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.
Известный с древних времен – Сатурн – является шестой планетой нашей солнечной системы, знаменитой своими кольцами. Она входит в состав четырех газовых планет-гигантов, таких как Юпитер, Уран и Нептун. Своими размерами (диаметр = 120 536 км), она уступает только Юпитеру и является второй по величине во всей солнечной системе. Ее назвали в честь древнеримского бога Сатурна, который у греков, именовался Кронос (титан и отец самого Зевса).
Саму планету, вместе с кольцами, можно разглядеть с Земли, даже в обычный небольшой телескоп. Сутки на Сатурне, составляют 10 часов 15 минут, а период вращения вокруг Солнца составляет почти 30 лет!
Сатурн – это уникальная планета, т.к. его плотность 0,69 г/см³, а это меньше плотности воды 0,99 г/см³. Отсюда следует интересная закономерность: если бы, была возможность погрузить планету в огромный океан или бассейн, то Сатурн смог бы удержаться на воде и плавать в ней.
Строение Сатурна
Строение Сатурна и Юпитера имеют множество общих черт, как в составе, так и в основных характеристиках, но их внешний вид довольно заметно отличается. У Юпитера выделяются яркие тона, тогда как у Сатурна, они заметно приглушены. Из-за меньшего количества в нижних слоях облако образных образований полосы на Сатурне менее заметны. Еще одно сходство с пятой планетой: Сатурн выделяет большее количества тепла, чем получает от Солнца.
Атмосфера Сатурна, практически полностью состоит из водорода 96% (H2), на 3% из гелия (Не). Менее 1% составляют метан, аммиак этан и другие элементы. Процент метана хоть и является незначительным в атмосфере Сатурна, это не мешает ему принимать активное участие в поглощении солнечной радиации.
В верхних слоях, зафиксирована минимальная температура, –189 °C, но при погружении в атмосферу, она значительно увеличивается. На глубине около 30 тыс. км, водород меняется и становится металлическим. Именно жидкий металлический водород и создает магнитное поле огромной мощности. Ядро в центре планеты получается каменно-железным.
При изучении газообразных планет, ученые столкнулись с проблемой. Ведь там, нет четкой границы между атмосферой и поверхностью. Проблема была решена следующим образом: они берут за некую нулевую высоту «зеро» точку, на которой температура начинает отсчитываться в обратном направлении. Собственно говоря, так происходит и на Земле.
Представляя Сатурн, у любого человека сразу возникают в воображении его уникальные и удивительные кольца. Проводимые с помощью АМС (автоматические межпланетные станции) исследования, показали, что 4 газообразные планеты-гиганты, имеют свои кольца, но только у Сатурна они обладают настолько хорошей видимостью и эффектностью. Основных колец Сатурна насчитывается три, названных, довольно не замысловато: А, В, С. Четвертое кольцо гораздо тоньше и менее заметно. Как выяснилось, кольца Сатурна – это не одно твердое тело, а миллиарды маленьких небесных тел (кусочков льда), размером от пылинки до нескольких метров. Они двигаются примерно с одной скоростью (около 10км/с), вокруг экваториальной части планеты, иногда сталкиваясь друг с другом.
Фото с АМС показали, что все видимые кольца, состоят из тысяч маленьких колец, чередующихся с пустым не заполненным пространством. Для наглядности, можно представить себе обычную пластинку, советских времен.
Уникальная форма колец во все времена не давала покоя ни ученым, ни рядовым наблюдателям. Все они пытались узнать их строение и понять, как и вследствие чего они сформировались. В разные времена, выдвигались разные гипотезы и предположения, например, что они сформировались вместе с планетой. В настоящее время ученые склоняются к метеоритному происхождению колец. Эта теория получила и наблюдательное подтверждение, так как кольца Сатурна периодически обновляются и не являются, чем то стабильным.
Спутники Сатурна
Сейчас у Сатурна открыто около 63 спутника. Подавляющее большинство спутников, повернуты к планете одной и той же стороной и вращаются синхронно.
Христиан Гюйгенс, удостоился чести открыть второй по величине спутник, после Ганимера, во всей солнечной системе. По своим размерам он больше Меркурия, а его диаметр составляет 5155 км. Атмосфера Титана красно-оранжевая: 87% занимает азот, 11% – аргон, 2% – метан. Естественно, что там проходят метановые дожди, а на поверхности должны быть моря, в состав которых входит метан. Впрочем, аппарат «Вояджер — 1», который исследовал Титан, не смог разглядеть его поверхность, через такую плотную атмосферу.
