Внутреннее строение сатурна


saturn

Сатурн – шестая от Солнца планета Солнечной системы, одна из планет-гигантов. Характерная особенность Сатурна, его украшение, – система колец, состоящих в основном изо льда и пыли. Обладает множеством спутников. Сатурн был назван древними римлянами в честь особо почитаемого ими бога земледелия.

Краткая характеристика

Сатурн – вторая планета в Солнечной системе по величине после Юпитера, его масса составляет примерно 95 масс Земли. Сатурн вращается вокруг Солнца на среднем расстоянии около 1430 миллионов километров. Расстояние до Земли составляет 1280 млн. км. Период его обращения – 29,5 лет, а сутки на планете длятся десять с половиной часов. Состав Сатурна практически не отличается от солнечного: основные элементы – водород и гелий, а также многочисленные примеси аммиака, метана, этана, ацетилена и воды. По внутреннему же составу он больше напоминает Юпитер: ядро из железа, воды и никеля, покрытое тонкой оболочкой из металлического водорода.


мосфера 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.


и 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

История открытия и исследования

Наблюдали за этим небесным телом еще астрономы Вавилона и Ассирии. За медленное передвижение по небосводу наблюдатели назвали его «старейшим из старейших».  Свое современное название планета получила от древних римлян. В их мифологии это титан и покровитель земледельцев и садоводов.

Первым, кто увидел Сатурн в телескоп, стал Галилео Галилей. Он обратил внимание, что он не выглядит единым телом и предположил, что рядом с ним есть два крупных спутника. Ошибочность утверждений Галилея доказал в конце XVII века Гюйгенс. Проведя множество наблюдений, он открыл, что Сатурн опоясан тонкими кольцами. Ему также принадлежит открытие самого крупного сатурнианского спутника – Титана. В последующем с 1659 по 1899 были открыты другие значимые спутники: Япет, Тифия, Диона, Рея, Мимас, Энцелад, Гиперион и Фебу.

Первые снимки объекта были получены орбитальным телескопом Хаббл. Благодаря его наблюдениям были детально изучены кольцевая система и спутники планеты, а также динамика изменений в ее атмосфере.


Первой межпланетной станцией, пролетевшей рядом с гигантом, стал американский Пионер-11. Однако передаваемые им на Землю фотографии были слишком тусклые и темные, что не позволило изучить поверхность планеты. Аппараты серии Вояджер, запущенные в 1980-1981 гг., детально изучили сатурнианскую атмосферу и магнитосферу, а также его крупнейшие спутники.

Первым орбитальным спутником газового гиганта стал космический аппарат «Кассини». Он посылал на Землю качественные снимки самой планеты, а также ее спутников – Титана и Фебы. В дальнейшем «Кассини» спустился на поверхность Титана для изучения плотности и состава его атмосферы. Находясь на спутнике, зонд регулярно передает на Землю новую уникальную информацию о пространстве вблизи одного из крупнейших объектов Солнечной системы. В 2020 году планируется запуск нового космического зонда для изучения Титана и Энцелада.

Общие сведения о планете

Сатурн является шестой по счету планетой от Солнца и удален от него в среднем на расстоянии 1,43 млрд. км. Как и все газовые гиганты, он не имеет твердой поверхности, и плотная атмосфера сразу переходит в водородную мантию.

Благодаря своим большим размерам его можно разглядеть на небе даже невооруженным глазом. Наблюдать гиганта в течение всей ночи можно в периоды противостояния, когда он сближается с Землей на максимально близкое расстояние (около 1,2 млрд. км). В следующий раз данное явление произойдет 9 июля 2019 года.

Цвет Сатурна — бледно-желтый. Такой окрас он получил из-за аммиачных облаков в нижних слоях атмосферы. Чтобы увидеть кольца газового гиганта, необходимо вооружиться телескопом с диаметром не менее 15 мм.

