Планета Сатурн – одна из наиболее известных и интересных планет в Солнечной системе. Про Сатурн с его кольцами знают все, даже те, кто ничего не слышал про существование, например, Урана или Нептуна.

Планета Сатурн – одна из наиболее известных и интересных планет в Солнечной системе. Про Сатурн с его кольцами знают все, даже те, кто ничего не слышал про существование, например, или Нептуна.

Возможно, во многом такая известность ему досталась благодаря астрологии, однако и в чисто научном плане эта планета представляет огромный интерес. Да и астрономы – любители любят наблюдать эту красивую планету, из-за простоты наблюдений и красивого зрелища.

Столь необычная и большая планета, как Сатурн, конечно, обладает некоторыми необычными свойствами. Имея множество спутников и огромные кольца, Сатурн образует миниатюрную Солнечную систему, в которой немало интересного. Вот некоторые интересные факты о Сатурне:

• Сатурн — шестая планета от Солнца, и последняя, известная с древних времен. Следующий за ним был открыт уже с помощью телескопа.
• Сатурн — вторая по размеру планета в Солнечной системе после Юпитера. Это тоже газовый гигант, не имеющий твердой поверхности.
• Средняя плотность Сатурна меньше плотности воды, притом вдвое. В огромном бассейне он бы плавал почти как пенопласт.
• Планета Сатурн имеет наклон к плоскости орбиты, поэтому на ней меняются времена года, каждое длится 7 лет.
• Сатурн имеет на сегодняшний день 62 спутника, но это количество не окончательное. Возможно, будут открыты и другие. Больше спутников только у Юпитера.
• — второй по размеру в Солнечной системе, после Ганимеда, спутника . Он на 50% больше Луны и даже немного больше Меркурия.
• На спутнике Сатурна Энцеладе возможно существование подледного океана. Не исключено, что там могла бы обнаружиться и какая-нибудь органическая жизнь.
• Форма Сатурна не сферическая. Он вращается очень быстро — сутки длятся менее 11 часов, поэтому имеет сплющенную у полюсов форму.
• Планета Сатурн выделяет больше энергии, чем получает от Солнца, как и Юпитер.
• Скорость ветра на Сатурне может достигать 1800 м/с — это больше скорости звука.
• Планета Сатурн не имеет твердой поверхности. С глубиной газ — в основном водород и гелий просто уплотняется, пока не переходит в жидкое, а затем и в металлическое состояние.
• На полюсах Сатурна имеется странное шестиугольное образование.
• На Сатурне имеются полярные сияния.
• Магнитное поле Сатурна — одно из самых мощных в Солнечной системе, распространяется на миллион километров от планеты. Вблизи планеты существуют мощные радиационные пояса, опасные для электроники космических зондов.
• Год на Сатурне длится 29.5 лет. За столько планета совершает оборот вокруг Солнца.

Конечно, это далеко не все интересные факты о Сатурне — слишком разнообразен и сложен этот мир.

Характеристики планеты Сатурн

В замечательном фильме «Сатурн – властелин колец», который можно посмотреть, диктор говорит – если есть планета, передающая великолепие, загадочность и ужас Вселенной, то это Сатурн». Это действительно так.

Сатурн великолепен – это гигант, обрамленный огромными кольцами. Он загадочен – многие процессы, которые происходят там, до сих пор непонятны. И он же ужасен, потому что на Сатурне происходят страшные в нашем понимании вещи – ветры до 1800 м/с, грозы в сотни и тысячи раз сильнее наших, гелиевые дожди, и многое другое.

Сатурн представляет собой планету – гигант, вторую по величине после Юпитера. Диаметр планеты 120 тысяч километров против 143 тысяч у . Он больше Земли в 9.4 раз, и мог бы вместить в себя 763 таких планет, как наша.

Однако при больших размерах Сатурн довольно легкий – его плотность меньше, чем у воды, потому что большую часть всего этого огромного шара составляет легкий водород и гелий. Если Сатурн поместить в огромный бассейн, то он не утонет, а будет плавать! Плотность Сатурна меньше земной в 8 раз. Вторая планета после него по плотности — .

