Строение сатурна в разрезе



  • Астрономия
  • »

  • Планета Сатурн

Сатурн — шестая планета по удалённости от центра нашей Солнечной системы. По своим габаритам он занимает второе место после Юпитера среди других планет, вращающихся на орбите Солнца. Учёные относят Сатурн к газовым гигантам. А назван он был в честь древнего бога плодородия, символом которого являлся серп.

СатурнВ химическом составе планеты фигурирует водород. В незначительном количестве также находятся примеси гелия, метана, аммиака и молекулы воды. Ядро планеты состоит из железа, льда и никеля. Сверху оно покрыто металлическим водородом и лёгкой газовой оболочкой. Если наблюдать за атмосферой гиганта из космоса, то её можно будет охарактеризовать как достаточно однородную и спокойную, с наличием в ней крупных образований. Скорость ветра в некоторых областях планеты способна достигать отметки 1800 км/ч, что существенно превышает подобные показатели на Юпитере. Сила напряжённости магнитного поля Сатурна находится где-то посередине между показателями полей Земли и Юпитера. Если говорить конкретно о площади магнитного поля гиганта, то оно простирается почти на 1 миллион километров по направлению к Солнцу.


Особенностью Сатурна является его знаменитая система видимых колец. Они состоят из замёрзших частиц газа, пыли и тяжелых элементов. Под влиянием гиганта на текущий момент находится 63 спутника. Титан — крупнейший среди них. Он же считается вторым по габаритам спутником планет, которые вращаются вокруг Солнца. Самым крупным спутником Солнечной системы является Ганимед, он находится под властью Юпитера.
В 1997 году на орбиту Сатурна была запущена межпланетная автоматическая станция «Кассини». В 2004 году она достигла системы Сатурна и с тех пор осуществляет наблюдение за гигантом. Задачей станции является исследование колец, их структуры, динамических процессов в атмосфере и магнитном поле Сатурна.

Сатурн как планета Солнечной системы

Солнечная системаКак было упомянуто ранее — Сатурн причислен к газовым гигантам на основании того, что у него не имеется твердой поверхности и состоит он главным образом из летучих веществ — газов. Радиус экватора Сатурна равен 60,3 тысячи километров, а полярный радиус — 54,4.
вестно, что среди всех планет Солнечной системы Сатурну присуще самое мощное сжатие. Масса гиганта почти в 100 раз больше массы Земли. Но средняя плотность газовой планеты составляет около 0,7 г/см2. Этот показатель свидетельствует о том, что Сатурн является единственной в своём роде планетой, принадлежащей к нашей звёздной системе, плотность которой меньше плотности воды. При значительном различии (почти в 3 раза) показателей массы Сатурна и Юпитера, разница между их экваториальными диаметрами равна всего лишь 19%. Если говорить о показателях плотности других планет из числа газовых гигантов, то у них они значительно выше.

Орбитальные характеристики и вращение

Дистанция от Солнца до Сатурна составляет 1430 миллиона километров. Полный оборот вокруг светила гигант совершает почти за 11 тысяч дней (при скорости вращения 9,8 км/с), что равно примерно 30 земным годам.

Видимые объекты, находящиеся в атмосфере Сатурна, имеют разную скорость вращения, это зависит от широты, на которой они располагаются.
Полный оборот Сатурна вокруг его оси совершается в течение 10 часов и 34 минут. Он также является единственной планетой, осевая скорость вращения которой на экваторе больше, нежели орбитальная.

Показатели скорости вращения Сатурна различны как по широте и долготе, так и по временным промежуткам. Такой вывод сделал исследователь Вильямс. Данные о переменности периода вращения экваториальной области гиганта за период в 200 лет дали основания полагать, что в основном на это воздействуют циклы, полугодовой и годовой.

