Чему равен год на сатурне


Для планет, расположенных в пределах Солнечной системы, характерна различная продолжительность суток и года. Известно, что Земля делает полный оборот вокруг оси вращения за 23 часа 56 минут и 4 секунды. Практически столько же длится день и на Марсе. Есть в этой части галактики небесные тела, где сутки длятся менее десяти часов, и также есть те, у которых смена дня и ночи происходит за 2/3 земных года.

От чего же зависит продолжительность суток  на всех  планетах Солнечной системы?

Смена дня и ночи

Период времени, за который небесное тело в нашей звездной системе 1 раз оборачивается вокруг своей оси относительно Солнца, называется солнечными сутками. Именно это понятие имеют в виду, когда описывают смену дня и ночи на телах, которые вращаются вокруг небесного светила.

Длительность периода обращения вокруг Солнца на разных планетах существенно отличается:

  • Меркурий – 87,98 земных дней;
  • Венера – 243 дня;
  • Земля – приблизительно 24 часа;
  • Марс – 24ʹ40ʺ;
  • Юпитер – 9ʹ55ʺ;
  • Сатурн – 10ʹ 35ʺ;
  • Уран – 17ʹ14ʺ;
  • Нептун – 15ʹ59ʺ.

Такая разница в продолжительности суток обусловлена различиями в скорости вращения планет Солнечной системы вокруг своей оси. Заметно, что день на газовых гигантах более короткий, что связано с быстротой вращения их атмосферы. Для сравнения, экваториальные скорости вращения Земли и Юпитера составляют 1620 км/с и 45000 км/с соответственно. Самая же медлительная среди всех Венера вращается со скоростью всего 6,5 км/ч, поэтому день на ней длиннее года.

Времена года

Если день и ночь сменяют друг друга на каждой из планет, то сезонность наблюдается лишь на некоторых. Это связано с углом наклона оси вращения к плоскости орбитального пути. Если отношение оси к орбите представляет собой перпендикуляр или близко к нему, то на небесном теле смена сезонов наблюдаться не будет и Солнце всегда будет подниматься на одну и ту же точку над горизонтом в течение всего года.

Времена года наблюдаются на тех планетах Солнечной системы, угол наклона которых колеблется от 20° до 30°. Это Земля(23,4), Марс (25,2), Сатурн (29) и Нептун (30). При этом длительность сезонов определяется периодом обращения небесного тела вокруг Солнца. Так на Нептуне, имеющем самую протяженную орбиту, сезоны длятся по 41 году.

«Лето» и «зима» на каждой из этих планет имеют свои характерные особенности:


  • Марсианское лето в северном полушарии занимает более 50% года, при этом оно гораздо холодней, чем лето южное.
  • Каждая пора года на Сатурне длится по 7 лет. С наступлением сатурнианской зимы в одном из полушарий эта область приобретает. голубоватый оттенок.
  • Сезоны на Нептуне самые продолжительные в нашей области Млечного пути, но из-за значительного удаления его от центральной звезды значительных температурных колебаний в разные времена года не регистрируется.

Источник: spaceworlds.ru

Законы Кеплера

Важный вклад внёс И. Кеплер. Он сформулировал три закона, описывающих движение планет:

1) Планеты движутся по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

2) Планета движется в плоскости, которая проходит через центр Солнца. Радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, за равные промежутки времени описывает равные плоскости. Чем ближе планета к Солнцу, тем быстрее она двигается.

3) Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся, как кубы больших полуосей орбит планет. Орбиты небесных тел имеют точку, в которой тело наиболее близко к Солнцу и ту, в которой оно наиболее удалено от звезды. Отрезок, который соединяет эти точки, называется большой полуосью.

С помощью законов Кеплера вычисляют траекторию движения планет.

Орбита и вращение


Орбитой называют траекторию движения небесного тела вокруг другого объекта, обладающей большей массой. Измеряется она в километрах, либо в астрономических единицах (одна астрономическая единица равна среднему расстоянию от Земли до Солнца). Орбита может иметь форму окружности, эллипса, параболы или гиперболы.

Под словосочетанием «орбита Сатурна» понимают траекторию движения этой планеты вокруг Солнца.  Орбита Сатурна представляет собой эллипс.

В астрономии существует понятие перигелий. Это ближняя к Солнцу точка орбиты. Перигелий Сатурна составляет 1 353 млн км от Солнца. Наиболее удаленная точка орбиты от Солнца называется афелий. В этой точке расстояние до Солнца равно 1 513 млн км. Средняя орбитальная скорость равна 9,69 км/сек. Свет Солнца достигает планету за 1 час 20 мин.

Орбитальный период Сатурна

Орбитальный период — это время, за которое Сатурн делает полный оборот вокруг Солнца.  Ещё данное явления называют сидерический период обращения или сидерический год. Сидерический год или период обращения Сатурна вокруг Солнца равен 29,46 лет – 10 759 земных дней.

Продолжительность года

Продолжительность года на Сатурне равна 29,46 земных лет или 10 759 дням земных суток.

Продолжительность суток

Масса Сатурна больше, чем у Земли. Но из-за большой скорости вращения вокруг своей оси день на газовом гиганте короче земного. Период обращения Сатурна вокруг своей оси составляет 10 часов 34 минуты и 13 секунд.


Дело в том, что его различные части двигаются с разной скоростью, тогда как магнитный полюс и ось вращения выровнены. Поэтому скорость вращения Сатурна вокруг своей оси может быть определена несколькими путями.

Учёные применяют три способа отсчета.

Первый способ охватывает зоны Южного и Северного экваториальных поясов. Сутки здесь длятся 10 ч. 14 минут.

Второй способ основан на изучении остальных зон Сатурна. Здесь длительность суток равна 10 ч. 38 минут.

