, как фосфин, аммиак, метан и этан. Тут случаются сильные поверхностные которых достигает 500 м/с. Что касается нижнего слоя атмосферы, то здесь преобладает металлический водород - около 91 процента, а также гелий. В этой среде находятся облака из гидросульфида аммония. Нижний атмосферный слой всегда нагрет до предела. По мере приближения к ядру температура достигает тысячи Кельвинов, потому пока что исследовать планету с помощью зондов, изготовленных в земных условиях, невозможно.
Атмосферные явления
Самыми распространенными явлениями на этой планете являются ветра и ураганы. Большинство потоков дуют с запада на восток относительно осевого вращения. В районе экватора наблюдается небольшое затишье, а по мере удаления от него возникают западные потоки. Существуют на Сатурне и места, где с постоянной периодичностью случаются определенные К примеру, Большой белый овал возникает в южном полушарии раз в тридцать лет. Во время подобных «непогод» атмосфера Сатурна, состав которой еще больше способствует этому явлению, вся буквально пронизана молниями. Разряды возникают преимущественно в серединных широтах, между экватором и полюсами. Что касается последних, то тут главным явлением считается Более сильные вспышки случаются на севере, так как там магнитное поле сильнее, чем на юге. Сияние проступает в виде овальных колец или спиралей.
Давление и температура
Как выяснилось, атмосфера Сатурна делает эту планету достаточно прохладной в сравнении с Юпитером, но, конечно же, не такой ледяной, как Уран и Нептун. В верхних слоях температура составляет около -178 градусов по Цельсию с учетом постоянных ветров и ураганов. Чем ближе мы продвигаемся к ядру, тем больше усиливается давление, следовательно, поднимается и температура. В средних слоях она составляет -88 градусов, а давление - около тысячи атмосфер. Крайней точкой, которой достиг зонд, была температурная зона в -3. По расчетам в районе ядра планеты давление достигает 3 миллионов атмосфер. При этом температура равна 11 700
Послесловие
Кратко мы рассмотрели, какова по своей структуре атмосфера Сатурна. Состав ее можно сравнить с юпитерианской, также имеются сходства с ледяными гигантами - Ураном и Нептуном. Но, как и каждый газовый шар, Сатурн уникален по своему строению. Тут дуют очень сильные ветра, давление достигает невероятных показателей, а температура при этом остается прохладной (по астрономическим меркам).
