История открытия сатурна


Планета Сатурн по расположению от Солнца является шестой, по величине — второй, если рассматривать параметры массы и диаметра. Среди планет Солнечной системы у Сатурна есть близкий родственник, практически брат — Юпитер: у них практически одинаковые атмосферы и характер вращения. Именно опираясь на эту схожесть, Сатурн и получил свое имя в честь отца Юпитера.

В системе планет Сатурн не узнать просто невозможно. Причина одна — это его кольца, рядом с которыми «меркнут» кольцевые системы других планет. Именно они являются самыми большими и по праву считаются самыми красивыми. До недавних пор этот газовый гигант был самым малоизученным. Но сегодня ученые всего мира имеют возможность ежедневно получать данные об этой планете, благодаря космическому аппарату «Кассини», ведущему за ним практически непрерывное наблюдение.

Сатурн входит в пятерку планет, которые может увидеть с Земли любой желающий без какого-либо специального оборудования. Это небесное тело так же является пятым по яркости в системе.

  • История открытия
  • Характеристики планеты
  • Исследование планеты
  • Движение
  • Атмосфера и строение
  • Спутники
  • Кольца

История открытия

Сатурн действительно можно увидеть с Земли без телескопического прибора. Причем чисто внешне он не будет отличаться от других звезд. Поэтому на сегодняшний момент совершенно невозможно сказать, кем конкретно была открыта планета. И установить это точно не сможет уже никто.

Первыми наблюдателями Сатурна были древние вавилоняне. Среди ученых же первым, кто смог исследовать его с помощью оптического прибора, стал Галилей в 1609-м. Однако его подвело его несовершенство, поэтому при первом наблюдении выступы и неровности планеты ученый принял за отдельные самостоятельные объекты, которых позднее уже не обнаружил.

Современным наблюдающим планету через телескопы она видится бледно-желтой. Это происходит потому, что ее верхние атмосферные слои содержат частички аммиака. Под этими слоями находятся облака, состоящие из кристаллов замерзшей воды. А под ними — слои холодных серных и водородных смесей.

Сатурн, по мнению ученых, является газовым гигантом. Однако есть гипотеза, что у него твердое, скалообразное ядро, имеющее окружение из водорода и гелия.

Планета Сатурн

Характеристики планеты

Если продолжать сравнивать Сатурн с Юпитером, то он уступает своему брату в диаметре (120 и 143 тысячи километров соответственно), в размере (Юпитер больше в 1,18 раза), в массе (Сатурн почти в четыре раза легче Юпитера).


Сатурн легкий не по размерам. И если бы он оказался в воде, то, как мячик, просто плавал на ее поверхности. Гравитация этого объекта составляет 91 процент от земной.

Кстати, гигант различается с нашей родной планетой по размерам (почти в 9 с половиной раз) и по массе (в 95 раз). Могли бы уместиться внутри этого объекта 763 Земли.

  1. Радиус экватора — 60 268 км (погрешность 4 км)
  2. Радиус полюсов — 54 364 км (погрешность 10 км)
  3. Площадь — 4,272⋅1010 км2
  4. Объем — 8,2713⋅1014 км3
  5. Масса — 5,6846⋅1026 кг
  6. Скорость вращения — 10 часов 32 минуты 45 секунд (погрешность 46 секунд)
  7. Имеются кольца

Исследование планеты

Начиная с 1609-го, за планетой вел наблюдение Галилео Галилей. Спустя 50 лет голландский математик и астроном Гюйгенс, имея более мощное оборудование, установил, что тела, названные Галилеем «компаньонами» Сатурна, являются плоским сплошным кольцом вокруг планеты, с ней не соприкасающимся. Этому ученому также принадлежит открытие Титана.

С 1675-го за планетой начинает постоянно наблюдать франко-итальянский астроном Кассини. Именно он смог понять, что кольцо не является однородным, а состоит из двух колец. Пространство между ними было названо щелью Кассини. Ему же принадлежит открытие Япета, Тефии, Дионы, Реи.


Впервые космический аппарат достиг Сатурна в 1979-м. Это был «Пионер», который смог послать на Землю первые фотографии внешних колец, поверхности гиганта и обнаружить у него мощное магнитное поле. Следующим исследовательским кораблем стал «Вояджер», подтвердивший наличие множественных колец, а так же девяти спутников.

Далее к Сатурну прилетал второй «Пионер» и второй «Вояджер». С 2004-го наблюдение за гигантом ведет аппарат «Кассини», постоянно находясь на его орбите.

Установлено, что планета появилась около пяти миллионов лет назад. Чтобы долететь до нее с Земли, любому аппарату нужно осилить расстояние в 1430 000 000 километров.

Планета Сатурн

Движение

Времена года на Сатурне очень похожи на земные. Однако граница между ними является более условной или смазанной, несмотря на то, что ось Сатурна наклонена почти на 27 градусов, как и на Земле. Но гигант получает меньше солнечного света, вследствие своей от него удаленности. Этим и объясняется отсутствие четких сезонных границ.

Вращательная скорость планеты составляет чуть больше 10-ти с половиной часов. В этом показателе он уступает самой скоростной планете системы — Юпитеру. Такое экстремально быстрое вращение не могло не отразиться на форме планеты, превратив ее в сфероид. Это означает, что Сатурн имеет заметные экваториальные выпуклости.


У гиганта есть и еще одна вращательная особенность: его видимые широты делают это с разной скоростью. А все потому, что внутри Сатурн наполнен по большей части газом, а не твердым веществом, который не является стабильной субстанцией.

Полный оборот вокруг Солнца Сатурн делает за 29 с небольшим земных лет. За такую «медлительность» древние ассирийцы прозвали планету «Lubadsagush», что в переводе означает «самый старый из старых».