Орбита и радиус

Орбита Сатурна не обладает высокой эксцентричностью – разность расстояния в афелии и перигелии составляет 161,9 млн. км. Среднее значение орбитального расстояния равняется 1,43 млрд. км. 

Свой орбитальный путь он проходит за 29,47 лет, двигаясь со средней скоростью 9,7 км/с. Год на Сатурне является самым продолжительным среди планет Солнечной системы. При этом сатурнианские сутки одни из самых коротких. Один оборот осевого вращения тело совершает за 10 часов 34 минуту. Следовательно, за земные сутки планета повернется вокруг своей оси 2,25 раза.

Здесь существует сезонность климата. Это связано с тем, что угол наклона оси к орбите составляет 26,7°.  Это значение близко к земному. Но в отличие от Земли сезоны на планете более смазаны из-за большей удаленности планеты от центральной звезды.

Физические характеристики

  • Масса Сатурна – 5,7*1026 кг (превышает земную в 95 раз).
  • Диаметр Сатурна – 116,5 тыс. км.
  • Ускорение свободного падения на экваторе -10,4 м/с2. Это означает, что гравитация здесь сродни земной ( 9,8 м/с2)
  • Средняя плотность – 0,69 г/куб. см.

Строение Сатурна схоже со строением других газовых гигантов Солнечной системы. Плотная газовая атмосфера без четкой границы переходит в мантию из металлического водорода. В центре – массивное ядро, состоящее из солей кремния, металлов и льда. Его температура в два раза превышает температуру Солнца и составляет около 12000°С, а масса больше земной в 20 раз.

Атмосфера и климат

Атмосфера Сатурна схожа с юпитерианской. Верхний ее слой состоит из водорода(96,5%) и гелия(3%). Также в нем встречаются примеси инертных газов, метана, этана и аммиака в виде плотных бледно-желтых облаков.  Ближе к мантии состав облаков меняется – их основными компонентами являются сернистый аммоний и водяные пары.

Для Сатурна характерно стремительное передвижение атмосферных масс. Благодаря этому явлению его называют планетой бурь.  Это связано с большим количеством тепловой энергии, излучаемой ядром. Скорость ветров может достигать 1799 км/ч, при этом дуют они по направлению осевого вращения, т.е. в восточном направлении. Наиболее мощные ураганы наблюдаются у сатурнианского экватора.

Самым интересным атмосферным явлением на Сатурне является Большое белое пятно. Это ураган гигантских размеров, достигающий по площади нескольких тысяч километров. Возникает он с периодичностью в 30 лет и последний раз наблюдался в  сатурнианской атмосфере в 2010 году.

В 80-х годах 20 века космический зонд Вояджер зарегистрировал еще одно уникальное атмосферное явление. На северном полюсе облака формируют необычное образование – гигантский шестиугольник практически правильной формы. Его размеры превышают размеры Земли. Вращается шестиугольник так же быстро, как и сама планета вокруг своей оси. Как возникло данное явление, ученые на данный момент не могут точно установить.

Помимо ураганов, погоду портят молнии. Они в сотни раз мощнее земных и могут достигать размеров в несколько тысяч километров. Электрические бури не стабильны: они могут почти полностью исчезать, а потом внезапно наращивать мощность.

Рельеф

У планеты нет твердой поверхности. Сатурнианская атмосфера плавно переходит в океан кипящего металлического водорода, возникшего под давлением в несколько миллионов атмосфер и при температуре в тысячи Кельвинов. Протяженность водородной мантии значительно меньше, чем на Юпитере, и составляет 14,5 тыс. км.

Кольцевая система

Кольца Сатурна делают его самой узнаваемым среди всех объектов в нашей системе. Средневековые астрономы принимали их за тела-спутники, но в дальнейшем удалось установить, что концентрические образования изо льда и пыли. Откуда же кольца у Сатурна?