Сравнительные размеры планет

Несмотря на огромные размеры, гравитация на Сатурне составляет всего 91% земной, хотя общая масса у него больше, чем у Земли в 95 раз. Окажись мы там, особой разницы в силе притяжения не увидели бы, конечно если отбросить другие факторы, которые нас просто убили бы.

Сатурн, несмотря на гигантские размеры, вращается вокруг оси гораздо быстрее Земли – сутки там длятся от 10 часов 39 минут до 10 часов 46 минут. Такая разница объясняется тем, что верхние слои Сатурна преимущественно газообразные, поэтому вращается он в разных широтах с разной скоростью.

Год на Сатурне длится 29.7 наших лет. Так как планета имеет наклон оси, то, как и у нас, там имеется смена сезонов, что порождает в атмосфере большое количество сильнейших ураганов. Расстояние от Солнца меняется из-за несколько вытянутой орбиты, и в среднем составляет 9.58 а.е.

Спутники Сатурна

На сегодняшний день у Сатурна обнаружено 62 спутника самых разных размеров. Это больше, чем у любой другой планеты. Мало того, 40% всех спутников Солнечной системы вращается вокруг Сатурна.

Вокруг Сатурна вращается один из крупнейших (второй после Ганимеда) спутник Солнечной системы – . Он почти вдвое больше Луны, и даже больше Меркурия, но меньше . Титан –второй и единственный спутник с собственной атмосферой из азота с примесями метана и прочих газов. Атмосферное давление на поверхности в полтора раза больше земного, хотя сила тяжести там всего 1/7 от земной.

Титан – самый крупный источник углеводородов. Там существуют буквально озера и реки из жидкого метана и этана. Кроме того, там есть и криогейзеры, и вообще Титан во многом похож на Землю на раннем этапе существования. Возможно, там удастся найти и примитивные формы жизни. Это также единственный спутник, куда был послан спускаемый аппарат – это был «Гюйгенс», который приземлился там 14 января 2005 года.

Энцелад – шестой по величине спутник Сатурна, диаметром около 500 км, представляющий особый интерес для исследования. Он входит в тройку спутников с активной вулканической деятельностью (другие два – и Тритон). Здесь есть большое количество криогейзеров, выбрасывающих воду на большую высоту. Возможно, приливное воздействие Сатурна создает достаточно энергии в недрах спутника, чтобы там существовала вода в жидком виде.

Подповерхностный океан также возможен на спутниках Юпитера и Ганимеде. Орбита Энцелада находится в кольце F, и вырывающаяся с него вода питает это кольцо.

Также у Сатурна есть несколько других крупных спутников – Рея, Япет, Диона, Тефия. Они были открыты одними из первых, благодаря своим размерам и видимости в довольно слабые телескопы. Каждый из этих спутников представляет собой собственный уникальный мир.

Знаменитые кольца Сатурна

Кольца Сатурна – его «визитная карточка», и именно благодаря им эта планета так знаменита. Сатурн без колец сложно представить — это был бы просто невзрачный белесый шар.

У какой планеты есть кольца, подобные сатурнианским? Таких нет в нашей системе, хотя кольца есть и у других газовых гигантов — у Юпитера, Урана, Нептуна. Но там они очень тонкие, разреженные, и с Земли не видны. Кольца Сатурна хорошо заметны даже в слабый телескоп.

Впервые кольца обнаружил Галилео Галилей в 1610 году в свой самодельный телескоп. Однако увидел он не такие кольца, которые видим мы. У него они выглядели как два непонятных округлых шара по бокам планеты – качество изображения в 20-кратном телескопе Галилея было так себе, поэтому он решил, что видит два больших спутника. Через 2 года он снова наблюдал Сатурн, но этих образований не обнаружил, и был сильно озадачен.