Происхождение планеты Сатурн


Планета СатурнПроисхождение Сатурна объясняется двумя основными гипотезами. Гипотеза «контракции» заключается в сопоставлении газового гиганта с Солнцем по количеству вращающихся вокруг них тел и наличию значительной доли водорода в химическом составе. Объясняют это тем, что при формировании планет в ранней Солнечной системе также образовывались массивные «сгущения». Именно из этого материала и стали в дальнейшем формироваться планеты. То есть, согласно первой теории, они формировались аналогичным способом, что и само Солнце. Однако с помощью этой гипотезы невозможно объяснить причину различия в химическом составе Солнца и Сатурна.

По гипотезе «аккреции» формирование Сатурна происходило в два этапа. Сторонники этого мнения считают, что сначала гигант сформировался по тому же принципу, по какому образовывались твёрдые планеты. Но потом в область Сатурна из области Юпитера стали регулярно попадать потоки газа, сильно изменившие химический состав планеты. Начался второй этап становления Сатурна. В более поздний период вблизи поверхности гиганта происходил процесс аккреции газа. Температура наружных слоёв планеты в это время достигала 2000 °C.

Атмосфера Сатурна и её строение


Верхние слои атмосферы гиганта лишь на 3,5% состоят из гелия, а оставшиеся 96,5% — из водорода. Также в некотором количестве имеются примеси фосфина, аммиака, этана и метана. Во время миссий «Вояджеров» было обнаружено, что на Сатурне присутствуют сильнейшие потоки ветра. С помощью орбитальных аппаратов учёным удалось установить их примерную скорость — 500 м/с. Такие ветры, как правило, дуют в восточном направлении. Их мощь ослабевает с удалением от экватора. Потенциал потоков значительно уменьшается ввиду того, что им начинают противостоять западные ветры. Учёные обнаружили также тот факт, что «движение» происходит как в верхних слоях атмосферы Сатурна, где находятся облака, так и в нижних. На глубине до 2 тысяч километров также присутствует определённая активность. С помощью измерений, сделанных «Вояджером», учёным удалось установить, что ветры всегда направлены вдоль экватора как в северном, так и в южном полушариях.

Астрофизики из Британии обнаружили ещё один тип полярного сияния, который также присутствует на Сатурне. Оно представляет собой кольцо, опоясывающее один из полюсов газового гиганта.

Также в атмосфере планеты время от времени появляются устойчивые образования в виде сверхмощных ураганов. Такие же объекты ранее наблюдались и у других газовых планет нашей системы. Что касается Сатурна, то впервые «Большой белый овал» аппаратам удалось зафиксировать около 15 лет назад. Проявляется он на планете также с определённой частотой — один раз в 30 лет.


В 2008 году межпланетная автоматическая станция «Кассини» сделала фотографии северного полюса планеты. Съёмка на момент исследования велась в инфракрасном диапазоне. Учёные заметили полярные сияния, которые также были признаны «уникальным» явлением для планет, входящих в Солнечную систему. Новые снимки сияний также удалось получить в видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Сияния, обнаруженные в области полюсов Сатурна, почти всегда имеют кольцеобразную форму, редко спиральную или овальную. Полярные сияния имеют голубой цвет, а облака, лежащие внизу — красный.

По сравнению с полярными сияниями Юпитера, на Сатурне их происхождение не вызвано неравномерностью вращения плазменных слоёв магнитосферы. Многие учёные придерживаются мнения, что возникновение сияний как раз связано с воздействием солнечных ветров. Вид и форма сияний Сатурна время от времени изменяются.

В определённые периоды, сопровождающиеся сильными магнитными штормами и бурями, на Сатурне можно наблюдать мощные разряды молнии. Известно, что они влияют на электромагнитную активность планеты, которая всегда нестабильна. В 2010 году космический аппарат «Кассини» сумел отчетливо снять шторм, который напоминал дым от сигареты. Подобный по мощности шторм был также зафиксирован станцией в середине 2011 года.