При третьем способе ученые используют радиоизлучение для измерения продолжительности суток. Они равны 10 ч. 39 минут.

Космические летательные аппараты, запущенные для исследований Сатурна давали и другие данные. Так «Вояджеры» указали на продолжительность суток в 10 ч. 45 минут.

Сезонные изменения

Сатурн, как и Земля, имеет свои времена года. Они длятся около 7 земных лет. Смена времён года на Сатурне схожа с земной. Определить её можно наблюдая за кольцами планеты. В определенный промежуток времени они становятся полностью видны с Земли, в другие же дни заметна их небольшая часть.

Смена времён года вызывает большие перепады температур. Изменяется и цвет газового гиганта. Те его части, где наступает зима, становятся голубоватыми. Эти изменения вызваны уменьшением интенсивности ультрафиолетового излучения – зимой оно снижается, а летом становится больше.

Орбитальный и осевой наклоны Сатурна

Осевым углом наклона называют угол между плоскостью экватора и его орбитой. Для его определения существует два способа:


1) С помощью Северного полюса небесных тел. Здесь под Северным полюсом понимается то? что находится на северной стороне Солнечной системы.

2) Определяя Северный полюс с помощью правого правила.

Определение осевого наклона Сатурна имеет ряд сложностей. Эта планета представляет собой шар из водорода и гелия. Она не имеет твёрдой основы, что усложняет наблюдения. Различные части Сатурна двигаются с разной скоростью.  Так ученые получили разные данные о продолжительности суток на планете. Осевой наклон Сатурна составляет 26,73 градусов.

 

Первая космическая скорость

Первая космическая скорость Сатурна – это физическая величина, которая показывает, какую скорость должен иметь объект для движения по орбите вокруг Сатурна. Такой объект не сможет упасть на планету или улететь в космос.

Чтобы найти первую космическую скорость нужно знать массу объекта, радиус гравитационную постоянную Сатурна. Эта величина равна 25 км в секунду.

Источник: oplanetah.ru

День на Меркурии

Меркурий – самая близкая к Солнцу планета. Её орбита не строго круговая, а эллиптическая. Меркурий может приближаться к Солнцу до 46 миллионов километров и удаляться на почти 70 миллионов километров.

Полный оборот вокруг Солнца Меркурий делает за 88 земных суток – столько там длится год. А вот оборот вокруг оси он делает за 58.65 земных суток – столько там длятся полные сутки. Но здесь вообще всё интересно, потому что это так, если отмечать полный оборот относительно звёзд. Поэтому такие на Меркурии звёздные сутки.


Сколько длится день на разных планетах - Меркурий

А вот солнечные сутки там совсем другие – 176 земных. Это время, которое проходит от рассвета до рассвета. Дело в том, что Меркурий находится близко к Солнцу, и движется вокруг него с сумасшедшей скоростью, при этом вращаясь довольно медленно из-за солнечного приливного воздействия. Поэтому от рассвета до рассвета там успевает пройти пара местных лет.

Вообще, день на Меркурии — это уникальное явление для Солнечной системы. И всё из-за близкого расположения к Солнцу. Кроме того, из-за наклона планеты, на его северном полюсе вообще всегда ночь, и там даже предполагается наличие водяного льда в кратерах – Солнце туда не заглядывает и поверхность не нагревается.

День на Венере

Венера – вторая планета Солнечной системы и ближайшая наша соседка. Эту планету долгое время даже считали двойником Земли – у фантаста Роберта Шекли есть немало занимательных рассказов про путешествия по Венере. Но потом учёные узнали про адские условия, которые там царят, и мнение резко поменялось.


Вокруг Солнца Венера обращается за 224.7 земных суток – такой там год. Но эта планета очень медленно вращается вокруг своей оси, притом в другую сторону, чем остальные. Полные сутки занимают 243 земных, то есть больше, чем местный год!

Однако солнечный день занимает всего 116.8 земных суток – это время от рассвета до рассвета. Дело в том, что Венера вращается навстречу Солнцу, и движение по орбите, складываясь с вращением вокруг оси, приводит к тому, что венериане за полные сутки могли бы 2 раза наблюдать восход и закат Солнца и даже разок встретить Новый год! Конечно, если бы они там были, да еще густой покров венерианских облаков не мешал наслаждаться этим зрелищем.

День на Венере – тоже уникальное явление. Землянам к нему было бы непросто приспособиться.

День на Марсе

Марс – четвертая планета Солнечной системы, тоже наш сосед, но находится от Солнца дальше, чем Земля. Здесь всё более-менее «прилично» и привычно. Вращается Марс вокруг своей оси практически также, как и наша Земля – оборот занимает 24 часа 37 минут и 23 секунды. Так что день там, можно сказать, такой же, как у нас.

Кстати, марсианские сутки называется солом. 1 сол = 1 земные сутки, почти, так как все-таки на 37 минут разница есть, и на больших сроках она становится сильно заметной. За два дня разница составит уже больше часа, а за неделю – больше 4 часов.

А вот марсианский год почти вдвое длиннее земного – 686.98 наших суток. И неудивительно, ведь Марс дальше от Солнца, и путь его гораздо длиннее.

День на Юпитере


Газовый гигант, пятая планета Солнечной системы, не имеет твердой поверхности, поэтому вращается неравномерно. День на широтах ближе к полюсам составляет 9 часов 55 минут 40 секунд, а на экваторе – на 5 минут меньше. Юпитер вращается, как жидкое тело. Несмотря на гигантские размеры, эта планета крутится, как волчок — пока у нас проходят сутки, на Юпитере начинаются третьи.

