Сатурн удаленность от солнца


      Сатурн — шестая по удаленности от Солнца и вторая после Юпитера по размеру планета Солнечной системы. Известен больше всего опоясывающими его яркими кольцами. Легко различим невооруженным глазом; планета известна с доисторических времен.

      Сатурн — самая дальняя планета, которую можно увидеть невооруженным глазом — Галилей в 1610 году впервые наблюдал ее с помощью подзорной трубы и обнаружил по обеим сторонам диска 2 меньших по размеру «тела». И только в 1656 году Христиан Гюйгенс объяснил истинную природу этих тел, выдвинув гипотезу о существовании вокруг планеты кольца.

      В 1675 году Кассини удалось разглядеть внутри кольца разделительную полосу, получившую в честь итальянского астронома название; щель Кассини. Все тот же Кассини открыл, кроме того, пересекающие планету параллельные полосы, похожие на полосы Юпитера, только менее явные.


      В конце XVIII века Уильям Гершель впервые вычислил период вращения Сатурна на основе изучения ряда характеристик этих полос — 10 ч 16 мин, что почти совпадает с истинным периодом — 10 ч 13 мин.

      Вблизи Сатурна побывало три зонда. Первым был «Пионер-1», который после исследования Юпитера пролетел недалеко от Сатурна в сентябре 1979 года. Фотографии, сделанные зондом, позволили познакомиться с невидимыми с Земли кольцами и маленьким спутником.

      Вторым прибывшим к планете зондом был «Вояджер-1», приблизившийся к ней в ноябре 1980 года на расстояние 64 000 км. Он передал данные об основных спутниках. «Вояджер-2» подлетел к Сатурну в августе 1981 года и должен был проследовать к Урану и Нептуну, имея совершенно иную орбиту, чем у его зонда-собрата.

      Орбитальная и физическая характеристика. Сатурн — вторая от Солнца из четырех газообразных планет Солнечной системы. У него такая же структура, как и у Юпитера, и даже одинаковый элементный состав: водород и гелий.

      По модели внутренней структуры у Сатурна имеется каменистое ядро, вокруг которого находится слой металлического водорода, а выше — слой молекулярных водорода и гелия, смыкающийся с нижними слоями атмосферы. Одна из особенностей планеты — очень низкая, наименьшая из всех планет Солнечной системы плотность — она ниже плотности воды. Одним из подтверждений этого факта является форма планеты, кажущейся приплюснутой на полюсах и очень сильно раздутой на экваторе. Полярный диаметр почти на 10% меньше экваториального.


      Сатурну требуется 29,5 лет для полного оборота вокруг Солнца. Он находится на среднем расстоянии от нашей звезды в 9,5 АЕ, то есть в 9,5 раз дальше от Солнца, чем Земля. На такое расстояние доходит очень малое количество солнечного света — в 90 раз меньше, чем количество света, доходящего до нашей планеты.

      Несмотря на то, что структура и состав Сатурна очень близки к юпитерианским, есть и определенные различия. На Сатурне нет таких ярких красок, как на Юпитере. На поверхности нет таких резких переходов, и полосы менее четки, вероятно, потому, что облака имеют менее плотную структуру и находятся в атмосфере на более низких уровнях. Наличие в поверхностных слоях углеводородов как раз и приводит к размыванию цветов полос.

      Основные цвета — белый у аммиачных облаков и охристый у поверхности планеты, где атмосфера состоит из сероводорода и аммиака.

      Когда речь идет о газообразных планетах, всегда трудно установить, где кончается поверхность и где начинается атмосфера. Из этих соображений введено понятие нулевой высоты, уровня, на котором происходит резкая смена температуры, И хотя с высотой температура обычно понижается, существует уровень, на котором поглощение излучения Солнца атмосферным газом приводит к вторичному росту температуры. Для Сатурна за нулевую высоту принят уровень, на котором происходит кипение метана, составляющего поверхность планеты.


      Атмосфера Сатурна на 96% состоит из водорода, из гелия — на 3% и на 0,4% — из метана. Но на высоте 100 км над нулевым уровнем температура значительно снижается, а давление увеличивается (около 1 атмосферы), в этих условиях аммиак, находящийся в атмосфере в виде беловатых облаков, конденсируется.

      В результате проведенных исследований стало очевидно, что Сатурн выделяет больше квантовой энергии, нежели получает от Солнца, в соотношении 2:1. Объяснением этому явлению следует, видимо, считать сжатие гелия в центральных областях. Вырабатываемое при этом тепло в состоянии инициировать конвекцию, то есть внутри атмосферы возникают горячие восходящие и холодные нисходящие потоки.

      В то время как на Земле «двигателем» атмосферной циркуляции является солнечное излучение (которое определяет разницу температур на полюсах и экваторе), на Сатурне этот «двигатель» — внутренний источник тепла, именно он задействует механизмы образования ветров. Кроме того, быстрое вращение требует и быстрого обращения атмосферы планеты.


      Скорость ветра в атмосфере может достигать 1800 км/ч, такой скорости ветры не достигают даже на Юпитере. Эти ветры наблюдаются в обоих полушариях равномерно и симметрично, что связано с наибольшим влиянием наклона оси планеты в силу ее удаленности от Солнца. Поэтому на Сатурне отсутствует смена времен года.