Шестиугольник Сатурна. Образование на северном полюсе планеты

Скопившиеся в районе северного полюса планеты облака образуют гексагональную фигуру — шестиугольник.
ервые феномен был открыт при анализе снимков, полученных со станции «Вояджер» в 80-х годах прошлого столетия. Обнаруженное явление признали уникальным для нашей Солнечной системы. Загадочный шестиугольный гигант находится на широте 78°. Период его вращения равен 10 часам и 40 минутам. Этот период сопоставим с периодом снижения или увеличения радиоизлучения планеты.
Выяснилось, что облака, образующие шестиугольник, имеют редкие структуры. Также исследования 2006 года установили, что это образование оставалось стабильным на протяжении 20 лет.

Следует отметить, что некоторые облака в атмосфере Земли также могут обладать шестиугольной формой. Но сатурнианские шестиугольники имеют более правильную форму.

Подробное объяснение открытому явлению пока никому не удалось найти. Но все же учёные смоделировали структуру атмосферы Сатурна и выяснили вероятные причины образования скоплений именно такой формы. Во время эксперимента был взят баллон с водой, вмещающий 30 литров, который закрепили на вращающуюся поверхность. Внутри него были размещены кольца небольшого диаметра, которые вращались быстрее самой ёмкости. Было установлено, что чем больше становилась скорость вращения кольца, тем больше форма вихря «отклонялась» от круговой формы. В результате эксперимента учеными был получен шестиугольный вихрь.

Внутреннее строение Сатурна

Cтроение СатурнаДля нижних слоёв атмосферы Сатурна характерны более высокая температура и давление.
дород здесь переходит в жидкое состояние. Этот переход не происходит резко. На глубине 30 тысяч км водород под давлением приблизительно 3 миллиона атмосфер становится металлическим. Циркуляция токов в таком водороде начинает формировать магнитное поле. В центральной части планеты располагается крупное ядро из металлов, льда и силикатов. Его температура равна 11,7 тысячи °C. При этом энергия, высвобождаемая планетой в космическое пространство, примерно в 2,5 раза превышает энергию, которую Сатурну даёт Солнце. Определённая часть энергии генерируется. Сжимаясь, она начинает преобразовываться в тепло. Но такое явление — не единственный источник энергии газового гиганта. Считается, что часть тепла создаётся на планете из-за процесса конденсации гелия и дальнейшего проникновения его капель (соединений) через менее плотный водородный слой. Результат — переход потенциальной энергии капель гелия в тепловую энергию.

Структура магнитного поля Сатурна

Магнитную сферу Сатурна открыли при выполнении миссии орбитального комплекса «Пионер-11». Это произошло в 1979 году. Оказалось, что магнитосфера планеты по своим размерам уступает лишь магнитосфере Юпитера. Зона между магнитосферой планеты и областью, которой достигает солнечный ветер, находится от Сатурна на удалении, равном 20-ти его радиусам. Хвост магнитосферы измеряется несколькими сотнями таких радиусов. Магнитосфера планеты состоит из плазмы, которую продуцируют Сатурн и его спутники. Среди спутников важную роль играет Энцелад, точнее, его гейзеры. Они выбрасывают водяной пар, который подвергается ионизации магнитным полем планеты.


Видимым признаком «контакта» магнитосферы Сатурна и солнечного ветра являются яркоокрашенные полярные сияния овальной формы, окружающие полюса планеты. Они образуются путём генерации энергии, освобождающейся вследствие взаимодействия магнитосферы и солнечного ветра. В атмосфере Сатурна полярные сияния можно наблюдать в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Магнитное поле Сатурна, равно как и Юпитера, формируется вследствие эффекта динамики во время циркуляции металлического водорода во внешних слоях ядра планеты.