Существует несколько основных гипотез происхождения знаменитых сатурнианских колец:

  • Столкновение планеты с большим космическим объектом. В результате обломки тела разлетелись по орбите, со временем образовав тонкие равномерные кольца.
  • Неудачное строительство собственного планетоподобное тела. Гравитация Сатурна не позволила образоваться новому космическому объекту вблизи него и его строительный материал до сих пор летает по орбите.
  • Поглощение спутников. Вблизи молодого газового исполина около 4 млрд. лет назад вращалось несколько больших спутников, называемых первичными. Гравитационные силы постепенно притянули их один за другим. При этом металлическая часть лун поглощалась Сатурном, а частицы льда и пыли так и оставались на его орбите.

Параметры колец

Всего насчитывается 7 основных колец Сатурна, названных буквами латинского алфавита(A,B,C,D,E,F,G). Каждое такое большое кольцо состоит из тысяч тонких, расположенных на минимальном отдалении друг от друга. Основные же элементы кольцевой системы разделены щелями и делениями шириной от 3 до 4700 км.

Самым близким к хозяину является кольцо D. Он отдаленно от планеты на расстоянии 70 тыс. км.  Самыми яркими в системе являются образования А, В, С. Увидеть эти кольца Сатурна на ночном небе можно в телескоп диаметром не менее 15 мм.

Из чего же состоят кольца Сатурна? Основным их компонентом является водяной лед и всего 1% приходится на пыль из смеси силикатов. Общая масса материала составляет 3*1019 кг.

Звуки колец

Сатурн поглощает свои кольца благодаря гравитационному взаимодействию. При их контакте с ионосферой и другими объектами орбиты возникает удивительная «мелодия». Ее сумел записать и передать на Землю зонд Кассини.

Кольца Сатурна «звучат» многогранно. Можно отчетливо расслышать тихое шипение и шуршание пылевых и ледяных частиц, сменяющиеся скрипами и коротким свистом. Этот звук имеет достаточно приятные вибрации.

Исчезновение колец

В начале 20 века умы людей взбудоражила новость об исчезновении сатурнианских колец. Прошел слух, что они начали разрушаться и гигантские обломки стремительно летят к Земле. Но новость оказалась вымыслом, связанным с ошибочной интерпретацией данных. На самом деле, кольца Сатурна были повернуты ребром к Земле, что не позволило их разглядеть в слабые телескопы того времени.

В наше время Сатурн «терял» свои кольца уже дважды. Наблюдалось это в 1995 и 2009 годах.

Спутники

Спутники Сатурна являются главными помощниками исследователей в изучении этой планеты. Мощная магнитосфера и радиационное излучение не позволяют космическим зондам максимально близко подобраться к их планетарному хозяину, поэтому главной посадочной посадкой для межпланетных станций стала крупнейший спутник планеты – Титан.

По размерам эта сатурнианская луна превышает Луну земную в 1,5 раза. Его масса практически равна массе всех остальных спутников планеты. Атмосфера Титана преимущественно азотная с небольшими примесями простых углеводородных соединений. Поверхность же почти полностью состоит изо льда.

Из остальных крупных спутников больше всего интересует исследователей Энцелад.  Его диаметр составляет 500 км, а масса составляет 1,1*1020 кг. Этот сатурнианский спутник на данный момент считается потенциально пригодным для жизни внеземным объектом.

Такую характеристику Энцелад получил благодаря подповерхностному океану жидкой воды, занявшему более 10% его площади. Он спрятан под ледяным панцирем и в нем постоянно происходят активные гидротермальные процессы. Это может послужить источником энергии для образования первых живых организмов.