Юпитерианский год и вовсе не чета нашему – 11.86 земных лет. Но и расстояние от Солнца у него больше в 5 раз, чем у Земли, так что неудивительно. За один такой год юпитерианский житель, сидя высоко в облаках, мог бы наблюдать более 10476 солнечных восходов и закатов. Именно столько юпитерианских дней в юпитерианском году на средних широтах.

День на Сатурне

Сатурн, властелин колец – шестая планета, и тоже газовый гигант. Поэтому с Юпитером у него немало общего. Сатурн тоже вращается с дикой скоростью, и делает оборот за 10 часов 33 минуты, что вдвое меньше земных суток.

Опять же, Сатурн – газовый гигант, и скорость вращения на разных широтах у него разная. Поэтому день на экваторе короче примерно на 5 минут, чем у полюсов. Вообще, у таких планет не только на разных широтах движение происходит с разной скоростью, но и на разной глубине. Поэтому ученые используют на них несколько систем счисления.

Год на Сатурне длится долгих 29.45 земных лет, ведь и расстояние от Солнца у него в среднем в 9.5 раз больше, чем у Земли.

День на Уране


Очередной газовый гигант – Уран. Это седьмая планета Солнечной системы, хотя по размеру и меньше предыдущих.

Уран находится в 19 раз дальше от Солнца, чем Земля. Поэтому год там длится 89 земных лет. Пока на нём проходит год, у нас рождается и умирает целое поколение людей! С момента открытия этой планеты в 1781 году прошло 238 лет, а Уран за это время совершает только свой третий оборот вокруг Солнца…

Насчет продолжительности дня на Уране есть немалые сложности. Дело в том, что эта планета «лежит на боку», в то время как остальные «стоят» с небольшим наклоном. Конечно, если рассматривать их относительно плоскости эклиптики – орбит. Поэтому Уран как бы катится на боку по своей орбите, и у него дни и времена года меняются не так, как на других планетах.

Строго говоря, вокруг своей оси Уран обращается за 17 часов 14 минут. Это можно считать продолжительностью дня. Но на самом деле, если рассматривать день в традиционном смысле, то все гораздо сложнее.

На Уране, который к Солнцу повернут не так, как другие планеты, в течении местного года происходят интересные вещи. Так, 42 земных года подряд под незаходящим Солнцем оказывается один полюс, и столько же другой. Это там такой полярный день и одновременно это лето, за которым идет такая же долгая полярная ночь и зима. В это время на экваторе Солнце едва поднимается над горизонтом, как на наших северах.


Когда наступает равноденствие, Солнце на экваторе стоит в зените, там день и ночь приходят в норму и меняются, как и положено. А потом планета постепенно оказывается повернутой к Солнцу очередным полюсом, и на экваторе наступают «полярные ночи», а на полюсе – 42-летний день. На другом полюсе в это время начинается 42-летняя ночь.

Строго говоря, если взять некую точку на полюсе, то полные сутки от восхода Солнца до другого восхода будут равны году, то есть 89 земных лет. А вот на экваторе совсем по-другому – там сутки длятся всего 17 часов, хотя длительность ночи меняется. Мало того, это ведь газовый гигант, и самые верхние слои вращаются даже быстрее, делая оборот вокруг оси всего за 14 часов.

Так что день на Уране – понятие странное, смотря как его понимать, и с какого места смотреть. Если бы мы там оказались и смогли прожить хотя бы один уранианский год, то увидели бы весьма странные вещи за это время. А все из-за большого наклона планеты, ведь 97 градусов – это не шутка.

День на Нептуне

Нептун – еще один, последний газовый гигант. Здесь всё несколько проще, чем на Уране. Полный оборот вокруг Солнца Нептун делает за 164.79 земных лет. Открыли его в 1846 году, и только в 2011 году он завершил свой первый круг и теперь там только начался второй местный год с момента открытия.

А вот с продолжительностью дня, как и на других газовых планетах, все не так просто. На экваторе день длится 18 часов, в более высоких широтах – 16 часов, а на полюсах – 12 часов. Поэтому на Нептуне самые сильные в Солнечной системе ветры – их скорость достигает 2100 км/ч, то есть ветер там почти вдвое быстрее скорости звука в обычном воздухе!

Как видите, на разных планетах длится день по-разному. Отличия очень большие даже на каменистых планетах – Меркурии, Венере, Марсе и Земле. А уж на газовых гигантах и вовсе всё неоднозначно. Но всех уделывает Уран, где длительность дня в разных местах меняется от 17 часов до 89 земных лет. Это еще раз показывает нам разнообразие миров даже в нашей Солнечной системе, а их сотни миллиардов только в нашей Галактике, а во Вселенной вообще неизмеримое количество.

Источник: astro-world.ru

Сатурн среди планет Солнечной системы

Сатурн относится к типу газовых планет: он состоит в основном из газов и не имеет твёрдой поверхности. Экваториальный радиус планеты равен 60 300 км, полярный радиус — 54 400 км; из всех планет Солнечной системы Сатурн обладает наибольшим сжатием. Масса планеты в 95,2 раза превышает массу Земли, однако средняя плотность Сатурна составляет всего 0,687 г/см3, что делает его единственной планетой Солнечной системы, чья средняя плотность меньше плотности воды. Поэтому, хотя массы Юпитера и Сатурна различаются более чем в 3 раза, их экваториальный диаметр различается только на 19 %. Плотность остальных газовых гигантов значительно больше (1,27—1,64 г/см3). Ускорение свободного падения на экваторе составляет 10,44 м/с², что сопоставимо со значениями Земли и Нептуна, но намного меньше, чем у Юпитера.