Магнитное поле Сатурна можно охарактеризовать как дипольное (как у Земли), где всегда присутствуют два полюса — южный и северный. Магнитный диполь газового гиганта напрямую связан с вращением его оси. Именно это и делает поле ассиметричным. У этого диполя наблюдается небольшое смещение вдоль оси планеты по направлению к северному полюсу.
Внутреннее магнитное поле газового гиганта способствует отклонению солнечного ветра от его поверхности, препятствуя его «контакту» с атмосферой. Оно также влияет на состав плазмы магнитосферы планеты, которая становится отличной от плазмы солнечного ветра. Как и в случае с Землёй, область, создающая границу между магнитосферой и солнечным ветром, называют магнитопаузой. Дистанция от магнитопаузы до «сердца» Сатурна находится в промежутке 16-27 Rs. На это расстояние оказывает влияние давление солнечного ветра, которое напрямую зависит от активности звезды на данный момент. Принято считать, что среднее расстояние от планеты до магнитопаузы — 22 Rs. Длинный хвост магнитосферы образовывается из-за влияния мощных потоков солнечного ветра.

Исследования Сатурна


Сатурн представляет собой одну из пяти крупнейших планет нашей звездной системы, которую можно увидеть с поверхности Земли без применения специальной оптики. Максимум блеска Сатурна превосходит значение первой звёздной величины. Чтобы стали видны кольца Сатурна, необходимо применение телескопа диаметром 15 мм+. При использовании приборов с хорошей увеличительной способностью становится видна более тёмная «шапка» на полюсах планеты, а также тень колец Сатурна. При апертуре (характеристике) оптического прибора в 150-200 мм можно увидеть пять крупных полос облаков атмосферы.

Впервые Галилео Галилей наблюдал Сатурн с помощью телескопа в начале XVII века. Планета выглядела не как однородный небесный объект, а как три отдельных, находящихся рядом друг с другом. Сначала возникло мнение, что два из них являются крупными спутниками Сатурна. Но несколько лет спустя самим Галилеем не было обнаружено крупных спутников планеты. В середине XVII столетия Гюйгенсом при помощи более мощного прибора было установлено, что те самые спутники — это не что иное, как тонкий круг, опоясывающий планету, не соприкасающийся с ней. Учёные также открыли Титан — крупнейший спутник Сатурна. В последней четверти XVII века к плотному изучению гигантской планеты приступил Джованни Кассини. Он обнаружил, что крупное кольцо на самом деле состоит из двух, разделённых зазором, который получил название «щель Кассини». Также учёным было открыто ещё несколько спутников газового гиганта: Рея, Япет, Тефия и Диона.


Только в конце XVIII века У. Гершель открыл два новых спутника Сатурна: Мимас и Энцелад. После этого британскими астрономами был обнаружен спутник Гиперион со странной, несферической, формой. И уже в конце XX века Уильямом Пикерингом была открыта Феба — нерегулярный спутник Сатурна. В 40-х годах XX столетия Джерард Койпер заявил о наличии мощной атмосферы на Титане — самом крупном спутнике гиганта, что стало уникальным явлением для спутников планет Солнечной системы.

В 90-х годах прошлого века Сатурн со всеми его спутниками и кольцами многократно исследовался с помощью телескопа «Хаббл». Пристальные наблюдения помогли открыть много новых фактов, которые были недоступны при одноразовых пролётах аппаратов «Пионер-11» и «Вояджеров» над планетой.

Исследования Сатурна космическими аппаратами «Кассини-Гюйгенс», «Пионер-11», «Пионер-22», «Вояджер»

В 1979-ом году американская автоматическая станция «Пионер-11» впервые за всю историю астрономии пролетела рядом с Сатурном. Запланированное исследование планеты началось в августе. Максимальное приближение станции к поверхности Сатурна состоялось в начале сентября 1979 года. В тот момент были сделаны уникальные кадры нескольких областей планеты и её спутников. Но разрешение аппаратов, осуществлявших наблюдения, было недостаточным для получения чётких снимков поверхности планеты-гиганта. Также ввиду дефицита солнечного света изображения оказались слишком тёмными. Чтобы получить больше информации о загадочных кольцах Сатурна, аппарат был направлен в их область и пролетел под кольцами. Именно тогда было открыто тонкое кольцо «F». В миссию «Пионера-11» также входило измерение температуры Титана.