Планета Сатурн интересные факты

  • Это самая плоская планета Солнечной системы. Его экваториальный диаметр больше полярного в 1,12 раза. Всему виной высокая скорость осевого вращения и низкая плотность оболочек.
  • Суммарная масса Сатурна и Юпитера составляет 92% от массы всей планетарной части Солнечной системы.
  • Нельзя высчитать точную цифру температуры Сатурна. Ее максимальное значение -11,7 тыс К — наблюдается в ядре. Холоднее всего в верхних слоях сатурнианской атмосферы. Там температура падает до -150°С.
  • Теоритически, Сатурн не сможет утонуть. Все потому, что его плотность на 40% меньше плотности воды.
  • Следующее исчезновение колец для земных наблюдателей произойдет в период с 2024 по 2025 год.
  • Ширина кольцевой системы в десятки тысяч раз превышает ее толщину, которая составляет от нескольких метров до километра.
  • Его возраст, как и остальных планет нашей звездной системы, составляет 4,6 млрд. лет.  До сих пор остается загадкой, когда же возникли знаменитые кольца.
  • Диаметр исполина так велик, что в нем спокойно смогли бы разместиться более 700 землеподобных планет.
  • В древнеримской мифологии Сатурн являлся титаном и отцом Юпитера.
  • 8 лет назад при наблюдениях с Земли газовый гигант имел другой цвет. Сейчас он приобрел голубоватый оттенок, что связано с наступлением зимы в одном из его полушарий.
  • В 2008 году АМС «Кассини» запечатлел шестую планету в инфракрасном диапазоне. Это позволило увидеть в ее атмосфере необычные северные сияния голубого цвета. При этом сатурнианские кольца приобрели ярко-красный оттенок.

Источник: spaceworlds.ru

Атмосфера

Состав атмосферы Сатурна выглядит следующим образом: водород — 96,3%, гелий — 3,25%. Также, в ней присутствуют метан, аммиак, фосфин, этан.

При видимом свете атмосфера выглядит более спокойной, чем у братской планеты — Юпитера. Ученые наблюдают скопления полос облаков, которые слабо видны и имеют бледно-оранжевый цвет. Оттенок обусловлен фактом, что в атмосфере сосредоточено большое количество серных соединений.

Также, в верхних слоях наблюдаются азот и кислород, которые под влиянием работы Солнечного света образуются в молекулы, напоминающие «смог». Согласно последним данным исследовательского аппарата, планета выглядит бурно и впечатляющей.

Атмосфера Сатурна (фото из открытых источников)

Один из факторов, который выделяет Сатурн на фоне других планет — формирование очень быстрых ветров. Космический корабль Вояджер замерил скорость ветра. Показатель превысил 1800 км/час, что несопоставимо с характеристиками ветров на планете Земля и множеством других объектов Солнечной системы. Белые бури образуются в рамках полос, которые вращаются вокруг Сатурна.

Интересный факт, что полосы проживают не более нескольких месяцев, после чего поглощаются атмосферой.

Температура

Облака атмосферы состоят из аммиака. Располагаются они в зоне, которая на 100 км ниже верхней части тропосферы, а температура там достигает -250 градусов. Если опуститься ниже, в состав облаков будет входить гидросульфид аммония. Температура в этой части часто колеблется и достигает -70 градусов.

Глубокие облака располагаются на 130 км ниже тропопаузы и состоят из воды. Температура не менее 0 градусов.

Закономерность образования облаков такова: чем ниже от тропопаузы, тем больше температура, и тем больше жидкость превосходит газообразный водород.

Облака Сатурна. Фото сделано космическим аппаратом "Кассини" (фото из открытых источников)

Шестиугольник

Уникальное явление, которое было замечено исследователями в атмосфере Сатурна — так называемый шестиугольник. Явление представляет собой шестиугольные облака, внутри которых вращающийся ураган.

В диаметре шестиугольник достигает 25 000 км, а это больше, чем диаметр Земли, в 4 раза.

Скорость вращения шестиугольника равна скорости вращение планеты. Внутри размещен уникальный ураган с огромной воронкой. Один оборот вокруг оси осуществляется за 639 минут.

Шестиугольник Сатурна (фото из открытых источников)

Поверхность

Как и другие планеты-гиганты Солнечной системы, Сатурн — это газовый шар, который состоит из гелия и водорода. Согласно логике, нельзя утверждать, что на планете есть поверхность.

Все, что можно увидеть, упав, к примеру, на планету — это нескончаемые газы, давление которых и температура постоянно меняются.