Орбитальные характеристики и вращение

Среднее расстояние между Сатурном и Солнцем составляет 1430 млн км (9,58 а. е.). Двигаясь со средней скоростью 9,69 км/с, Сатурн обращается вокруг Солнца за 10 759 суток (примерно 29,5 года). Расстояние от Сатурна до Земли меняется в пределах от 1195 (8,0 а. е.) до 1660 (11,1 а. е.) млн км, среднее расстояние во время их противостояния около 1280 млн км. Сатурн и Юпитер находятся почти в точном резонансе 2:5. Поскольку эксцентриситет орбиты Сатурна 0,056, то разность расстояния до Солнца в перигелии и афелии составляет 162 млн км.

Видимые при наблюдениях характерные объекты атмосферы Сатурна вращаются с разной скоростью в зависимости от широты. Как и в случае Юпитера, имеется несколько групп таких объектов. Так называемая «Зона 1» имеет период вращения 10 ч 14 мин 00 с (то есть угловая скорость составляет 844,3°/сутки, или 2,345 оборота/сутки). Она простирается от северного края южного экваториального пояса до южного края северного экваториального пояса. На всех остальных широтах Сатурна, составляющих «Зону 2», период вращения первоначально был оценён в 10 ч 39 мин 24 с (скорость 810,76°/сутки или 2,2521 оборота/сутки). Впоследствии данные были пересмотрены: была дана новая оценка — 10 ч, 34 мин и 13 с. «Зона 3», наличие которой предполагается на основе наблюдений радиоизлучения планеты в период полёта «Вояджера−1», имеет период вращения 10 ч 39 мин 22,5 с (скорость 810,8°/сутки или 2,2522 оборота/сутки).

В качестве продолжительности оборота Сатурна вокруг оси принята величина 10 часов, 34 минуты и 13 секунд. Сатурн — единственная планета, у которой осевая скорость вращения на экваторе больше орбитальной скорости вращения (9,87 км/с и 9,69 км/с соответственно). Точная величина периода вращения внутренних частей планеты остаётся трудноизмеримой. Когда космический аппарат «Кассини» достиг Сатурна в 2004 году, было обнаружено, что согласно наблюдениям радиоизлучения длительность оборота внутренних частей заметно превышает период вращения в «Зоне 1» и «Зоне 2» и составляет приблизительно 10 ч 45 мин 45 с (± 36 с).

Дифференциальное вращение атмосферы Сатурна подобно вращению атмосфер Юпитера и Венеры, а также Солнца. Скорость вращения Сатурна переменна не только по широте и глубине, но и во времени. Впервые это обнаружил А. Вилльямс. Анализ переменности периода вращения экваториальной зоны Сатурна за 200 лет показал, что основной вклад в эту переменность вносит полугодовой и годовой циклы.

В марте 2007 года было обнаружено, что вращение диаграммы направленности радиоизлучения Сатурна порождено конвекционными потоками в плазменном диске, которые зависят не только от вращения планеты, но и от других факторов. Было также сообщено, что колебание периода вращения диаграммы направленности связано с активностью гейзера на спутнике Сатурна — Энцеладе. Заряженные частицы водяных паров на орбите планеты приводят к искажению магнитного поля и, как следствие, картины радиоизлучения. Обнаруженная картина породила мнение, что на сегодняшний день вообще не существует корректного метода определения скорости вращения ядра планеты.

Происхождение

Происхождение Сатурна (равно как и Юпитера) объясняют две основные гипотезы. Согласно гипотезе «контракции», схожесть состава Сатурна с Солнцем в том, что у обоих небесных тел имеется большая доля водорода, и, как следствие, малую плотность можно объяснить тем, что в процессе формирования планет на ранних стадиях развития Солнечной системы в газопылевом диске образовались массивные «сгущения», давшие начало планетам, то есть Солнце и планеты формировались схожим образом. Тем не менее, эта гипотеза не может объяснить различия состава Сатурна и Солнца.

Гипотеза «аккреции» гласит, что процесс образования Сатурна происходил в два этапа. Сначала в течение 200 миллионов лет шёл процесс формирования твёрдых плотных тел, наподобие планет земной группы. Во время этого этапа из области Юпитера и Сатурна диссипировала часть газа, что затем повлияло на различие в химическом составе Сатурна и Солнца. Затем начался второй этап, когда самые крупные тела достигли удвоенной массы Земли. На протяжении нескольких сотен тысяч лет длился процесс аккреции газа на эти тела из первичного протопланетного облака. На втором этапе температура наружных слоёв Сатурна достигала 2000 °C.

Атмосфера и строение

Верхние слои атмосферы Сатурна состоят на 96,3 % из водорода (по объёму) и на 3,25 % — из гелия (по сравнению с 10 % в атмосфере Юпитера). Имеются примеси метана, аммиака, фосфина, этана и некоторых других газов. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских. Облака нижней части атмосферы состоят из гидросульфида аммония (NH4SH) или воды.

По данным «Вояджеров», на Сатурне дуют сильные ветры, аппараты зарегистрировали скорости воздушных потоков 500 м/с. Ветра дуют в основном в восточном направлении (по направлению осевого вращения). Их сила ослабевает при удалении от экватора; при удалении от экватора появляются также и западные атмосферные течения. Ряд данных указывают, что циркуляция атмосферы происходит не только в слое верхних облаков, но и на глубине, по крайней мере, до 2 тыс. км. Кроме того, измерения «Вояджера-2» показали, что ветры в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора. Есть предположение, что симметричные потоки как-то связаны под слоем видимой атмосферы.

В атмосфере Сатурна иногда появляются устойчивые образования, представляющие собой сверхмощные ураганы. Аналогичные объекты наблюдаются и на других газовых планетах Солнечной системы (Большое красное пятно на Юпитере, Большое тёмное пятно на Нептуне). Гигантский «Большой белый овал» появляется на Сатурне примерно один раз в 30 лет, в последний раз он наблюдался в 2010 году (менее крупные ураганы образуются чаще).