Через год после исследований Сатурна, осуществлённых «Пионером-11», к изучению планеты также были подключены американские станции «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Первая машина сблизилась с Сатурном 13 ноября 1980 года и сделала множество снимков лучшего качества, чем это было сделано «Пионером-22». Также в это время учёным удалось получить изображения хорошего качества спутников Сатурна: Титана, Реи, Энцелада, Дионы, Мимаса и Тефии. В результате данной миссии станция сумела приблизиться к Титану на расстояние 6,5 километра, что позволило получить больше информации об атмосфере и температуре поверхности спутника. Также было обнаружено, что Титан имеет очень плотную атмосферу, не пропускающую достаточного для получения качественных снимков количества солнечного света.

Ровно через год к Сатурну приблизилась другая автоматическая космическая станция — «Вояджер-2». Главная миссия этого аппарата заключалась в проведении исследований атмосферы гиганта при помощи специального радара. Благодаря ему и удалось выяснить данные о плотности и температуре атмосферы планеты. За весь период наблюдений им было сделано и направлено на Землю примерно 16 тысяч снимков. Но во время выполнения миссии система, отвечающая за поворот камеры, вдруг заклинилась на несколько дней. По этой причине некоторые важные снимки учёными не были получены. Потом аппарат развернулся и полетел в сторону Урана. Благодаря этим машинам удалось получить огромное количество информации о магнитном поле планеты, структуре её колец, о штормах в атмосфере Сатурна. Также астрофизики открыли щели Килера и Максвелла, обнаружили новые спутники.

В 1997 году к исследованиям газового гиганта приступила станция «Кассини-Гюйгенс», которой удалось достигнуть системы Сатурна и выйти на орбиту планеты. Главной задачей данной миссии являлось тщательное исследование структуры колец и всех открытых спутников Сатурна. Также учёные планировали изучить динамику магнитосферы и атмосферы планеты, как можно лучше исследовать её самый крупный спутник — Титан.

До того как станция оказалась на орбите планеты в 2004 году, она пересекла область обращения Фебы, благополучно сделав её фотографии и отправив их на Землю. Также американская орбитальная машина «Кассини» несколько раз оказывалась вблизи Титана. Благодаря этому были сняты его озёра с береговой линией, острова и горы спутника. Вскоре после этого произошло отсоединение европейского зонда «Гюйгенс» от американского аппарата с целью приближения к поверхности планеты. Спуск при помощи парашюта длился около 2,5 часа. Зонд взял пробы атмосферы газового гиганта. Их дальнейший анализ показал, что нижние слои облаков составляют жидкие азот и метан, а верхние — лёд, образованный из метана.

В 2005 ученые приступили к наблюдению излучения, исходящего от Сатурна. В январе 2006 года на газовом гиганте был зафиксирован сильнейший шторм. Он стал причиной вспышки, в 1000 раз превосходящей по интенсивности нормальное излучение планеты. В это же время НАСА обнародовала новость о возможном нахождении следов воды в составе жидкости, извергаемой гейзерами Энцелада. В 2011 году представители НАСА заявили о том, что Энцелад является наиболее подходящим для поддержания жизни объектом, находящимся в Солнечной системе. Снимки, полученные со станции «Кассини», также помогли сделать другие, не менее значимые, открытия. Во время анализа изображений, сделанных космическим аппаратом, удалось выявить новые кольца планеты — R/2004 S1 и R/2004 S2. Ученые пришли к мнению, что они были образованы вследствие столкновения кометы или метеорита с Эпиметеем или Янусом. В 2006 «Кассини» произвёл съёмку, благодаря которой ученые обнаружили на поверхности Титана углеводородное озеро, расположенное вблизи его северного полюса. Факт находки окончательно подтвердила съёмка 2007 года.