Проще говоря, то, что попадает на планету, раздавливается, углубляясь в бесчисленные газообразные вещества.

Находясь на Земле, жителям кажется, что и другие планеты обладают твердой поверхностью. Даже, если наблюдать за планетой на расстоянии, может показаться, что это такая же планета, как и наша. Однако все, что может напоминать планета, в действительности — это шар, наполненный газом, в котором температура и давление постоянно колеблется.

Следует отметить, что на поверхности действует 91% гравитации. Это значит, что 100 кг земного веса на Сатурне будут равняться 91 кг.

Поверхность Сатурна (фото из открытых источников)

Источник: zen.yandex.ru

Интересные факты о планете Сатурн

Можно найти без инструментов

  • Сатурн стоит на 5-м месте по яркости в Солнечной системе, поэтому можно рассмотреть в бинокль или телескоп.

Его видели древние люди

  • За ним наблюдали еще вавилоняне и жители дальнего востока. Наименован в честь римского титана (аналог греческого Кроноса).

Самая плоская планета

  • Полярный диаметр охватывает 90% от экваториального, что базируется на низком показателе плотности и стремительном вращении. Планета выполняет осевой оборот раз в 10 часов и 34 минуты.

Год длится 29.4 лет

  • Древние ассирийцы из-за медлительности прозвали планету «Лубадшагуш» – «старейший из старейших».

В верхней атмосфере есть полосы

  • Состав верхних слоев атмосферы представлен аммиачным льдом. Под ними находятся водяные облака, а дальше идут холодные смеси водорода и серы.

Присутствуют овальные бури

  • Участок над северным полюсом принял гексагональную форму (шестиугольник). Исследователи считают, что это может быть волновая картинка в верхних облаках. Также есть вихрь над южным полюсом, напоминающий ураган.

Планета представлена в основном водородом

  • Планета разделена на слои, которые плотнее проникают в Сатурн. На большой глубине водород становится металлическим. В основе – раскаленный интерьер.

Наделена прекраснейшей кольцевой системой

  • Кольца Сатурна выполнены из ледяных осколков и небольшой примеси углеродистой пыли. Простираются на 120700 км, но невероятно тонкие – 20 м.

Лунное семейство включает 62 спутников

  • Спутники Сатурна — ледяные миры. Крупнейшими выступают Титан и Рея. Энцелад может располагать подповерхностным океаном.

Титан наделен сложной азотной атмосферой

  • Состоит изо льда и камня. Замороженный поверхностный слой наделен озерами из жидкого метана и ландшафтами, укрытыми замерзлым азотом. Может располагать жизнью.

Отправили 4 миссии

  • Это аппараты Пионер-11, Вояджер-1 и 2 и Кассини-Гюйгенс.

Размер, масса и орбита планеты Сатурн

Средний радиус Сатурна – 58232 км (экваториальный – 60268 км, а полярный – 54364 км), что в 9.13 раз больше земного. При массе в 5.6846 × 1026 кг и поверхностной площади – 4.27 × 1010 км2 его объем достигает 8.2713 × 1014 км3.

Расстояние от Солнца до планеты Сатурн составляет 1.4 млрд. км. При этом максимальная дистанция достигает 1 513 783 км, а минимальная – 1 353 600 км.

Средняя орбитальная скорость достигает 9.69 км/с, а на проход вокруг звезды Сатурн тратит 10759 дней. Выходит, что один год на Сатурне длится 29.5 земных лет. Но здесь повторяется ситуация с Юпитером, где вращение регионов происходит с различной скоростью. По форме Сатурн напоминает сплющенный сфероид.

Состав и поверхность планеты Сатурн

Вы уже знаете, какая планета Сатурн. Это газовый гигант, представленный водородом и газом. Удивляет средняя плотность в 0.687 г/см3. То есть, если поместить Сатурн в огромный водоем, то планета останется на плаву. У него нет поверхности, но обладает плотным ядром. Дело в том, что нагрев, плотность и давление возрастают при приближенности к ядру. Детально строение объясняется на нижнем фото Сатурна.