Спутник Энцелад – это самое светлое солнечное тело во всей солнечной системе. Он отражает более 99% солнечного света, из-за своей, почти, белой поверхности, состоящей из водяного льда. Его альбедо (характеристика отражательно поверхности) более 1.
Так же из более известных и наиболее исследованных спутников, стоит отметить «Мимас», «Тефею» и «Диону».
Характеристики Сатурна
Масса: 5,69*1026 кг (в 95 раз больше Земли)
Диаметр на экваторе: 120536 км (в 9,5 раз больше Земли)
Диаметр на полюсе: 108728 км
Наклон оси: 26,7°
Плотность: 0,69 г/см³
Температура верхних слоев: около –189 °C
Период обращения вокруг собственной оси (длина суток): 10 часов 15 минут
Расстояние от Солнца (среднее): 9,5 а. е. или 1430 млн. км
Период обращения вокруг Солнца по орбите (год): 29,5 лет
Скорость вращения по орбите: 9,7 км/с
Эксцентриситет орбиты: e = 0,055
Наклон орбиты к эклиптике: i = 2,5°
Ускорение свободного падения: 10,5 м/с²
Спутники: есть 63 шт.
Сатурн – шестая от Солнца планета Солнечной системы, одна из планет-гигантов. Характерная особенность Сатурна, его украшение, – система колец, состоящих в основном изо льда и пыли. Обладает множеством спутников. Сатурн был назван древними римлянами в честь особо почитаемого ими бога земледелия.
Краткая характеристика
Сатурн – вторая планета в Солнечной системе по величине после Юпитера, его масса составляет примерно 95 масс Земли. Сатурн вращается вокруг Солнца на среднем расстоянии около 1430 миллионов километров. Расстояние до Земли составляет 1280 млн. км. Период его обращения – 29,5 лет, а сутки на планете длятся десять с половиной часов. Состав Сатурна практически не отличается от солнечного: основные элементы – водород и гелий, а также многочисленные примеси аммиака, метана, этана, ацетилена и воды. По внутреннему же составу он больше напоминает Юпитер: ядро из железа, воды и никеля, покрытое тонкой оболочкой из металлического водорода. Атмосфера из огромного количества газообразного гелия и водорода толстым слоем обволакивает ядро. Поскольку планета состоит главным образом из газа, а твердая поверхность отсутствует, Сатурн причисляют к газовым гигантам. По той же причине его средняя плотность невероятно мала – 0,687 г/см 3 , что меньше плотности воды. Это делает его наименее плотной планетой в системе. Однако степень сжатия у Сатурна наоборот самая высокая. Это означает, что его экваториальный и полярный радиусы сильно различаются по величине – 60 300 км и 54 400 км соответственно. Из этого также следует большая разница в скоростях для различных частей атмосферы в зависимости от широты. Средняя скорость вращения вокруг оси – 9,87 км/с, а орбитальная скорость – 9,69 км/с.
Величественное зрелище представляет собой система колец Сатурна. Они состоят из обломков льда и камней, пыли, остатков бывших спутников, разрушенных его гравитационным
полем. Они расположены очень высоко над экватором планеты, примерно в 6 – 120 тысячах километров. Однако сами кольца очень тонкие: каждый из них толщиной порядка километра. Всю систему делят на четыре кольца – три основных и одно более тонкое. Первые три принято обозначать латинскими буквами. Среднее кольцо В, самое яркое и широкое, отделено от кольца А пространством, называемым щелью Кассини, в котором расположились самые тонкие и практически прозрачные кольца. Малоизвестно, что на самом деле кольца имеются у всех четырех планет-гигантов, но у всех, кроме Сатурна, они почти не заметны.
В настоящее время известно 62 спутника Сатурна. Крупнейшие из них – Титан, Энцелад, Мимас, Тефия, Диона, Япет и Рея. Титан – самый крупный из спутников – во многом похож на Землю. Он имеет атмосферу, разделенную на слои, а также жидкость на поверхности, что уже сейчас является доказанным фактом. Более мелкие объекты предположительно являются обломками астероидов, и их размер может составлять менее километра.
Образование планеты
Существует две гипотезы происхождения Сатурна:
Первая – гипотеза «контракции» – гласит, что Солнце и планеты сформировались одинаково. На начальных этапах своего развития Солнечная система представляла собой диск из газа и пыли, в котором постепенно образовывались отдельные участки, более плотные и массивные, чем окружавшее их вещество. В результате эти «сгущения» дали начало Солнцу и известным нам планетам. Этим объясняется схожесть состава у Сатурна и Солнца и его малая плотность.