      На Сатурне стабильные циклонические образования (существуют годами). Тем не менее, они не такие обширные и заметные, как Большое Красное Пятно на Юпитере. Наличие таких огромных циклонических образований на всех газообразных планетах наводит на мысль, что механизмы их образования одинаковы.

      Сегодня известно, что у всех четырех газообразных гигантов есть кольца, но у Сатурна они самые красивые и заметные. Кольца расположены под углом приблизительно 28″ к плоскости, на которой находится околосолнечная орбита Сатурна. И поэтому с Земли они видны по-разному, в зависимости от взаимного расположения планет; их можно увидеть и в виде колец, и «с ребра».

      Как предполагал еще Гюйгенс, кольца состоят не из твердого вещества, а из мириадов мельчайших частиц, находящихся на околопланетной орбите, Существует три основных кольца, четвертое — более тонкое. Все вместе они отражают больше света, чем весь диск самого Сатурна.

      Три основных кольца принято обознаь первыми буквами латинского алфавита. Кольцо В — центральное, самое широкое и яркое, оно отделяется от большего внешнего кольца А щелью Кассини шириной почти 4000 км, в которой находятся тончайшие, почти прозрачные кольца. Внутри кольца А есть тонкая щель, которая называется разделительной полосой Энке. Кольцо С, находящееся еще ближе к планете, чем В, почти прозрачно.


      Кольца эти поистине предельно тонкие. При диаметре около 250 000 км их толщина не достигает и километра- Несмотря на свой внушительный вид, количество вещества, составляющего кольца, крайне незначительно. Если бы его собрать в один монолит, его диаметр не превысил бы 100 км.

      На изображениях, полученных зондами, видно, что на самом деле кольца образованы из тысяч колец, чередующихся со щелями; картина напоминает дорожки грампластинок. Частички, из которых состоят кольца, в большинстве своем имеют размер в несколько сантиметров. Но изредка попадаются тела в несколько метров. Совсем редко — до 1-2 км. Похоже, что частицы почти полностью состоят изо льда или каменистого вещества, покрытого льдом.

      Существует полная согласованность между кольцами и спутниками планеты. И действительно, некоторые из них, так называемые пастушьи спутники, играют важную роль в удержании колец на их местах. Мимас, например, «отвечает» за отсутствие вещества в щели Коссини, а Пан находится внутри разделительной полосы Энке.


      Происхождение колец Сатурна еще не совсем ясно — возможно, они сформировались одновременно с планетой. Тем не менее, это нестабильная система, а материал, из которого они состоят, периодически замещается, вероятно, из-за разрушения некоторых мелких спутников.

      Внутренний состав планеты с областями, в которых имеются электрические токи, например, состоящими из металлического водорода, способствует тому, что в результате динамоэффекта образуется магнитное поле, оказавшееся слабее, чем ожидалось на основе теоретических расчетов. Вероятно, это связано с тем, что оси вращения и магнитная отклоняются друг от друга приблизительно на 1°, тогда как у Юпитера эта разница составляет 10°.

      Суммарное гравитационное поле ряда спутников и приводит к наличию на стабильной орбите образующей кольца материи. Щель Кассини, как уже говорилось, существует за счет присутствия Мимаса. Большая часть спутников состоит из горных пород и льда, что подтверждает их главная особенность: высокая способность к отражению солнечного света. Самый большой и интересный спутник — Титан диаметром более 5000 км, он является вторым в Солнечной системе по величине спутником после спутника Юпитера Ганимеда Титан — единственный спутник, обладающий очень плотной, в 1,5 раза плотнее земной, атмосферой, состоящей на 90% из азота, с умеренным содержанием метана, окрашивающего облака и небо спутника.


      Характеристики Сатурна

      Средняя удаленность от Солнца — 1427 млн.км (минимальная — 1347; максимальная — 1507)
Экваториальный диаметр — 120 000км (на полюсах — 108 000 км)
Средняя скорость орбитального движения вокруг Солнца — 9,6 км/с
Период вращения экваториальной области — 10 ч 13 мин 23 с
Период обращения — 29,46 лет
Известные спутники — 60 (на 31.08.2007) (Энцелад, Рея, Титан, Гиперион, Япет, Тефея, Диона, Пан, Атлас, Прометей, Пандора, Эпиметей, Янус, Мимас, Телесто, Колипсо, Елена, Феба)
Масса (Земля = 1) — 95,181
Объем (Земля = 1) — 761,446
Средняя плотность — 0,69 г/см3
Средняя температура на поверхности — -180 оС
Отклонение оси — 26о 44′
Отклонение орбиты по отношению к эклиптике — 2,5о
Атмосфера — водород (96%), гелий (3%), метан (0,4%), следы других элементов

Источник: www.planeta-zemla.info

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. Известно, 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. Впервые 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. Водород 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

Сатурн удаленность от солнцаНа 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

Сатурн среди планет Солнечной системы

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

Орбитальные характеристики и вращение

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

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

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

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

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

Происхождение

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

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

Атмосфера и строение

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

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

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

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

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

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

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

Шестиугольное образование на северном полюсе

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

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

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

Внутреннее строение

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

Магнитное поле

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

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

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

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

Исследования Сатурна

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

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

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

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

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

Исследования с помощью космических аппаратов

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Спутники

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

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

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

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

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

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

Кольца

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

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

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

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

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

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

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

Источник: aboutspacejornal.net


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

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