Диаметр кольца в разных источниках указывается немного разный – около 280 тысяч километров. Само кольцо вовсе не сплошное, а состоит из меньших колец разной ширины, разделенных промежутками тоже разной ширины – десятки и сотни километров. Все кольца обозначены буквами, а промежутки называются щелями, и имеют имена. Самый большой промежуток находится между кольцами A и B, и называется щелью Кассини – её можно увидеть в любительский телескоп, и ширина этого промежутка 4700 км.

Кольца Сатурна вовсе не сплошные, как кажется на первый взгляд. Это не один единый диск, а множество мелких частиц, которые вращаются по своим орбитам на уровне экватора планеты. Размер этих частиц очень разный – от мельчайшей пыли до камней и глыб в несколько десятков метров. Преимущественный их состав – обычный водяной лед. Так как лед обладает большим альбедо – отражающей способностью, то кольца прекрасно видно, хотя толщина их всего около километра в самом «толстом» месте.

По мере обращения Сатурна и Земли вокруг Солнца мы можем видеть, как кольца то раскрываются все шире, то совсем исчезают –период этого явления составляет 7 лет. Происходит это благодаря наклону оси Сатурна, а значит, и колец, которые расположены строго по экватору.

Кстати, именно поэтому Галилей и не смог обнаружить кольцо Сатурна в 1612 году. Просто оно в тот момент было расположено «ребром» к Земле, а при толщине всего в километр его с такого расстояния просто невозможно увидеть.

Происхождение колец Сатурна пока точно неизвестно. Есть несколько теорий:

1. Кольца образовались при рождении самой планеты, это как бы строительный материал, который так и не использовался.
2. В какой-то момент к Сатурну приблизилось некое крупное тело, которое было разрушено, а из его обломков и образовались кольца.
3. Когда-то вокруг Сатурна вращались несколько крупных спутников, подобных Титану. Со временем их орбита превращалась в спиральную, приближая их к планете и неминуемой гибели. По мере приближения спутники разрушались, порождая множество обломков. Эти обломки так и остались на орбите, сталкиваясь и все больше дробясь, а со временем они образовали кольца, которые мы видим сейчас.

Дальнейшие исследования покажут, какая версия событий верная. Однако понятно, что кольца Сатурна – явление временное. Через какое-то время планета поглотит весь их материал – обломки сходят с орбиты и падают на нее. Если кольца не подпитывать материалом, то со временем они станут меньше, пока совсем не исчезнут. Конечно, произойдет это не за один миллион лет.

Наблюдение Сатурна в телескоп

Сатурн на небе выглядит как довольно яркая звезда на юге, и наблюдать его можно даже в небольшой . Особенно хорошо это делать в противостояния, которые бывают раз в год – планета выглядит как звезда 0 величины, и имеет угловой размер 18”. Список ближайших противостояний:

• 15 июня 2017 года.
• 27 июня 2018 года.
• 9 июля 2019 года.
• 20 июля 2020 года.

В эти дни блеск Сатурна даже больше, чем у Юпитера, хотя находится он гораздо дальше. Объясняется это тем, что кольца тоже отражают немало света, поэтому общая площадь отражения получается гораздо больше.

Увидеть кольца Сатурна можно даже в бинокль, хотя придется постараться, чтобы их различить. А вот в 60-70 мм телескоп уже можно довольно хорошо рассмотреть и диск планеты и кольца, и тень на них от планеты. Конечно, какие-то детали рассмотреть вряд ли получится, хотя при хорошем раскрытии колец можно заметить щель Кассини.

Чтобы увидеть какие-то детали на диске планеты, требуется телескоп с апертурой от 100 мм, а для серьезных наблюдений – не менее 200 мм. В такой телескоп можно рассмотреть не только облачные пояса и пятна на диске планеты, но и детали в строении колец.

Из спутников наиболее яркие – Титан и Рея, их можно заметить уже в 8-кратный бинокль, хотя лучше 60-70 мм телескоп. Остальные крупные спутники не такие яркие – от 9.5 до 11 зв. в. и слабее. Для их наблюдения понадобится телескоп с апертурой от 90 мм.