Атмосфера и строение

Химический состав сатурнианской атмосферы выглядит так: девяносто шесть процентов водорода и четыре процента гелия. Эти два основных элемента «разбавлены» аммиаком, этаном, ацетиленом, метаном, фосфином в небольших количествах. Общая толщина атмосферы составляет 60 километров.

Ветра Сатурна являются самыми быстрыми в Солнечной системе. Их скорость составляет 1800 километров в час. Атмосфера планеты отличается тремя безусловными феноменами: северными сияниями, облаками, имеющими форму горизонтальных полос и вихрем в виде правильного шестиугольника, названным Черными.

К экватору облака-полосы несколько расширяются, сужаясь к полюсам. До 1970-го, пока к Сатурну не отправился «Вояджер», ученые не знали, что на планете имеются облака в виде полос. Сегодня каждый любитель, вооруженных хорошей оптической техникой, может наблюдать их с любой точки земной поверхности.

Второй феномен — шестиугольный штормовой вихрь, который называется Черным. Ученым до конца объяснить феномен не удалось. Его суть такая же, как и у юпитерианского Большого Красного пятна. Однако его продолжительность намного короче. Наблюдая за ними несколько десятков лет, ученые установили, что появляются такие штормы периодически: единожды за полный орбитальный оборот.


Магнитное поле Сатурна слабее земного. Его напряженность равняется одной двадцатой напряженности магнитного поля Юпитера.

Сатурн способен выделять больше энергии, нежели получает от Солнца. Виной тому гравитационное сжатие и трение гелия в его атмосфере.

Планета Сатурн

Спутники

В 2010-м науке было известно 62 спутника Сатурна, 12 из которых были открыты во время первой и второй экспедиции «Вояджера», а также «Кассини». На сегодняшний день их открыто более150-ти. Семь самых крупных были обнаружены еще в 1789-м. Диаметры членов этой «большой семерки» колеблются от 397 километров (у Мимаса) до 5150 километров (у Титана).

Титан полностью оправдывает свое название, являясь не только самым крупным спутником планеты, но и вторым в Солнечной системе после юпитерианского Ганимеда. Это внушительное небесное тело соединило в себе водяной лед и скалы. Его облачная атмосфера — смесь азота, метана, этана. Диаметр Титана превосходит лунный на 50 процентов. По своим размерам объект превосходит Меркурий, хотя меньше планеты по массе.


За исключением Фебы и Гипериона, большинство спутников Сатурна вращаются самостоятельно и синхронно и всегда развернуты к нему только одной стороной.

На Энцеладе и Титане учеными допускается существование водных жизненных форм, прячущихся под толстым слоем льда. Но даже если это так, они сильно отличаются от земных микроорганизмов.

Спутник Япте поражает своей необычной красотой: половина этого объекта абсолютно черная, а половина — совершенно белая. Тефея имеет на своей поверхности очень красивые кратеры, а Атлас и Пан по форме напоминают НЛО — летающие тарелки.

Планета Сатурн

Кольца

Система колец Сатурна является самой красивой и известной из всех существующих. Ученые начали наблюдать за ней в 1610-м. Состав колец — микрочастицы льда, пыли и другого мельчайшего мусора. Именно из-за преобладания ледяных осколков и их способности отражать свет кольца можно наблюдать с Земли при помощи телескопов.

Классификация сатурнианских колец разбита на семь групп, каждой из которых присвоена определенная буква английского алфавита согласно очередности обнаружения. Каждое из этих колец не является чем-то однородным, а состоит из нескольких тысяч более мелких. С Земли можно хорошо наблюдать группы А, В, С. Однако между первой и второй группой имеется пространство, протяженностью в 4700 километров.

Главные кольца «висят» над экватором Сатурна на расстоянии 7000 километров. Их радиусная протяженность 73000 километров, но, несмотря на это, толщина каждого объекта не более километра. Существует признанная всеми теория их образования: распад среднеразмерного спутника в момент его максимального приближения к планете. Приливные силы гиганта притянули «осколки» к себе и со временем превратили их в кольца.


Каждое кольцо Сатурна имеет светлую и темную стороны. Однако с Земли можно наблюдать только их светлую часть.

Иногда кольца «исчезают», «растворяются». Это происходит потому, что по отношению к Земле они «становятся на ребро» и превращаются в невидимки.