В 2008 году «Кассини» направил на Землю фотографии с изображением северного полушария Сатурна. Оказалось, что с 2004 года, когда аппарат был вблизи планеты, на ней произошло много изменений. Ведь за четыре года отсутствия «Кассини» она приобрела совершенно другие оттенки, и объяснения этому феномену учеными пока не найдено. Они лишь предположили, что это может быть связано со сменой времени года.

За период миссии «Кассини», которая длилась с 2004 по 2009 год, удалось открыть еще 8 новых спутников гиганта. Выполнение главных задач, поставленных перед миссией, аппарат завершил в 2008 году. Но пребывание «Кассини» в зоне Сатурна продлилось вплоть до 2010 года. Учёные говорят, что на сегодняшний день и на период до 2017 года задача зонда — изучение циклов сезонов газовой планеты.
В 2009 году было принято решение о создании нового совместного проекта НАСА и ЕКА, который заключался в запуске ещё одного межпланетного аппарата в область Сатурна, а затем к его двум спутникам — Энцеладу и Титану. Миссия космической станции была рассчитана так, чтобы после 8 лет путешествия она сама стала спутником Титана.

Сатурн и его спутники

РеяСамыми крупными спутниками Сатурна являются: Титан, Энцелад, Тефея, Мимас, Рея, Диона и Япет. Их обнаружили ещё в XVIII веке, но изучение продолжается и сегодня. Диаметры этих объектов находятся в пределах 400-5200 километров. Титан обладает самым большим орбитальным эксцентриситетом, а у Тефии и Дионы он наименьший.

Титан является наиболее крупным спутником Сатурна. Преимущественно в его состав входят скальные породы и водяной лёд (50% на 50%). Примерно такие же пропорции встречаются в составе других газовых планет. Но Титан отличается от них по химическому составу и структуре его атмосферы. Она включает преимущественно азот с небольшой примесью метана и этана, участвующих в образовании облаков. Титан был признан единственным объектом, помимо нашей планеты, на поверхности которого была обнаружена вода. Именно поэтому учёные не исключают присутствия на нём жизни в виде простейших организмов.

Другие спутники Сатурна также имеют свои особенности. Например, у Япета оба полушария имеют разные альбедо. Именно поэтому Джованни Кассини, открывший спутник, обратил внимание, что виден он только тогда, когда находится на определённой стороне Сатурна. Полушария Реи и Дионы также имеют свои особенности. Например, в области одного полушария Дионы находится множество кратеров. А в области её заднего полушария имеется большое количество затемнённых участков, пронизанных светлыми блестящими линиями, которые в действительности представляют собой ледяные хребты и обрывы. Главная особенность спутника Мимас — кратер Гершель, диаметр его достигает 130 км. Кратер гигантских размеров имеется и на Тефии. Его диаметр равен 400 км. Что касается ещё одного крупного спутника Сатурна — Энцелада, то судя по изображениям «Вояджер-2» области его поверхности имеют разный геологический возраст.

Исследования, проводимые на Гавайях с 2006 года с помощью японского телескопа Субару, позволили открыть ещё 9 спутников газового гиганта. Все они оказались нерегулярными спутниками, отличающимися ретроградной орбитой.

На 2010 год учёным было известно о 62 спутниках Сатурна. Вращение всех обнаруженных спутников, за исключением Фебы и Гипериона, характеризуется как синхронное собственное. Лишь одна их сторона всегда обращена к Сатурну. Данных об обращении более мелких спутников на текущий момент не существует.