Ученые считают, что Сатурн по структуре напоминает Юпитер: скалистое ядро, вокруг которого сосредоточен водород и гелий с небольшой примесью летучих веществ. Ядро по составу может напоминать земное, но с повышенной плотностью из-за присутствия металлического водорода.

Внутри планеты отметка температуры поднимается к 11700°C, а количество излучаемой энергии в 2.5 раз превышает то, что получает от Солнца. В некотором смысле это связано с медленным гравитационным сжатием Кельвина-Гельмгольца. Или же все дело в поднимающихся капельках гелия с глубины в водородный слой. При этом выделяется тепло и отнимается гелий у внешних слоев.

Подсчеты 2004 года говорят, что ядро должно быть больше земной массы в 9-22 раз, а диаметр – 25000 км. Оно окружено плотным слоем металлического водорода в жидком состоянии, за которым идет насыщенный гелием молекулярный водород. Наиболее внешний слой простирается на 1000 км и представлен газом.

Спутники планеты Сатурн

Сатурн способен похвастаться 62 спутниками, среди которых лишь у 53 есть официальные наименования. Среди них у 34-х диаметр не достигает 10 км, а 14 – от 10 и до 50 км. Но некоторые внутренние спутники простираются на 250-5000 км.

Большую часть спутников назвали в честь титанов из мифов Древней Греции. Небольшими орбитальными наклонами наделены самые внутренние луны. А вот нерегулярные спутники в наиболее отделенных участках расположены в миллионах км и могут совершать обход за несколько лет.

В состав внутренних входят Мимас, Энцелад, Тефия и Диона. Они представлены водяным льдом и могут обладать скалистым ядром, ледяной мантией и корой. Наименьшим выступает Мимас с диаметром в 396 км и массой – 0.4 х 1020 кг. По форме напоминает яйцо, отдален от планеты на 185.539 км, из-за чего на орбитальный проход уходит 0.9 дней.

Энцелад с показателями в 504 км и 1.1 х 1020 кг обладает сферической скоростью. На проход вокруг планеты тратит 1.4 дней. Это одна из наименьших сферических лун, но выступает эндогенно и геологически активной. Это вызвало появление параллельных разломов на южных полярных широтах.

Крупные гейзеры заметили в южном полярном участке. Эти струи служат источником для пополнения кольца Е. Они важны, потому что могут намекать на присутствии жизни на Энцеладе, ведь вода поступает из подземного океана. Альбедо составляет 140%, поэтому это один из ярчайших объектов в системе. Ниже можно полюбоваться на фото спутников Сатурна.

С диаметром в 1066 км Тефия стоит на втором месте по величине среди спутников Сатурна. Большая часть поверхности представлена кратерами и холмами, а также небольшим количеством равнин. Отличился кратер Одиссея, простирающийся на 400 км. Есть также и система каньонов, которая углубляется на 3-5 км, тянется на 2000 км, а ширина – 100 км.

Наибольшей внутренней луной выступает Диона – 1112 км и 11 х 1020 кг. Ее поверхность не только древняя, но и сильно повреждена от ударов. Некоторые кратеры достигают в диаметре 250 км. Есть также доказательства геологической активности в прошлом.

Внешние спутники расположены за чертой Е-кольца и представлены водяным льдом и горной породой. Это Рея с диаметром в 1527 км и массой – 23 х 1020 кг. Отдалена от Сатурна на 527.108 км, а на орбитальный проход тратит 4.5 дней. Поверхность также усеяна кратерами и заметно несколько крупных разломов на задней полусфере. Есть два крупных ударных бассейна с диаметром в 400-500 км.

Титан простирается на 5150 км, а его масса – 1.350 х 1020 кг (96% массы орбиты), из-за чего считается крупнейшим спутником Сатурна. Это единственная крупная луна с собственным атмосферным слоем. Он холодный, плотный и вмещает азот и метан. Есть небольшое количество углеводородов и ледяные кристаллы метана.