Планета Сатурн

Источник: mirkosmosa.ru

    Она тесно связана с первыми шагами телескопической астрономии. В 1609 году Г. Галилею удалось построить телескоп с 30-кратным увеличением, и с помощью этого инструмента он предпринял первый телескопический обзор небесных тел. Были открыты горы на Луне, фазы Венеры, четыре главных спутника Юпитера, пятна на Солнце, обнаружена звездная природа Млечного Пути. Сатурн впервые наблюдался Г. Галилеем в 1610 году. Его первое сообщение об этом событии (июнь 1610 года) гласит: «Отдаленнейшую из планет наблюдал тройную».
разным сторонам от диска планеты ученый увидел два одинаковых симметрично расположенных «придатка», которые в отличие от спутников Юпитера не двигались вокруг центрального тела, а сохраняли свое положение. В действительности же это были ушки колец, но качество оптики было недостаточно высоким, чтобы различить их явно. По образному выражению Галилея, придатки напоминали «двух слуг, которые поддерживают старика Сатурна (бога времени у древних римлян) в его утомительном пути по небу».
    Результаты дальнейших наблюдений Сатурна еще более озадачили Галилея. В 1612 г. он вместо тройной планеты увидел просто одиночный диск. «Возможно ли, что какой-то демон насмешник обманул меня?» — писал он. Через некоторое время изумление ученого еще больше усилилось, когда Сатурн предстал перед ним «снабженный парой ручек». Галилей так и не разгадал формы этой планеты, а потеря зрения оборвала его работу как наблюдателя в 1626 г.
    Наблюдали Сатурн в первые примитивные телескопы и другие ученые того времени, но и им не удалось установить, какова подлинная форма придатков планеты. Нужны были телескопы с лучшей оптикой и большим увеличением. Наблюдатели вскоре научились изготавливать такие приборы. В отличие от телескопа Галилея и других подобных так называемых голландских труб они имели окуляр не в виде вогнутого, а в виде выпуклого стекла, что существенно увеличивало поле зрения, хотя изображение получалось вверх ногами.
кая система, теоретически рассмотренная Кеплером, получила название кеплеровой трубы.
    Х. Гюйгенс, выдающийся физик, механик и математик XVII в., изготовил несколько таких труб. Он и оказался первооткрывателем колец Сатурна. Используя телескоп с объективом 2,5 дюйма, что приметно соответствует размерам современной очковой линзы и фокусным расстоянием 3,7 метров Гюйгенс к 1656 году не только установил, что Сатурн окружен кольцом, но и уточнил форму кольца и положение его в пространстве: кольцо оказалось тонким, плоским не соприкасающимся с планетой и сильно наклоненным к плоскости ее орбиты. Этих данных было достаточно, чтобы объяснить причину исчезновения виденных Галилеем придатков, что и было сделано в книге «Система Сатурна», выпущенной Гюйгенсом в 1659 г.При движении Сатурна по орбите плоскость кольца сохраняет положение в пространстве, т.е. перемещается параллельно самой себе, благодаря чему земной наблюдатель видит кольцо то более, то менее раскрытым. Дважды за одно обращение Сатурна вокруг Солнца кольцо оказывается повернутым к Земле своим ребром, а так как толщина его мала, то в небольшие телескопы его в это время не видно. В 1612 г., когда, по данным Галилея, «слуги» Сатурна исчезли, кольцо было как раз в таком положении.
    Итак, было открыто, что вокруг Сатурна парит в пространстве широкое, плоское и тонкое кольцо. Сам этот факт представлялся удивительным: ведь все известные к тому времени тела Солнечной системы имели форму шарообразную или близкую к ней.
тому же древние философы учили, что небесные светила должны иметь совершенную форму, а такой считается шар. Существование кольца Сатурна резко расходилось с этой живучей догмой. Требовалось с позиции новой, не схоластической науки объяснить, почему оно имеет такую форму и «на чем держится». Время этого еще не настало. Для правильного объяснения нужна была механика Ньютона и в особенности закон всемирного тяготения, та как при взаимодействии небесных тел и их частей силы тяготения являются обычно главными по величине. Но знаменитые ньютоновсие «Начала» еще не были написаны; они будут только опубликованы только в 1687 году.

Огромная тень закрывает часть плоскости колец.
Многочисленное разделение на колечки - 10 000.
Многочисленное разделение на колечки - 10 000.
Спицы и темные пятна пыли на кольцах Сатурна.