Сатурн и Земля. Сравнение. Кольца Сатурна

Строение сатурна в разрезеНа сегодняшний день установлено, что все газовые планеты, входящие в Солнечную систему, имеют кольца. Но Сатурн обладает самыми крупными кольцами. Они располагаются под углом почти 28° по отношению к плоскости эклиптики. Именно по этой причине с поверхности Земли они выглядят всегда по-разному. Гюйс выдвинул предположение, согласно которому данные кольца не являются плотными телами, а сформированы из мельчайших фрагментов, находящихся в области околопланетной орбиты. Догадка полностью подтверждена спектрометрическими наблюдениями А.А. Белопольского.

Сатурн имеет три основные кольца и одно — второстепенное, более тонкое. Они отражают большее количество света, чем диск самой планеты. Три основных кольца учёные условились обозначать заглавными латинскими буквами. Кольцо «В» представляет собой центральное, самое яркое и крупное, отделённое от кольца «А» щелью Кассини, в которой также находятся тонкие кольца. Во внутренней части «А» тоже имеется тонкая щель — разделительная полоса Энке. Кольцо «С» характеризуется как почти прозрачное.

Кольца гиганта сами по себе очень тонкие. Они имеют диаметр приблизительно 250 тысяч километров. При этом толщина каждого из них не достигает и 1 километра. Видимыми их делает количество составляющего вещества. Если его сконцентрировать, то диаметр полученного монолита не превысит 100 километров. Изображения, полученные в результате исследования Сатурна, подтверждают, что эти кольца в действительности образованы из более тонких колец, разделённых щелями. На 93% их состав — лёд с примесями. Частицы, из которых образуются кольца, имеют на удивление малый размер — от 1 см до 10 м.

В движении частиц колец и спутников Сатурна также существует определённая согласованность. Часть из них относится к так называемым «спутникам-пастухам», которые удерживают кольца вокруг планеты. Мимас находится в резонансе со щелью Кассини в соотношении 2 к 1. Сила притяжения воздействует на «материал» Мимаса, он начинает удаляться. В 2010 году, когда были получены данные с аппарата «Кассини», учёные узнали, что кольца Сатурна подвержены определённым колебаниям. По общепринятому мнению, они возникают по причине «контакта» частиц, движущихся в кольцах. Реальное происхождение колец Сатурна до конца не раскрыто. По одной из гипотез, которую выдвинул Э. Рош в середине XIX века, они были образованы из-за распада жидкого спутника под влиянием приливных сил. Другая популярная версия склоняется к тому, что спутник разрушился вследствие удара кометы или какого-либо другого небесного тела.
Согласно одной гипотезе, учёные допускают наличие колец также и у одного из спутников Сатурна — Реи.

Слух 1921 года

В 1921 году повсюду распространился страшный слух. Планета Сатурн лишилась своих колец, их частицы разлетелись по Галактике и скоро упадут на Землю. Умы людей были взбудоражены ожидаемым событием. Газеты публиковали подробные расчеты, когда упадут части кольца. Причиной появления слухов стало то, что кольца повернулись ребром к Земле и её наблюдателям. А поскольку кольца очень тонкие, то с помощью приборов того времени их невозможно было разглядеть. Люди восприняли «исчезновение» колец в прямом смысле, это и породило слух.

Название Сатурна связано с мифологией

Планета получила название в честь древнеримского бога земледелия. В более позднюю эпоху его начали отождествлять с титаном Кроносом. Ввиду того что, по легенде, персонаж поедал собственных отпрысков, древние греки не почитали Сатурна. Римляне же поклонялись этому божеству. Считалось, что именно Сатурн обучил людей выращиванию растений и построению жилищ, возделыванию земли. Время его мифического царствования — «золотой век человечества». В его честь люди устраивали праздники — Сатурналии, во время которых все невольные на определённое время получали свободу.

Статья по украински

Источник: astro-azbuka.ru

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/см3 , 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.saturn_kol

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

Stroenie-Saturna

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.

Атмосфераsaturn_storm

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.

Кольцаkol

saturn-6

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.

Интересные факты

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.