12 ноября 2008 года камеры станции «Кассини» получили изображения северного полюса Сатурна в инфракрасном диапазоне. На них исследователи обнаружили полярные сияния, подобные которым не наблюдались ещё ни разу в Солнечной системе. Также данные сияния наблюдались в ультрафиолетовом и видимом диапазонах. Полярные сияния представляют собой яркие непрерывные кольца овальной формы, окружающие полюс планеты. Кольца располагаются на широте, как правило, в 70—80°. Южные кольца располагаются на широте в среднем 75 ± 1°, а северные — ближе к полюсу примерно на 1,5°, что связано с тем, что в северном полушарии магнитное поле несколько сильнее. Иногда кольца становятся спиральной формы вместо овальной.

В отличие от Юпитера полярные сияния Сатурна не связаны с неравномерностью вращения плазменного слоя во внешних частях магнитосферы планеты. Предположительно, они возникают из-за магнитного пересоединения под действием солнечного ветра. Форма и вид полярных сияний Сатурна сильно меняются с течением времени. Их расположение и яркость сильно связаны с давлением солнечного ветра: чем оно больше, тем сияния ярче и ближе к полюсу. Среднее значение мощности полярного сияния составляет 50 ГВт в диапазоне 80—170 нм (ультрафиолет) и 150—300 ГВт в диапазоне 3—4 мкм (инфракрасный).

Во время бурь и штормов на Сатурне наблюдаются мощные разряды молнии. Электромагнитная активность Сатурна, вызванная ими колеблется с годами от почти полного отсутствия до очень сильных электрических бурь.

28 декабря 2010 года «Кассини» сфотографировал шторм, напоминающий сигаретный дым. Ещё один, особенно мощный шторм, был зафиксирован 20 мая 2011 года.

Шестиугольное образование на северном полюсе

Облака на северном полюсе Сатурна образуют гигантский шестиугольник. Впервые это обнаружено во время пролётов «Вояджера» около Сатурна в 1980-х годах, подобное явление никогда не наблюдалось ни в одном другом месте Солнечной системы. Шестиугольник располагается на широте 78°, и каждая его сторона составляет приблизительно 13 800 км, то есть больше диаметра Земли. Период его вращения — 10 часов 39 минут. Этот период совпадает с периодом изменения интенсивности радиоизлучения, который, в свою очередь, принят равным периоду вращения внутренней части Сатурна.

Странная структура облаков показана на инфракрасном изображении, полученном обращающимся вокруг Сатурна космическим аппаратом «Кассини» в октябре 2006 года. Изображения показывают, что шестиугольник оставался стабильным все 20 лет после полёта «Вояджера», причём шестиугольная структура облаков сохраняется во время их вращения. Отдельные облака на Земле могут иметь форму шестиугольника, но, в отличие от них, шестиугольник на Сатурне близок к правильному. Внутри него могут поместиться четыре Земли. Предполагается, что в районе гексагона имеется значительная неравномерность облачности. Области, в которых облачность практически отсутствует, имеют высоту до 75 км.

Полного объяснения этого явления пока нет, однако учёным удалось провести эксперимент, который довольно точно смоделировал эту атмосферную структуру. 30-литровый баллон с водой поставили на вращающуюся установку, причём внутри были размещены маленькие кольца, вращающиеся быстрее ёмкости. Чем больше была скорость кольца, тем больше форма вихря, который образовывался при совокупном вращении элементов установки, отличалась от круговой. В этом эксперименте был получен, в том числе, и 6-угольный вихрь.

Внутреннее строение

В глубине атмосферы Сатурна растут давление и температура, а водород переходит в жидкое состояние, однако этот переход является постепенным. На глубине около 30 тыс. км водород становится металлическим (давление там достигает около 3 миллионов атмосфер). Циркуляция электрических токов в металлическом водороде создаёт магнитное поле (гораздо менее мощное, чем у Юпитера). В центре планеты находится массивное ядро из твердых и тяжёлых материалов — силикатов, металлов и, предположительно, льда. Его масса составляет приблизительно от 9 до 22 масс Земли. Температура ядра достигает 11 700 °C, а энергия, которую Сатурн излучает в космос, в 2,5 раза больше энергии, которую планета получает от Солнца. Значительная часть этой энергии генерируется за счёт механизма Кельвина — Гельмгольца (когда температура планеты падает, то падает и давление в ней, в результате она сжимается, а потенциальная энергия её вещества переходит в тепло). При этом, однако, было показано, что этот механизм не может являться единственным источником энергии планеты. Предполагается, что дополнительная часть тепла создаётся за счёт конденсации и последующего падения капель гелия через слой водорода (менее плотный, чем капли) вглубь ядра. Результатом является переход потенциальной энергии этих капель в тепловую. По оценкам, область ядра имеет диаметр приблизительно 25 000 км.

Магнитное поле

Магнитосфера Сатурна открыта космическим аппаратом «Пионер-11» в 1979 году. По размерам уступает только магнитосфере Юпитера. Магнитопауза, граница между магнитосферой Сатурна и солнечным ветром, расположена на расстоянии порядка 20 радиусов Сатурна от его центра, а хвост магнитосферы протягивается на сотни радиусов. Магнитосфера Сатурна наполнена плазмой, продуцируемой планетой и её спутниками. Среди спутников наибольшую роль играет Энцелад, гейзеры которого выбрасывают водяной пар, часть которого ионизируется магнитным полем Сатурна.

Взаимодействие между магнитосферой Сатурна и солнечным ветром генерирует яркие овалы полярного сияния вокруг полюсов планеты, наблюдаемые в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном свете.