    Заметим, что в книге Гюйгенса речь шла не о кольцах Сатурна, а лишь об одном кольце. Дальнейший прогресс позволил директору Парижской обсерватории Д. Кассини в 1675 г. обнаружить около середины кольца темную линию, разделяющую его на две части. Этот кольцевой промежуток получил название деления Кассини. Внешнее кольцо обычно обозначаемое буквой А, несколько менее ярко, чем внутреннее кольцо В. Таким образом после открытия Д. Кассини стало необходимо говорить не о кольце, а о кольцах Сатурна. Наблюдая Сатурн, Кассини открыл также четыре его спутника – Япет, Рею, Тефию и Диону, так что вместе с Титаном, обнаруженным ранее Гюйгенсом, из стало известно пять. Д. Кассини также высказал мнение, что кольца Сатурна могут быть в действительности роем мелких спутников, не различимых с Земли по отдельности и поэтому сливающихся для наблюдателя в сплошные круговые пояса. Это была всего лишь догадка, однако в последствии (примерно через 200 лет) выяснилось, что астроном был прав.
    Что могло навести Кассини на подобную мысль? Вероятно, зрелище спутников, которые оборот за оборотом, каждый со своей скоростью, обходят вокруг Сатурна, — эту картину он многие годы наблюдал в свой телескоп. Разве нельзя представить себе, что спутники движутся друг за другом гуськом, цепочкой и что таких цепочек не одна, а несколько или даже много? Что может помешать этому? Отталкивание? В повседневной житейской практике не бывает, чтобы камни отталкивались друг от друга. Наверное, и небесные камни не испытывают взаимного отталкивания. Притяжение? Заметного притяжения между земными телами не наблюдается, да если бы оно и было, то, скоре, не помешало бы, а помогло формированию роя спутников. Различие скоростей? Но для спутников, движущихся на одинаковом расстоянии от планеты, и скорость должна быть одинаковой – это следовало из наблюдений.
    Поэтому спутники, движущиеся гуськом, не будут набегать друг на друга. Рассуждая так, легко было прийти к выводу, что препятствий к образованию вокруг Сатурна роя спутников в виде кольца, по-видимому, нет – вот почему как представляется, и была высказана эта идея. Гипотеза колец как роя спутников содержала в себе в довольно явном виде тезис, что вещество колец может удерживаться около Сатурна, лишь находясь во вращении вокруг него и при том со скоростью, величина которой определенным образом зависит от расстояния до центра Сатурна. Об этом свидетельствовали наблюдения над известными тогда системами спутников (как Сатурна, так и Юпитера): скорость спутника, движущегося по круговой траектории, с увеличением расстояния от планеты убывает. Примерно в это же время Ньютону (1666 год) и независимо от него Х. Гюйгенсу (1673 г.) удалось теоретически решить задачу о круговом движении спутника, показав, что для осуществления такого движения центральное тело должно притягивать его с силой, обратно пропорционально квадрату расстояния спутника. По существу, это были первые формулировки закона всемирного тяготения. Возникла принципиальная возможность теоретически рассчитывать скорости внутреннего и внешнего края колец Сатурна, если только кольца действительно представляют собой рой спутников. Однако наблюдательно проверить такие расчеты можно было в то время только по перемещению тех или иных деталей на кольцах, более темных или более светлых, чем остальное вещество колец. Но таких деталей не замечалось – кольца выглядели однородно яркими.
    Впрочем, большинство астрономов того времени не разделяли мнения Кассини и считали кольца Сатурна монолитными дисками. Очевидно, нужны были исследования относительно того, возможна ли устойчивость таких дисков, если они расположены в пространстве вокруг притягивающей их планеты. Выход в свет «Начал» Ньютона обеспечил теоретическую основу для решения множества задач по механике движения и взаимодействия небесных тел, в том числе и этой. Прошло, однако, почти 100 лет, прежде чем взялись за ее решение. Автором первой такой работы, опубликованной в 1785 г., был выдающийся французский ученый Лаплас, впоследствии известный своим фундаментальным пятитомным трудом «Небесная механика». П. Лаплас пришел к заключению, что широкое монолитное твердое кольцо не будет устойчивым. В самом деле, такое кольцо должно вращаться как твердое тело, т.е. все его точки независимо от их расстояния до центра планеты должны иметь одну и ту же угловую скорость. Но тогда центробежная сила уравновесит силу притяжения к Сатурну только на середине ширины кольца, а на внутреннем и внешнем краях такого равновесия не будет. Возникнут значительные напряжения, стремящиеся сломать кольцо, противостоять которым кольцо не сможет вследствие своей малой толщины.
    Поэтому Лаплас считал возможным, что кольцо разделено на большое число узких концентрических колечек, вложенных друг в друга, так как в узком колечке описанные напряжения малы. Каждое колечко должно вращаться со своей особой скоростью. Эта скорость, кстати говоря, равна скорости спутника на соответствующей круговой орбите, так что Лаплас был близок к модели колец как роя самостоятельных спутников, хотя этого шага он не сделал. Сечение колечек Лаплас принял эллиптическим. Позднее (в 1885 г.) С. В. Ковалевская, первая русская женщина-математик, вернулась к задаче Лапласа и уточнила форму сечения кольца, показав, что оно отличается от эллиптического. Другой ученый Дж. Максвелл проанализировал устойчивость нескольких моделей колец. Он нашел, что для стабилизации концентрических колец, обсуждавшихся Лапласом, необходимо добавить к ним в одной их точке спутник с массой, равной 4,5 массы кольца. Наблюдения свидетельствовали, что такого спутника нет, и, следовательно, эта модель отпадала. Для жидкого кольца Максвелл получил неправдоподобно низкую плотность и поэтому также отверг возможность его существования. В заключение он показал, что кольцо из многих независимо движущихся спутников может быть устойчивым, если средняя плотность вещества в объеме такого кольца меньше 1/300 средней плотности Сатурна. Таким образом, по его данным была приемлема с теоретической точки зрения модель Д. Кассини.
    Осталось подвергнуть этот вывод наблюдательной проверке. Трудность состояла в том, что кольца не имеют каких-либо пятен, по которым можно было бы определить скорость их вращения. На помощь пришел открытый в 1859 г. спектральный анализ, позволивший на основании эффекта Доплера измерять скорость движения небесных тел относительно Земли. Поскольку кольца Сатурна вращаются, то в области восточного ушка колец их скорость направлена к Земле, а в области западного ушка – от Земли. Поэтому в спектре восточного ушка спектральные линии должны быть смещены от своего нормального положения к фиолетовому концу, а в спектре западного – к красному. Измеряя величину смещения, можно найти и величину скорости.
    Такого рода наблюдения были в 1895 г. одновременно и независимо проведены в Пулковской обсерватории А. А. Белопольским, на Ликской обсерватории (США) – Дж. Килером и в Париже – А. Деландром. Измерялась скорость внешнего края кольца А и внутреннего края кольца В, а Дж. Килер, кроме того, измерил и скорость движения середины колец. У всех наблюдателей скорость в пределах точности измерений совпала с той, какую имел бы самостоятельный спутник Сатурна, помещенный в данную точку колец и движущийся по круговой орбите. Если взять среднее из измерений всех трех наблюдателей, то скорость внешнего края кольца А получилось около 16 км/с, а внутреннего края кольца В – около 20 км/с. Для середины колец получилось около 18 км/с. Очевидно, что монолитные диски так вращаться не могут. Сравнительно недавно (в 1964 г.) работа Дж. Максвелла была критически пересмотрена американскими астрономами А. Куком и Ф. Франклином. Было найдено, что не все выводы справедливы.
    Размеры частиц колец Сатурна столь малы, что «зернистой структуры» колец не видно в самые крупные телескопы. Увидеть отдельные частицы колец не удалось и с помощью космических аппаратов «Пионер-11» и «Вояджер», первый из которых приближался к Сатурну до 82 тыс. км, т.е. был к планете в 15 000 раз ближе земного наблюдателя. Несмотря на это, свойства типичной частицы колец успешно исследуются. Результаты таких исследований представляют значительный интерес для науки, вызванный, в частности, проблемой происхождения нашей планетной системы. Согласно современным космогоническим гипотезам спутники любой планеты формировались из периферийных частей газопылевого облака, из центральной области которого образовывалась сама планета. Кольца Сатурна — это зона облака, в пределах которой приливные силы воспрепятствовали его веществу сформироваться в единый спутник. В таком случае кольца Сатурна — одно из немногих мест в Солнечной системе, где сохранился остаток до планетной материи. Поэтому заслуживают внимания любые данные о типичных частицах колец: какова их форма, размеры, отражательная способность, химический и минералогический состав.