Поверхность сложно разглядеть из-за плотной атмосферной дымки. Видно лишь несколько кратерных формирований, крио-вулканы и продольные дюны. Это единственное тело в системе с метано-этановыми озерами. Титан удален на 1 221 870 км и полагают, что обладает подземным океаном. На обход вокруг планеты уходит 16 дней.

Возле Титана проживает Гиперион. С диаметром в 270 км он уступает по размеру и массе Мимасу. Это яйцевидный коричневый объект, который из-за кратерной поверхности (2-10 км в диаметре) напоминает губку. Нет предсказуемого вращения.

Япет простирается на 1470 км, а по массе занимает 1.8 х 1020 кг. Это наиболее отдаленная луна, расположенная в 3 560 820 км, из-за чего тратит на проход 79 дней. У него интересная композиция, потому что одна сторона темная, а вторая светлее. Из-за этого их называют инь и ян.

Далее следуют нерегулярные спутники. Они небольшие и характеризуются ретроградными орбитами. Делятся на три группы: инуиты, галльская и норвежская.

Инуиты включают 5 спутников, наименованных в честь инуитской мифологии: Иджирак, Кивиок, Палиак, Сиарнак и Таркек. Их проградные орбиты колеблются от 11.1-17.9 млн. км, а диаметр занимает 7-40 км. Орбитальные наклоны – 45-50°.

Галльская семья – наружные спутники: Альбиорикс, Бефин, Эррипо и Тарвос. Их орбиты – 16-19 млн. км, наклон – от 35° до -40°, диаметр – 6-32 км, а эксцентриситет – 0.53.

Есть скандинавская группа – 29 ретроградных лун. Их диаметр – 6-18 км, дистанция – 12-24 млн. км, наклон – 136-175°, а эксцентриситет – 0.13-0.77. Иногда их именуют семьей Фивы в честь крупнейшего спутника, простирающегося на 240 км. Далее следует Имир – 18 км.

Между внутренними и внешними лунами проживает группа Алькойнидов: Мефон, Анфа и Паллена. Это наименьшие спутники Сатурна. У некоторых крупных лун есть свои небольшие. Так у Тефия – Телесто и Калипсо, а у Диона – Елена и Полидевк.

Атмосфера и температура планеты Сатурн

Внешний слой атмосферы Сатурна на 96.3% состоит из молекулярного водорода, а на 3.25% из гелия. Также есть и более тяжелые элементы, но об их пропорциях мало информации. В небольшом количестве найдены пропан, аммиак, метан, ацетилен, этан и фосфин. Верхний облачный покров представлен аммиачными кристаллами, а нижний – гидросульфидом аммония или водой. УФ-лучи приводят к металиновому фотолизу, что вызывает химические реакции углеводорода.

Атмосфера выглядит полосатой, но линии ослабевают и расширяются к экватору. Присутствует раздел на верхний и нижний слои, отличающиеся по составу на основе давления и глубины. Верхние представлены аммиачным льдом, где давление – 0.5-2 бар, а температура – 100-160 К.

На уровне с давлением в 2.5 бар начинается линия ледяных облаков, которая тянется до 9.5 бар, а нагрев составляет 185-270 К. Здесь смешиваются полосы гидросульфида аммония при давлении в 3-6 бар и температурой – 290-235 К. Нижний слой представлен аммиаком в водном растворе с показателями 10-20 бар и 270-330 К.

Иногда в атмосфере формируются долгопериодические овалы. Наиболее известное – Большое Белое Пятно. Создается каждый сатурнианский год в период летнего солнцестояния на северном полушарии.

Пятна в ширину способны простираться на несколько тысяч км и отмечались в 1876, 1903, 1933, 1960 и 1990 годах. С 2010 года велось наблюдение за «северным электростатическим возмущением», замеченным Кассини. Если эти облака придерживаются периодичности, то в следующий раз отметим появление в 2020-м году.