Магнитное поле Сатурна, так же как и Юпитера, создаётся за счёт эффекта динамо при циркуляции металлического водорода во внешнем ядре. Магнитное поле является почти дипольным, так же как и у Земли, с северным и южным магнитными полюсами. Северный магнитный полюс находится в северном полушарии, а южный — в южном, в отличие от Земли, где расположение географических полюсов противоположно расположению магнитных. Величина магнитного поля на экваторе Сатурна 21 мкTл (0,21 Гс), что соответствует дипольному магнитному моменту примерно в 4,6 × 1018 Tл·м3. Магнитный диполь Сатурна жёстко связан с его осью вращения, поэтому магнитное поле очень асимметрично. Диполь несколько смещён вдоль оси вращения Сатурна к северному полюсу.

Внутреннее магнитное поле Сатурна отклоняет солнечный ветер от поверхности планеты, предотвращая его взаимодействие с атмосферой, и создаёт область, называемую магнитосферой и наполненную плазмой совсем иного вида, чем плазма солнечного ветра. Магнитосфера Сатурна — вторая по величине магнитосфера в Солнечной системе, наибольшая — магнитосфера Юпитера. Как и в магнитосфере Земли, граница между солнечным ветром и магнитосферой называется магнитопаузой. Расстояние от магнитопаузы до центра планеты (по прямой Солнце — Сатурн) варьируется от 16 до 27 R♄ (R♄ = 60 330 км — экваториальный радиус Сатурна). Расстояние зависит от давления солнечного ветра, который зависит от солнечной активности. Среднее расстояние до магнитопаузы составляет 22 R♄. С другой стороны планеты солнечный ветер растягивает магнитное поле Сатурна в длинный магнитный хвост.

Исследования Сатурна

Сатурн — одна из пяти планет Солнечной системы, легко видимых невооружённым глазом с Земли. В максимуме блеск Сатурна превышает первую звёздную величину. Чтобы наблюдать кольца Сатурна, необходим телескоп диаметром не менее 15 мм. При апертуре инструмента в 100 мм видны более тёмная полярная шапка, тёмная полоса у тропика и тень колец на планете. А при 150—200 мм станут различимы четыре-пять полос облаков в атмосфере и неоднородности в них, но их контраст будет заметно меньше, чем у юпитерианских.

Впервые наблюдая Сатурн через телескоп в 1609—1610 годах, Галилео Галилей заметил, что Сатурн выглядит не как единое небесное тело, а как три тела, почти касающихся друг друга, и высказал предположение, что это два крупных «компаньона» (спутника) Сатурна. Два года спустя Галилей повторил наблюдения и, к своему изумлению, не обнаружил спутников.

В 1659 году Гюйгенс с помощью более мощного телескопа выяснил, что «компаньоны» — это на самом деле тонкое плоское кольцо, опоясывающее планету и не касающееся её. Гюйгенс также открыл самый крупный спутник Сатурна — Титан. Начиная с 1675 года изучением планеты занимался Кассини. Он заметил, что кольцо состоит из двух колец, разделённых чётко видимым зазором — щелью Кассини, и открыл ещё несколько крупных спутников Сатурна: Япет, Тефию, Диону и Рею.

В дальнейшем значительных открытий не было до 1789 года, когда У. Гершель открыл ещё два спутника — Мимас и Энцелад. Затем группой британских астрономов был открыт спутник Гиперион, с формой, сильно отличающейся от сферической, находящийся в орбитальном резонансе с Титаном. В 1899 году Уильям Пикеринг открыл Фебу, которая относится к классу нерегулярных спутников и не вращается синхронно с Сатурном как большинство спутников. Период её обращения вокруг планеты — более 500 дней, при этом обращение идёт в обратном направлении. В 1944 году Джерардом Койпером было открыто наличие мощной атмосферы на другом спутнике — Титане. Данное явление для спутника уникально в Солнечной системе.

В 1990-х Сатурн, его спутники и кольца неоднократно исследовались космическим телескопом «Хаббл». Долговременные наблюдения дали немало новой информации, которая была недоступна для «Пионера-11» и «Вояджеров» при их однократном пролёте мимо планеты. Также было открыто несколько спутников Сатурна, и определена максимальная толщина его колец. При измерениях, проведённых 20—21 ноября 1995 года, была определена их детальная структура. В период максимального наклона колец в 2003 году были получены 30 изображений планеты в различных диапазонах длин волн, что на тот момент дало наилучший охват по спектру излучений за всю историю наблюдений. Эти изображения позволили учёным лучше изучить динамические процессы, происходящие в атмосфере, и создавать модели сезонного поведения атмосферы. Также широкомасштабные наблюдения Сатурна велись Южной Европейской обсерваторией в период с 2000 по 2003 год. Было обнаружено несколько маленьких спутников неправильной формы.

Исследования с помощью космических аппаратов

В 1979 г. автоматическая межпланетная станция (АМС) США «Пионер-11» впервые в истории пролетела вблизи Сатурна. Изучение планеты началось 2 августа 1979 года. Окончательное сближение с Сатурном состоялось 1 сентября 1979 года. Во время полёта аппарат приблизился к слою максимальной облачности планеты на расстояние 21 400 км. Были получены изображения планеты и некоторых её спутников, однако их разрешение было недостаточно для того, чтобы разглядеть детали поверхности. Также, ввиду малой освещённости Сатурна Солнцем, изображения были слишком тусклые. Аппарат также пролетел под плоскостью колец для их изучения. В числе открытий было обнаружение тонкого F кольца. Кроме того, было обнаружено, что многие участки, видимые с Земли как светлые, были видны с «Пионера-11» как тёмные, и наоборот. Также аппаратом была измерена температура Титана. Исследования планеты продолжались до 15 сентября, после чего аппарат стал удаляться от Сатурна и Солнца.