Согласно второй гипотезе «аккреции», образование Сатурна шло в два этапа. Первый – формирование в газопылевом диске плотных тел наподобие твердых планет земной группы. В это время часть газов в области Юпитера и Сатурна рассеялась в космическое пространство, чем объясняется небольшая разница в составе у этих планет с Солнцем. На втором этапе более крупные тела притягивали на себя газ из окружавшего их облака.
Внутреннее строение
Внутренняя область Сатурна разделяется на три слоя. В центре находится небольшое по сравнению с общим объемом, но массивное ядро из силикатов, металлов и льда. Его радиус составляет примерно четверть радиуса планеты, а масса – от 9 до 22 земных масс. Температура в ядре – около 12 000 °C. Энергия, излучаемая газовым гигантом, в 2,5 раза превышает энергию, получаемую ей от Солнца. Причин этому несколько. Во-первых, источником внутреннего тепла могут быть запасы энергии, накопленные при гравитационном сжатии Сатурна: при формировании планеты из протопланетного диска гравитационная энергия пыли и газа переходила в кинетическую, а затем в тепловую. Во-вторых, часть тепла создается за счет механизма Кельвина-Гельмгольца: при падении температуры падает и давление, из-за чего вещество планеты сжимается, и потенциальная энергия переходит в тепло. В-третьих, в результате конденсации капель гелия и их последующего падения сквозь слой водорода внутрь ядра также может происходить генерация теплоты.
Ядро Сатурна окружает слой водорода в металлическом состоянии: он находится в жидкой фазе, но обладает свойствами металла. Такой водород обладает очень высокой электропроводностью, следовательно, циркуляция токов в нем создает мощное магнитное поле. Здесь, на глубине около 30 тыс. км, давление достигает 3 миллионов атмосфер. Выше этого уровня находится слой жидкого молекулярного водорода, который с высотой постепенно становится газом, соприкасаясь с атмосферой.
Атмосфера
Поскольку газовые планеты не имеют твердой поверхности, сложно определить точно, где именно начинается атмосфера. Для Сатурна за такой нулевой уровень принята высота, на которой происходит кипение метана. Основные компоненты атмосферы – водород (96,3 %) и гелий (3,25 %). Также спектроскопические исследования обнаружили в ее составе воду, метан, ацетилен, этан, фосфин, аммиак. Давление у верхней границы атмосферы составляет около 0,5 атм. На этом уровне конденсируется аммиак и образуются облака белого цвета. В нижней части облака состоят из кристаллов льда и капелек воды.
Газы в атмосфере постоянно движутся, вследствие чего они принимают вид полос, параллельных диаметру планеты. Такие же полосы есть и на Юпитере, однако на Сатурне они гораздо более тусклые. Из-за конвекции и быстрого вращения образуются невероятно сильные ветра, самые мощные в Солнечной системе. Ветра в основном дуют по направлению вращения, на восток. На экваторе воздушные потоки самые сильные, их скорость может достигать 1800 км/ч. С удалением от экватора ветра ослабевают, появляются западные потоки. Движение газов происходит во всех слоях атмосферы.
Крупные циклоны могут быть очень устойчивы и длиться годами. Раз в 30 лет на Сатурне возникает «Большой белый овал» – сверхмощный ураган, размеры которого каждый раз становятся больше. Во время последнего наблюдения в 2010 году он составлял четвертую часть от всего диска планеты. Также межпланетными станциями было обнаружено необычное образование в виде правильного шестиугольника на северном полюсе. Его форма стабильна вот уже в течение 20 лет после первого наблюдения. Каждая его сторона составляет 13 800 км – больше диаметра Земли. Для астрономов до сих пор остается загадкой причина образования именно такой формы облаков.
Камеры «Вояджеров» и «Кассини» зафиксировали светящиеся области на Сатурне. Ими оказались полярные сияния. Они располагаются на широте 70-80° и имеют вид очень ярких колец овальной (реже спиральной) формы. Считается, что сияния на Сатурне образуются в результате перестраивания силовых линий магнитного поля. В результате магнитная энергия нагревает окружающие области атмосферы и разгоняет заряженные частицы до высоких скоростей. Кроме того, во время сильных бурь наблюдаются разряды молний.