    В истории исследования колец Сатурна большое значение имели измерения их яркости при различных положениях Сатурна по отношению к Солнцу и Земле. Еще в 80-х годах 19 века наблюдатели заметили, что с отходом планеты от противостояния кольца заметно темнеют. Вообще говоря, подобное потемнение свойственно всем несамосветящимся телам Солнечной системы, но у колец Сатурна оно выражено сильнее всего. Немецкий астроном Г. Зеелигер заподозрил, что причина здесь в «зернистой» природе колец. Пусть мы наблюдаем с Земли кольца, освещенные Солнцем. Каждая частица колец отбрасывает от себя тень. Она падает на частицы, более далёкие от Солнца. Но в момент противостояния мы этих теней не видим: каждая частица закрывает от наблюдателя свою тень собственным диском. С уходом Сатурна от положения противостояния тени частиц начинают выходить из-за их дисков и кольца темнеют — тем больше, чем дальше планета от противостояния.
    В 1887-1893 гг. Г. Зеелигер построил теорию этого явления, получившего название взаимозатенения. Была выведена формула падения яркости колец с отходом от противостояния (в зависимости от так называемого угла фазы, т.е. угла «Солнце — планета — Земля»; в момент противостояния он равен нулю). Но Зеелигер считал тени частиц цилиндрами, поэтому во время проверки обнаружилось большое расхождение. Позднее было уточнено что тени – конические, причем конусы теней имеют конечную длину. Поперечник частицы был оценен из эксперимента по радио затмению «Вояджера-1» кольцами Сатурна. Радиолуч передатчика космического аппарата последовательно пронизывал кольцо А, деление Кассини, кольцо В и находящееся внутри него разреженное кольцо С. При прохождении радиоволн через то или иное кольцо происходило их рассеяние на частицах кольца. Характер рассеяния зависит от соотношения между длиной радиоволны (в данном случае 3,6 см) и поперечником частицы. Поэтому, когда радиоволны были приняты на Земле и подвергнуты анализу, удалось установить, что поперечник типичной частицы кольца А, деления Кассини и кольца С составляет соответственно 10, 8 и 2 м. Для кольца В оценить размер частицы не удалось, так как из-за его малой прозрачности радиоволны сильно в нем поглощались.
    Масса колец оценивалась по влиянию их притяжения на траекторию «Пионера-11», который подходил к Сатурну ближе двух других космических аппаратов – на 82 тыс. км от центра планеты, т.е. ближе внутреннего края кольца В. Трудность состояла в том, что масса колец, по крайней мере, в миллион раз меньше массы Сатурна. Из-за этого траектория движения космического аппарата вблизи Сатурна в громадной степени определяется мощным притяжением самой планеты и лишь ничтожно возмущается слабым притяжением колец. Между тем именно это слабое притяжение необходимо было выявить. Анализ траекторных измерений показал, что в пределах точности измерений кольца на движение «Пионера-11» не повлияли. Точность же измерений соответствовала 1,7*10^-6 массы Сатурна.
    Измерения яркости колец на земных обсерваториях позволили установить, что типичная частица колец – светло-серое тело, которое отражает около 60% падающего на нее солнечного света, и что поверхность частицы весьма шероховатая. Важная физическая характеристика частицы – ее температура. Частицы колец получают тепло от Солнца и от Сатурна и отдают его в окружающее пространство в форме излучения. Надо учитывать, что в любой момент освещена Солнцем только одна сторона колец – северная или южная, другая же находится в тени. Но и на освещенной стороне имеется сектор, где частицы не освещены Солнцем – это область тени Сатурна. Температура освещенной стороны колец А и В (по данным от космических аппаратов) оказалась равной 70-75 К, ночной стороны 50-60 К. Наблюдения указывают на присутствие в кольцах воды в твердом состоянии, причем сопоставление полученного спектра со спектром инея H2O указывает на сходство характеристик. Был сделан вывод, что, поверхность частиц колец представляет собой обычный водяной лед. Состоит ли вся частица изо льда или только покрыта им?
    Инфракрасные наблюдения не позволяют ответить на этот вопрос, так как излучение на этих длинах волн не пронизывает всю частицу, а исходит лишь из слоя, близкого к ее поверхности. Помогли радиоастрономы, работающие с существенно более длинными волнами. Были проведены как пассивные наблюдения – прием собственного радиоизлучения колец, так и активные – радиолокация колец. Частицы колец оказались весьма эффективными отражателями радиоволн и весьма слабо их поглощают. Что же можно сказать об их природе? Каменистая (силикатная) сердцевина частицы исключается, поскольку силикаты поглощают радиоволны сильнее. Годится чистый лед, так как он хороший диэлектрик. Космогонические соображения заставляют предполагать близость хим состава колец и внутренних спутников Сатурна.
    Кольцо А отделено от кольца В делением Кассини – темным кольцевым провалом шириной 4,5 тыс. км, в котором пространственная плотность вещества много меньше, чем в кольцах А и В. Аналогичное, хотя и гораздо более узкое (320 км), деление на 1/6 ширины кольца А от его внешнего края было открыто в 1888 г. Дж. Килером в США. Позднее выдающийся французский астроном Б. Лио, используя превосходное качество изображений светил на обсерватории Пик дю Миди, смог заметить в кольцах Сатурна более 10 подобных провалов. По-видимому, причину их существования надо искать в возмущении орбит частиц спутниками Сатурна, которое особенно сильно, когда периоды обращения спутника и частицы соизмеримы между собой. Например период обращения частицы в делении Кассини равен половине периода обращения спутника Мимаса. Вследствие такого совпадения каждая частица в делении Кассини будет нагонять Мимас в одном и том же месте своей орбиты. Здесь возмущающее действие Мимаса будет от оборота к обороту суммироваться, подобно тому, как суммируются усилия человека, в такт раскачивающего качели (явление резонанса). Результатом будет выброс частиц из области резонансных орбит, т.е. уменьшение их концентрации в делении.
    Резонансы также приводят к возникновению в кольцах Сатурна спиральных волн сжатия и изгиба. Волны изгиба имеют вид как бы гор и впадин, нарушающих правильность плоскости колец. Эти образования были действительно найдены на изображениях колец, переданных на Землю «Вояджерами» (сейчас подобные снимки присылает Кассини). Для одной такой системы волн изгиба в кольце А сумма высоты «горы» и глубины «впадины» составляет около 1,4 км, что хорошо согласуется со значением наблюдаемой с Земли видимой толщины колец. Следовательно, можно считать доказанным, что видимая толщина колец потому выше истинной, что поверхность колец не идеально плоская.
    Применение теории спиральных волн к кольцам Сатурна позволяет также оценить массу вещества, приходящуюся на единицу площади колец. Она оказывается порядка 45-60 г/см2. Если умножить эту величину на площадь боковой поверхности колец, то получим полную массу колец. Достаточно при этом учитывать только площадь колец А и В, так как масса других колец мала, и ей можно пренебречь. В таком случае искомая масса колец есть 1,5*10^22 г (45) – 2,0*10^22 г (60). Это примерно половина массы спутника Сатурна Мимаса, самого маленького из «классических» спутников. Но все эти расчеты приблизительны, так как сами по себе эти кольца тоже довольно не однородные, поэтому по уточненным данным масса колец сравнима с массой Мимаса. «Вояджеры» дали возможность впервые увидеть в кольцах Сатурна множество деталей, неразличимых в земные телескопы. Телевизионные камеры космических аппаратов смогли показать детали размером до 3-5 км, а в эксперименте по наблюдению звезды через кольца Сатурна радиальное разрешение достигло 300 м. Первые же снимки, переданные «Вояджером-1» на Землю показали, что кольца Сатурна состоят из весьма большого числа узких концентрических колечек, разделенных между собой более темными промежутками. Общее число колечек чрезвычайно велико – порядка 10000. Промежутки между колечками более прозрачны, чем сами колечки, т.е. в промежутках встречается меньше частиц на единицу поверхности кольца. Каковы же причины разбиения колец на узкие колечки? Ответить на этот вопрос оказалось трудно. Первая попытка заключалась в том, чтобы приписать разбиение возмущающему влиянию Сатурна, т.е. резонансам периодов обращения спутников и частиц колец. Однако спутников мало, а колечек – 10000. Очевидно, резонансами со спутниками можно объяснить лишь очень небольшую часть колечек.