В 1980—1981 годах за «Пионером-11» последовали также американские АМС «Вояджер-1» и «Вояджер-2». «Вояджер-1» сблизился с планетой 13 ноября 1980 года, но его исследование Сатурна началось на три месяца раньше. Во время прохождения был сделан ряд фотографий в высоком разрешении. Удалось получить изображение спутников: Титана, Мимаса, Энцелада, Тефии, Дионы, Реи. При этом аппарат пролетел около Титана на расстоянии всего 6500 км, что позволило собрать данные о его атмосфере и температуре. Было установлено, что атмосфера Титана настолько плотная, что не пропускает достаточного количества света в видимом диапазоне, поэтому фотографий деталей его поверхности получить не удалось. После этого аппарат покинул плоскость эклиптики Солнечной системы, чтобы заснять Сатурн с полюса.

Годом позже, 25 августа 1981 года, к Сатурну приблизился «Вояджер-2». За время своего пролёта аппарат произвёл исследование атмосферы планеты с помощью радара. Были получены данные о температуре и плотности атмосферы. На Землю было отправлено около 16 000 фотографий с наблюдениями. К сожалению, во время полётов система поворота камеры заклинилась на несколько суток, и часть необходимых изображений получить не удалось. Затем аппарат, используя силу притяжения Сатурна, развернулся и полетел по направлению к Урану. Также эти аппараты впервые обнаружили магнитное поле Сатурна и исследовали его магнитосферу, наблюдали штормы в атмосфере Сатурна, получили детальные снимки структуры колец и выяснили их состав. Были открыты щель Максвелла и щель Килера в кольцах. Кроме того, около колец было открыто несколько новых спутников планеты.

В 1997 г. к Сатурну была запущена АМС «Кассини-Гюйгенс», которая после 7 лет полёта 1 июля 2004 г. достигла системы Сатурна и вышла на орбиту вокруг планеты. Основными задачами этой миссии, рассчитанной первоначально на 4 года, являлось изучение структуры и динамики колец и спутников, а также изучение динамики атмосферы и магнитосферы Сатурна и детальное изучение крупнейшего спутника планеты — Титана.

До выхода на орбиту в июне 2004 года АМС прошла мимо Фебы и послала на Землю её снимки в высоком разрешении и другие данные. Кроме того, американский орбитальный аппарат «Кассини» неоднократно пролетал у Титана. Были получены изображения больших озёр и их береговой линии со значительным количеством гор и островов. Затем специальный европейский зонд «Гюйгенс» отделился от аппарата и на парашюте 14 января 2005 года спустился на поверхность Титана. Спуск занял 2 часа 28 минут. Во время спуска «Гюйгенс» отбирал пробы атмосферы. Согласно интерпретации данных с зонда «Гюйгенс», верхняя часть облаков состоит из метанового льда, а нижняя — из жидких метана и азота.

С начала 2005 года учёные наблюдали за излучением, идущим с Сатурна. 23 января 2006 года на Сатурне произошёл шторм, который дал вспышку, в 1000 раз превосходящую по мощности обычное излучение в диапазоне радиочастот. В 2006 году НАСА доложило об обнаружении аппаратом очевидных следов воды, которые извергаются гейзерами Энцелада. В мае 2011 года учёные НАСА заявили, что Энцелад «оказался наиболее приспособленным для жизни местом в Солнечной системе после Земли».

Фотографии, сделанные «Кассини», позволили сделать другие значительные открытия. По ним были обнаружены ранее неоткрытые кольца планеты вне главной яркой области колец и внутри колец G и Е. Данные кольца получили названия R/2004 S1 и R/2004 S2. Предполагается, что материал для этих колец мог образоваться вследствие удара о Янус или Эпиметей метеорита или кометы.

В июле 2006 года снимки «Кассини» позволили установить наличие углеводородного озера недалеко от северного полюса Титана. Окончательно этот факт был подтверждён дополнительными снимками в марте 2007 года. В октябре 2006 года на южном полюсе Сатурна был обнаружен ураган диаметром 8000 км.

В октябре 2008 года «Кассини» передал изображения северного полушария планеты. С 2004 года, когда «Кассини» подлетел к ней, произошли заметные изменения, и теперь она окрашена в необычные цвета. Причины этого пока непонятны. Предполагается, что недавнее изменение цветов связано со сменой времён года. C 2004 года по 2 ноября 2009 года с помощью аппарата были открыты 8 новых спутников. Основная миссия «Кассини» закончилась в 2008 году, когда аппарат совершил 74 витка вокруг планеты. Затем задачи зонда были продлены до сентября 2010 года, а потом до 2017 года для изучения полного цикла сезонов Сатурна.

В 2009 году появился совместный американско-европейский проект НАСА и ЕКА по запуску АМС «Titan Saturn System Mission» для изучения Сатурна и его спутников Титана и Энцелада. В ходе него станция 7—8 лет будет лететь к системе Сатурна, а затем станет спутником Титана на два года. Также с неё будут спущены воздушный шар-зонд в атмосферу Титана и посадочный модуль (возможно, плавающий).

Спутники

Крупнейшие спутники — Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан и Япет — были открыты к 1789 году, однако и по сегодняшний день остаются основными объектами исследований. Диаметры этих спутников варьируются в пределе от 397 (Мимас) до 5150 км (Титан), большая полуось орбиты от 186 тыс. км (Мимас) до 3561 тыс. км (Япет). Распределение по массам соответствует распределению по диаметрам. Наибольшим эксцентриситетом орбиты обладает Титан, наименьшим — Диона и Тефия. Все спутники c известными параметрами находятся выше синхронной орбиты, что приводит к их постепенному удалению.