По скорости ветра планета стоит на втором месте после Нептуна. Вояджер зафиксировал показатель в 500 м/с. На северном полюсе заметна гексагональная волна, а на южном – массивный струйный поток.

Впервые шестиугольник разглядели на снимках Вояджера. Его стороны простираются на 13800 км (больше земного диаметра), а оборот структуры происходит за 10 часов, 39 минут и 24 секунд. За вихрем на южном полюсе наблюдали в телескоп Хаббл. Здесь отмечается ветер с ускорением в 550 км/ч, а буря по размеру напоминает нашу планету.

Кольца планеты Сатурн

Полагают, что это старые кольца и могли сформироваться вместе с планетой. Есть две теории. Одна говорит, что ранее кольца были спутником, который разрушился из-за близкого подхода к планете. Или же кольца никогда не были частью спутника, а выступают остатком небулярного материала, из которого появился сам Сатурн.

Делятся на 7 колец, между которыми установлен разрыв. А и В наиболее плотные и в диаметре охватывают 14600 и 25300 км. Простираются на 92000-117580 км (В) и 122170-136775 км (А) от центра. Отдел Кассини занимает 4700 км.

С отделено от В на 64 км. В ширину занимает 17500 км, а отстранено от планеты на 74658-92000 км. Вместе с А и В вмещает главные кольца с более крупными частичками. Далее идут пыльные кольца, потому что располагают небольшими частичками.

D занимает 7500 км и простирается внутрь на 66900-75510 км. На другом конце находятся G (9000 км и удаленность в 166000-175000 км) и E (300000 км и отдаленностью в 166000-480000 км). F расположено на внешнем краю А и его сложнее классифицировать. В основном это пыль. В ширину охватывает 30-500 км и простирается на 140180 км от центра.

История изучения планеты Сатурн

Сатурн можно отыскать без использования телескопов, поэтому его видели еще древние люди. Упоминания находят в легендах и мифологии. Наиболее ранние записи принадлежат Вавилону, где планета регистрировалась с привязкой к знаку зодиака.

Древние греки именовали этого гиганта Кронос, который был богом сельского хозяйства и выступал младшим из титанов. Птолемею удалось рассчитать орбитальный проход Сатурна, когда планета пребывала в оппозиции. В Риме использовали греческую традицию и дали сегодняшнее название.

В древнем иврите планету именовали Шаббатай, а в Османской империи – Зухал. У индуистов – Шани, который всех судит, оценивая добрые и плохие дела. Китайцы и японцы называли его земной звездой, считая одним из элементов.

Но за планетой наблюдали лишь в 1610 году, когда Галилей разглядел ее в свой телескоп и обнаружились кольца. Но ученый подумал, что это два спутника. Лишь Христиан Гюйгенс исправил ошибку. Он также нашел Титан, а Джованни Кассини – Япет, Рея, Тефия и Диону.

Следующий важный шаг сделал Уильям Гершель в 1789 году, когда отыскал Мимас и Энцелад. А в 1848 году появляется Гиперион.

Феб в 1899 году нашел Уильям Пикеринг, догадавшийся, что спутник обладает нерегулярной орбитой и вращается синхронно с планетой. В 20-м веке стало ясно, что у Титана есть плотная атмосфера, чего раньше не видели. Планета Сатурн — интересный объект для исследования. На нашем сайте можно изучить его фото, ознакомиться с видео о планете и узнать еще много интересных фактов. Ниже расположена карта Сатурна.

Карта поверхности планеты Сатурн

Полезные статьи:


Ссылки


Источник: v-kosmose.com

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.

Внутреннее строение сатурна

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.

Внутреннее строение сатурна

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.

Внутреннее строение сатурна

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.

Внутреннее строение сатурна

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).

Внутреннее строение сатурна

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.

Внутреннее строение сатурна

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.

Внутреннее строение сатурна

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.

Внутреннее строение сатурна

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.

Внутреннее строение сатурна

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


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

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