Переплетение двойного кольца F Сатурна.
Гравитационное воздейстаие спутника Прометея.
Гравитационные волны впереди и позади луны.
Фотография - неоднородность колеца Сатурна.

    Была также выдвинута идея, не может ли существование колечек быть обязано небольшим спутникам поперечником 10-20 км, движущимся прямо среди частиц колец. Если бы такие спутники существовали, они бы расчищали за собой пространство среди частиц, а соседние области ограждали бы от вторжения это пространство. Однако систематический поиск подобных спутников в делении Кассини, где мало частиц и спутники поперечником до 5 км легко могли быть замечены, дал отрицательный результат. Тогда ученые обратили внимание на то, чтокольцо в виде диска, равномерно заполнено частицами, обладает большей потенциальной энергией, чем кольцо, разделенное на колечки. Так как любая система стремится принять конфигурацию, соответствующую минимуму потенциальной энергии, то эволюция колец Сатурна под влиянием небольших возмущений (от спутников и от удара метеоритных тел) привела к их постепенному разбиению на колечки.
    «Вояджеры» обнаружили в кольце В темные полосы, часто клиновидной формы, простирающиеся более или менее радиально как бы поперек ширины кольца. Их стали называть «спицами» из-за внешнего сходства со спицами колеса. Любопытно, что изображения спиц были найдены на некоторых старых зарисовках Сатурна, сделанных еще в прошлом веке на основе визуальных наблюдений. На снимках, полученных космическими аппаратами, обнаружилось, что при подлете к Сатурну «спицы» были темнее кольца, а после сближения космического аппарата с планетой они, наоборот, стали более светлыми, чем окружающий фон кольца. Отсюда был сделан вывод, что «спицы» состоят из мелких пылинок поперечником в десятитысячные доли миллиметра. Это заключение основано на свойстве мелких пылинок, рассеивать падающий на них свет преимущественно вперед, от источника света. Назад же, т.е. в сторону от источника, они рассеивают значительно меньше. До сближения с Сатурном космический аппарат был расположен так, что принимал от колец свет, рассеянный к Солнцу, и «спицы» выглядели темными, после сближения аппарат принимал свет, рассеянный вперед, и они оказались светлыми.
    Вещество спиц как бы плавает на некоторой высоте над плоскостью кольца. По-видимому, оно удерживается там силами электростатического отталкивания, влияние которых на пыль значительно больше, чем на крупные частицы. Отталкивание возникает вследствие того, что и пылинки и крупные частицы при облучении их ультрафиолетовым излучением Солнца приобретают электрический заряд одного знака (за счет отрыва электронов у молекул у поверхностного слоя).
    Газовая оболочка колец. Задолго до запуска космических аппаратов к Сатурну высказывалась мысль, что кольца Сатурна могут обладать своего рода атмосферой. В самом деле, над любой твердой поверхностью всегда существует насыщенный пар из беспорядочно движущихся молекул того же вещества. Твердые поверхности обладают также способностью притягивать к себе молекулы газов из окружающей среды. Следовательно, были все основания предполагать, что близ частиц колец концентрация газов повышена. Однако попытки обнаружить атмосферу колец путем наземных наблюдений не привели к успеху, что указывало на ее большую разреженность. Вопрос решился благодаря данным, полученным ультрафиолетовым спектрометром «Вояждера-1». Прибор отметил присутствие в спектре колец линии Lальфа, принадлежащей атомарному водороду. По интенсивности линии оценили число атомов в кубическом сантиметре атмосферы – их оказалось около 600, т.е. это действительно чрезвычайно разреженная атмосфера. Для сравнения укажем, что даже на высоте 1000 км земная атмосфера содержит около миллиона атомов в кубический сантиметр.