Кольца
Когда мы говорим о Сатурне, первое, что приходит на ум, – это его удивительные кольца. Наблюдения космических аппаратов показали, что все газовые планеты имеют кольца, но только у Сатурна они отчетливо видны и ярко выражены. Кольца состоят из мельчайших частиц льда, камней, пыли, обломков метеоритов, втянутых гравитацией системы из космического пространства. Они обладают большей отражательной способностью, чем диск самого Сатурна. Система колец состоит из трех основных и более тонкого четвертого. Их диаметр – примерно 250 000 км, а толщина – менее 1 км. Кольца названы буквами латинского алфавита по порядку, от периферии к центру. Кольца А и В между собой разделяются пространством шириной в 4000 км, называемым щелью Кассини. Внутри внешнего кольца А также есть щель – разделительная полоса Энке. Кольцо В – самое яркое и широкое, а С практически прозрачно. Более тусклые и самые близкие к внешней части атмосферы Сатурна кольца D, E, F, G были открыты позже. После того, как космическими станциями были получены снимки планеты, стало ясно, что на самом деле все крупные кольца состоят из множества более тонких колец.
Существует несколько теорий происхождения и образования колец Сатурна. Согласно одной из них, кольца образовались в результате «захвата» планетой некоторых своих спутников. Они разрушались, а их осколки равномерно распределялись по орбите. Вторая гласит, что кольца сформировались вместе с самой планетой из первоначального облака пыли и газа. Частицы, из которых состоят кольца, не могут образовать более крупные объекты наподобие спутников из-за слишком малых размеров, беспорядочного движения и соударений между собой. Стоит заметить, что система колец Сатурна не считается абсолютно стабильной: часть вещества утрачивается, поглощаясь планетой или рассеиваясь в околопланетное пространство, а часть, наоборот, возмещается при взаимодействии комет и астероидов с гравитационным полем.
По своей структуре и составу Сатурн из всех газовых гигантов больше всего сходств имеет с Юпитером. Значительную часть обеих планет составляет атмосфера из смеси водорода и гелия, а также некоторых других примесей. Такой элементный состав практически не отличается от солнечного. Под толстым слоем газов находится ядро изо льда, железа и никеля, покрытое тонкой оболочкой из металлического водорода. Сатурн и Юпитер выделяют большее количество теплоты, чем получают от Солнца, поскольку около половины излучаемой ими энергии обусловлено внутренними тепловыми потоками. Таким образом, Сатурн мог стать второй звездой, но ему не хватило вещества для создания достаточной гравитационной силы, способствующей термоядерному синтезу.
Современные космические наблюдения показали, что облака на северном полюсе Сатурна образуют гигантский правильный шестиугольник, длина каждой из сторон которого 12,5 тысяч км. Структура вращается вместе с планетой и не теряет своей формы уже в течение 20 лет со времени её первого обнаружения. Подобное явление не наблюдается больше нигде в Солнечной системе, и ученым до сих пор так и не удалось его объяснить.
Космические аппараты «Вояджер» обнаружили сильные ветра на Сатурне. Скорости воздушных потоков достигают 500 м/с. Ветра дуют в основном в восточном направлении, хотя при удалении от экватора их сила ослабевает и появляются потоки, направленные на запад. Некоторые данные говорят о том, что циркуляция газов происходит не только в верхних слоях атмосферы, но и на глубине. Также в атмосфере Сатурне периодически появляются ураганы колоссальной мощности. Крупнейший из них – «Большой белый овал» – появляется раз в 30 лет.
Сейчас на орбите Сатурна находится межпланетная станция «Кассини», управляемая с Земли. Она была запущена в 1997 году и достигла планеты в 2004 году. Ее цель – изучение колец, атмосферы и магнитного поля Сатурна и его спутников. Благодаря «Кассини» получено множество высококачественных снимков, обнаружены полярные сияния, упомянутый выше шестиугольник, горы и острова на Титане, следы воды на Энцеладе, ранее неизвестные кольца, которые невозможно было разглядеть с помощью наземных инструментов.
Кольца Сатурна в виде отростков по бокам можно разглядеть даже в небольшой бинокль с диаметром объективов от 15 мм. В телескоп диаметром 60-70 мм уже видно небольшой диск планеты без деталей, окруженный кольцами. В более крупные инструменты (100-150 мм) видны облачные пояса Сатурна, шапки полюсов, тень от колец и некоторые другие детали. В телескопы размером более 200 мм можно прекрасно рассмотреть темные и светлые пятна на поверхности, пояса, зоны, детали строения колец.
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.
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.
Loading...