Источник: cosmoseye.ru

Происхождение Сатурна

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

Строение сатурна в разрезе

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

Сатурн среди прочих планет

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

Строение сатурна в разрезе

Вращение и орбитальные характеристики Сатурна

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

Строение сатурна в разрезе

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

Атмосфера и строение Сатурна

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

Строение сатурна в разрезе

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

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

Строение сатурна в разрезе

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

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

Строение сатурна в разрезе

Внутреннее строение

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

Строение сатурна в разрезе

Спутники Сатурна

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

Строение сатурна в разрезе

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

Строение сатурна в разрезе

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

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

Источник: kvant.space

Кольца Сатурна

Диаметр колец оценивается в 250 000 километров, а их толщина не превышает 1 километра.

Ученые условно делят кольцевую систему Сатурна на три основных кольца и четвертое – более тонкое, при этом на самом деле кольца образованы из тысяч колец, чередующихся со щелями.

Система колец состоит главным образом из частичек льда (около 93%), меньшего количества тяжелых элементов и пыли.

Частички, из которых состоят кольца Сатурна, имеют размер от 1 сантиметра до 10 метров.

Кольца расположены под углом около 28 градусов к плоскости эклиптики, поэтому в зависимости от взаимного расположения планет с Земли они выглядят по-разному: и в виде колец, и с ребра.

Исследование Сатурна

Впервые наблюдая Сатурн в телескоп в 1609 – 1610 годах, Галилео Галилей заметил, что планета выглядит как три тела, почти касающиеся друг друга, и предположил, что это два крупных «компаньона» Сатурна, однако 2 года спустя не нашел тому подтверждение.

В 1659 году Христиан Гюйгенс с помощью более мощного телескопа выяснил, что «компаньоны» – это на самом деле тонкое плоское кольцо, опоясывающее планету и не касающееся ее.

В 1979 году автоматическая межпланетная станция «Pioneer 11» впервые в истории пролетела вблизи Сатурна, получив изображения планеты и некоторых ее спутников и открыв кольцо F.

В 1980 – 1981 годах систему Сатурна также посетили «Voyager-1» и «Voyager-2». Во время сближения с планетой был сделан ряд фотографий в высоком разрешении и получены данные о температуре и плотности атмосферы Сатурна, а также физических характеристиках его спутников, в том числе Титана.

С 1990-х Сатурн, его спутники и кольца неоднократно исследовались космическим телескопом «Hubble».

В 1997 году к Сатурну была запущена миссия «Cassini-Huygens», которая после 7 лет полета 1 июля 2004 года достигла системы Сатурна и вышла на орбиту вокруг планеты. Зонд «Huygens» отделился от аппарата и на парашюте 14 января 2005 года спустился на поверхность Титана, отобрав пробы атмосферы. За 13 лет научной деятельности космический аппарат «Cassini» перевернул представление ученых о системе газового гиганта. Миссия «Cassini» завершена 15 сентября 2017 года путем погружения космического аппарата в атмосферу Сатурна.

Интересные факты о Сатурне

Средняя плотность Сатурна составляет всего 0,687 грамма на кубический сантиметр, что делает его единственной планетой Солнечной системы, чья средняя плотность ниже плотности воды.

За счет горячего ядра, температура которого достигает 11 700 градусов Цельсия, Сатурн излучает в космос в 2,5 раза больше энергии, чем получает от Солнца.

Облака на северном полюсе Сатурна образуют гигантский шестиугольник, и каждая его сторона составляет приблизительно 13 800 километров.

Некоторые спутники Сатурна, например Пан и Мимас, являются «пастухами колец»: их гравитация играет роль в удержании колец на их местах за счет резонанса с определенными участками кольцевой системы.

Считается, что Сатурн поглотит свои кольца через 100 миллионов лет.

В 1921 году пронесся слух, что кольца Сатурна исчезли. Это было связано с тем, что в момент наблюдений кольцевая система была обращена к Земле ребром и не могла быть рассмотрена с оборудованием того времени.

Источник: in-space.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.