Источник: galspace.spb.ru

Кто и когда открыл планету

Первым, кто открыл Сатурн, и кому посчастливилось увидеть его в телескоп, был Галилео Галилей.

История открытия Сатурна такова: в начале XVII века, наблюдая за планетой в телескоп, Галилей обнаружил, что небесное тело представляет собой не одно, а будто три, каким-то образом, скрепленных между собой тела. Когда через несколько лет он повторил наблюдение, то двух тел уже не обнаружил.

В 1659 исследователь из Нидерланд Христиан Гюйгенс, используя более точный телескоп, установил, что “два тела”, обнаруженные Галилеем – это кольцо вокруг планеты, а также открыл Титан – самый крупный из спутников. Продолжил исследование планеты итальянец Джованни Кассини – именно он в 1675 году установил, что Сатурн окружают несколько колец, разделенных зазором, названным позже “щелью Кассини”. Чуть позже он открыл и некоторые из спутников планеты: Диону, Япет, Рею и Тефию.

Почти полторы сотни лет после исследований Кассини никаких существенных данных о Сатурне не было собрано.

Однако, к концу XVIII века англичанин Уильям Гершель открыл еще два крупных спутника – Энцелад и Мимас. Позднее были открыты Гиперион и Феба – единственный нерегулярный спутник, вращающийся к тому же в обратном направлении.

Происхождение названия планеты

Именем планета обязана древним римлянам. В те времена все планеты называли в честь богов, и Сатурн не стал исключением.

В честь кого назвали планету Сатурн?

Древние римляне, изучая небо, заметили звезды, которые меняли свое положение в небе. Такие небесные тела стали называться астерами – блуждающими звездами. Из-за того, что идентифицировать кольца вокруг планеты техника тех времен не позволяла, Сатурн виделся им как крупное небесное тело с двумя “шариками” – а, согласно мифологии, бог Кронос в одной руке держал серп, а в другой – колосья пшеницы.

Где находится Сатурн в Солнечной системе

Расстояние от Сатурна до Солнца исчисляется 1430 млн км, а время, за которое гигант совершает полный оборот вокруг светила, составляет приблизительно 29,5 земных лет. Примечателен тот факт, что оборот вокруг оси планета совершает быстрее, чем вокруг орбиты.

Сатурн — шестая по счету от Солнца планета, а его ближние соседи — Юпитер (пятый от Солнца) и Уран (седьмой от Солнца)

Как увидеть планету в телескоп

Кольца Сатурна можно увидеть в бинокль – они напоминают маленькие отростки. Через 60-70 мм телескоп четко видно кольца вокруг диска планеты, а в периоды умеренного или максимального раскрытия колец можно увидеть даже щель Кассини.

Для того, чтобы наблюдать облачные пояса гиганта,  потребуется телескоп диаметром не менее 100-125 мм, а вот для более серьезных исследований нужен уже 200-мм аппарат.

В наше время телескопы с такими характеристиками встречаются даже у астрономов-любителей, поскольку они позволяют рассмотреть все пояса, зоны, пятна планеты и даже мельчайшие детали колец.По возможности, предпочтение стоит отдавать апохроматическим рефракторам – они дают контрастные и потрясающие по качеству изображения.

Для наблюдения за Сатурном подойдет телескоп “АПО киллер” системы Максутова-Кассегрена, которые были сконструированы специально в целях наблюдения планет.

Ручное ведение телескопа из-за наличия большого количество деталей в системе Сатурна также не способствует его подробному изучению, поэтому лучше запастись монтировкой с системой Go-To либо часовым механизмом.

Чтобы выделить тело планеты из общего фона и создать большую контрастность рекомендуется применение следующих фильтров:

  • темно-желтый (15) и оранжевый (21) подходят для выделения поясов, зон и их деталей (для 200-мм телескопов альтернативой может выступить темно-красный (25);
  • желтый (11) – для выделения зеленых и красноватых элементов;
  • зеленый (58) – для лучшей видимости пятен и полярных областей;
  • голубой (80А) – для большей детализации колец (для больших объективов имеет смысл использовать синий (38А) либо фиолетово-синий (47).

Как найти планету в небе

Чтобы найти Сатурн в небе, нужно изучить карту звездного неба: он находится в постоянном движении и не всегда бывает виден ночью. Далее нужно найти место, где свет огней города не будет мешать задуманному.

С помощью карты нужно определить нахождение экликтика – воображаемой линии, проходящей через зодиакальные созвездия и помогающей определить расположение планет. На участке неба, где должен быть Сатурн, нужно искать звезду (а планеты похожи на звезды, если смотреть невооруженным глазом), что светит ярко и не мигает – это и будет искомая планета.

Минимальное расстояние до Сатурна от Земли в 2019 году будет 9 июля – эта фаза называется противостоянием и именно в этот период планету можно рассмотреть наиболее четко. Кольца планеты обладают высокой отражательной способностью, а сама планета находится в постоянном движении, поэтому его звездная величина – блеск — колеблется в течение года.