Самый крупный из спутников — Титан. Также он является вторым по величине в Солнечной системе в целом, после спутника Юпитера Ганимеда. Титан состоит примерно наполовину из водяного льда и наполовину — из скальных пород. Такой состав схож с некоторыми другими крупными спутниками газовых планет, но Титан сильно отличается от них составом и структурой своей атмосферы, которая преимущественно состоит из азота, также имеется небольшое количество метана и этана, которые образуют облака. Также Титан является единственным, кроме Земли, телом в Солнечной системе, для которого доказано существование жидкости на поверхности. Возможность возникновения простейших организмов не исключается учёными. Диаметр Титана на 50 % больше, чем у Луны. Также он превосходит размерами планету Меркурий, хотя и уступает ей по массе.

Другие основные спутники также имеют характерные особенности. Так, Япет имеет два полушария с разным альбедо (0,03—0,05 и 0,5 соответственно). Поэтому, когда Джованни Кассини открыл данный спутник, то обнаружил, что он виден только тогда, когда он находится по определённую сторону от Сатурна. Ведущее и заднее полушария Дионы и Реи также имеют свои отличия. Ведущее полушарие Дионы сильно кратерировано и однородно по яркости. Заднее полушарие содержит тёмные участки, а также паутину тонких светлых полосок, являющихся ледяными хребтами и обрывами. Отличительной особенностью Мимаса является огромный ударный кратер Гершель диаметром 130 км. Аналогично Тефия имеет кратер Одиссей диаметром 400 км. Энцелад согласно изображениям «Вояджер-2» имеет поверхность с участками разного геологического возраста, массивными кратерами в средних и высоких северных широтах и незначительными кратерами ближе к экватору.

По состоянию на февраль 2010 г. известно 62 спутника Сатурна. 12 из них открыты при помощи космических аппаратов: «Вояджер-1» (1980), «Вояджер-2» (1981), «Кассини» (2004—2007). Большинство спутников, кроме Гипериона и Фебы, имеет синхронное собственное вращение — они повёрнуты к Сатурну всегда одной стороной. Информации о вращении самых мелких спутников нет. Тефии и Дионе сопутствуют по два спутника в точках Лагранжа L4 и L5.

В течение 2006 г. команда учёных под руководством Дэвида Джуитта из Гавайского университета, работающих на японском телескопе Субару на Гавайях, объявляла об открытии 9 спутников Сатурна. Все они относятся к так называемым нерегулярным спутникам, которые отличаются ретроградной орбитой. Период их обращения вокруг планеты составляет от 862 до 1300 дней.

В 2015 году впервые были получены качественные снимки с изображением одного из спутников Тефии с хорошо освещенным гигантским ударным кратером, названным Одиссеем.

Кольца

Сегодня известно, что у всех четырёх газообразных гигантов есть кольца, но у Сатурна они самые заметные. Кольца расположены под углом приблизительно 28° к плоскости эклиптики. Поэтому с Земли в зависимости от взаимного расположения планет они выглядят по-разному: их можно увидеть и в виде колец, и «с ребра». Как предполагал ещё Гюйгенс, кольца не являются сплошным твёрдым телом, а состоят из миллиардов мельчайших частиц, находящихся на околопланетной орбите. Это было доказано спектрометрическими наблюдениями А. А. Белопольского в Пулковской обсерватории и двумя другими учёными в 1895—1896 гг.

Существует три основных кольца и четвёртое — более тонкое. Все вместе они отражают больше света, чем диск самого Сатурна. Три основных кольца принято обозначать первыми буквами латинского алфавита. Кольцо В — центральное, самое широкое и яркое, оно отделяется от внешнего кольца А щелью Кассини шириной почти 4000 км, в которой находятся тончайшие, почти прозрачные кольца. Внутри кольца А есть тонкая щель, которая называется разделительной полосой Энке. Кольцо С, находящееся ещё ближе к планете, чем В, почти прозрачно.

Кольца Сатурна очень тонкие. При диаметре около 250 000 км их толщина не достигает и километра (хотя существуют на поверхности колец и своеобразные горы). Несмотря на внушительный вид, количество вещества, составляющего кольца, крайне незначительно. Если его собрать в один монолит, его диаметр не превысил бы 100 км. На изображениях, полученных зондами, видно, что на самом деле кольца образованы из тысяч колец, чередующихся со щелями; картина напоминает дорожки грампластинок. Частички, из которых состоят кольца, имеют размер от 1 сантиметра до 10 метров. По составу они на 93 % состоят изо льда с незначительными примесями (которые могут включать в себя сополимеры, образующиеся под действием солнечного излучения, и силикаты) и на 7 % из углерода.

Существует согласованность движения частиц в кольцах и спутников планеты. Некоторые из них, так называемые «спутники-пастухи», играют роль в удержании колец на их местах. Мимас, например, находится в резонансе 2:1 c щелью Кассини и под воздействием его притяжения вещество удаляется из неё, а Пан находится внутри разделительной полосы Энке. В 2010 году были получены данные от зонда “Кассини”, которые говорят о том, что кольца Сатурна колеблются. Колебания складываются из постоянных возмущений, которые вносит Мимас и самопроизвольных возмущений, возникающих из-за взаимодействия летящих в кольце частиц. Происхождение колец Сатурна ещё не совсем ясно. По одной из теорий, выдвинутой в 1849 году Эдуардом Рошем, кольца образовались вследствие распада жидкого спутника под действием приливных сил. По другой — спутник распался из-за удара кометы или астероида.

Существует гипотеза, согласно которой кольца также могут быть у одного из спутников Сатурна — Реи.

Год Раскрытие колец Сатурна (градусы)
1965 0
1972 26,73
1980 0
1987 -26,73
1994 0
2002 26,73
2009 0
2016 -26,73

Наблюдать кольца Сатурна удобнее всего, когда их раскрытие максимально. В это время на Сатурне либо зима, либо лето.

Источник: aboutspacejornal.net


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.