Дата

Видимый размер

Звездная величина

02 июня 2016

18»

0

15 июня 2017

18»

0

27 июня 2018

18»

0

09 июля 2019

18»

0

20 июля 2020

18»

0.1

Удаленность от Земли

Расстояние постоянно меняется из-за того, что планеты в солнечной системе движутся по орбите, которая имеет форму эллипса – вытянутого круга. По данным исследователей, наименьшее зафиксированное расстояние от Земли до Сатурна — 1 195 000 000 км, а наибольшее — 1 600 000 000 км. В качестве среднего значения обычно называют цифру в 1 280 000 000 км.

Удаленность от Солнца

Средняя удаленность Сатурна от Солнца – 1,4 млрд км. Так же, как и в случае с Землей, цифры эти в течение года меняются.

Производить расчеты с такими большими цифрами неудобно, поэтому ученые используют единицу, называемую астрономической. Одна такая единица составляет 149 600 000 км, следовательно, среднее расстояние от Солнца до Сатурна – 9 а.е.

Сколько времени лететь до Сатурна от Земли

Среднее расстояние от Сатурна до Земли – 8,5 а.е. Имея аппарат, способный развить скорость до 300 000 км в секунду, до туда можно было бы добраться за полтора часа, однако современным космическим аппаратам для этого требуется в среднем 6-7 лет: Пионер-11 летел 6 с половиной лет, Вояджер-2 – 4 года, Кассини потребовалось долгих 6 лет и 9 месяцев, а Новые Горизонты долетел за рекордные 2 года и 4 месяца.

Вояджер-1 и Вояджер-2 летели к Сатурну напрямую, а Пионер-11 и Кассини подлетали к другим планетам, используя их силу притяжения, чтобы приблизиться к цели.

Исследование планеты

Общие сведения

Сатурн – шестая по счету от Солнца и пятая по яркости планета Солнечной системы.

Юпитер, Сатурн и следующие за ним Уран и Нептун относят к газовым гигантам, поскольку состоят они в основном из этого вещества.

У Сатурна нет твердой поверхности,  а масса его превышает земную в 95 раз.

Примечательно, что плотность его составляет всего лишь 0, 687 грамма на кубический сантиметр – это даже меньше, чем плотность воды. Строение Сатурна представляет собой газовые слои, ближе к центру водород приобретает форму металла, в середине планеты – раскаленное вещество. Кольца состоят из углеродистой пыли и осколков льда.

Единственный спутник планеты, наделенный атмосферой – Титан; на нем можно найти озера метана и холмы мерзлого азота. Титан представляет огромный интерес для ученых, поскольку обладает потенциально пригодной для жизни средой. Из 150 спутников имена есть только у 53 (это, в основном, имена греческих божеств).

Физические характеристики Сатурна

Физические характеристики

Полеты на планету

Космические аппараты начали отправлять на Сатурн ближе к концу XX века, всего их было четыре: Пионер-11 полетел в 1979 году и сделал самые первые фотографии Сатурна и его спутников с расстояния в 20 000 км, а также определил температуру Титана (-179 °C).

Через год свое путешествие начал Вояджер-1, а еще через 9 месяцев – Вояджер – 2, сделавший первые высококачественные снимки планеты, ее колец и спутников.

Благодаря этим полетам было открыто еще пять спутников газового гиганта, а также установлено точное количество колец — 7.

В июле 2004 к Сатурну приблизился исследовательский аппарат Кассини-Гюйгенс.

Миссия Кассини

В проекте принимали участие НАСА, Европейское и Итальянское космические агентства.

Космическая станция, оснащенная камерами и спутниковыми антеннами и предназначенная непосредственно для исследования называлась “Кассини”, а прикрепленный к ней зонд, который должен был осуществить высадку на Титан – “Гюйгенсом”.  Львиную долю расходов – более двух с половиной миллиардов долларов — взяло на себя США, оно же занималось разработкой и созданием станции. Зонд взяло на себя ЕКА, а антенны и высотометр разрабатывали итальянцы. Зонд  назвали в честь Христиана Гюйгенса, обнаружившего Титан и наличие у Сатурна кольца, а станцию – в честь Джованни Кассини, который обозначил множественность колец и открыл четыре крупных спутника планеты.

Экспедиция на Сатурн в рамках миссии Кассини-Гюйгенса обошлась в 3 миллиарда долларов, но сведения, полученные за те 20 лет, что работала станция, явно того стоили.

Половину от веса станции на старте составляло топливо. “Кассини” потребовалось два года, чтобы разогнаться: станция использовала естественную гравитацию планет по пути следования. Устройство было запрограммировано таким образом, чтобы до прибытия на точку назначения, вся его система работала лишь на 2% от всей мощности.

Зимой 2000 года, когда “Кассини” пролетал Юпитер, система активизировалась и сделала фотографии, которые были переданы на Землю. Из-за долгого времени в пути в NASA предположили, что датчики сбились (предположительно, из-за космического мусора), однако вскоре все наладилось.

30 июня 2004 года космическая станция достигла пункта назначения и начала свой путь по орбите планеты, став ее первым искусственным спутником, а 14 января 2005 зонд опустился на Титан.

26 апреля 2017 года “Кассини” приступил к своей последней миссии, совершив более 20 пролетов между внутренним кольцом и самой планетой, предоставив первые фотографии с такого близкого расстояния.

Такая участь постигла станцию неслучайно: нельзя было допустить загрязнение спутников Сатурна, которые, основываясь на данных исследования, вполне могут быть обитаемы. На счету станции – 20 лет службы, десятки оборотов вокруг Сатурна и  огромное количество уникальнейших сведений о системе планеты.

Источник: oplanetah.ru


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.