Кроме телескопа, желательно иметь набор цветных фильтров, которые помогут лучше выделить разные детали. Например, темно-желтый и оранжевый фильтры помогают увидеть больше деталей в поясах планеты, зеленый выделяет больше деталей на полюсах, а голубой – на кольцах.

Сатурн

Общие сведения о Сатурне

Сатурн, шестая от Солнца и вторая по размерам после Юпитера планета- гигант Солнечной системы. Назван в честь одного из самых почитаемых римских богов – покровителя земли и посевов, который был низвергнут со своего трона Юпитером.

Наблюдения Сатурна с Земли

Людям Сатурн известен с самых древних времён. Ведь на ночном небе он – один из самых ярких объектов, видимый как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звёздной величины (в зависимости от расстояния до Земли).

К тому же только у Сатурна при наблюдении с Земли в телескоп (причём даже в самый простой) видны кольца, хотя обнаружены они у всех планет- гигантов...

История исследования Сатурна

орбитальное движение и вращение Сатурна

Вокруг Солнца Сатурн обращается по чуть наклонённой к плоскости эклиптики орбите, с эксцентриситетом 0,0541 и скоростью 9,672 км./с, делая полный оборот за 29,46 земных лет. Среднее расстояние планеты от Солнца – 9,537 а.е., при максимальном 10 а.е. и минимальном – 9 а.е..

Угол между плоскостями экватора и орбиты достигает 26°73". Период вращения вокруг оси – звёздные сутки – 10 часов 14 минут (на широтах до 30°). На полюсах период вращения на 26 минут дольше – 10 часов 40 минут. Это связано с тем, что Сатурн – не твёрдое тело, как Земля, например, а огромный газовый шар. В связи с такими особенностями своего строения, которое, кстати не является уникальным, планета не имеет твёрдой поверхности, поэтому радиус Сатурна определяется по положению наиболее высоких облаков в его атмосфере. Исходя из измерения этого положения выяснилось, что экваториальный радиус Сатурна, равный 60268 км. на 5904 км. больше полярного, т.е. полярное сжатие планетного диска составляет 1/10.

Строение и физические условия на Сатурне

Облака на Сатурне, в основном, аммиачные, белого цвета, и более мощные чем на Юпитере, поэтому и « полосатость» Сатурна меньше. Под аммиачными облаками лежат менее мощные, и не заметные из космоса облака из аммония (NH 4 +).

Облачный слой Сатурна не постоянен, а, наоборот, очень изменчив. Это связано с его вращением, которое, в основном, происходит с запада на восток (как и вращение планеты вокруг своей оси). Вращение это довольно сильное, ведь и ветры на Сатурне не слабые – со скоростями до 500 м/с. Направление ветров – восточное.

Скорость ветра, а соответственно и скорость вращения облачного слоя, уменьшается при движении от экватора к полюсам, причём на широтах больших чем 35° направления ветров чередуются, т.е. наряду с ветрами восточных направлений присутствуют ветры западных направлений.

Преобладание восточных потоков указывает на то, что ветры не ограничены слоем верхних облаков, они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2000 километров. Кроме того, измерения «Вояджера- 2» показали, что ветра в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора! Есть предположение, что симметричные потоки как- то связаны под слоем видимой атмосферы.

Кстати, при изучении снимков атмосферы Сатурна, было выяснено, что здесь, также как на Юпитере, могут образовываться мощные атмосферные вихри, размеры которых правда не такие гигантские, как у Большого Красного Пятна, которое видно даже с Земли, но всё же достигают в диаметре тысяч километров. Формируются столь мощные вихри, похожие на земные циклоны, в областях подъёма тёплого воздуха.

Было также выявлено различие между северным и южным полушариями Сатурна.

Заключается это различие в более чистой атмосфере над северным полушарием, вызванной почти полным отсутствием высоких облаков. Почему верхние слои атмосферы в северном полушарии настолько свободны от облаков, не известно, но предполагается что это может быть связано с более низкими температурами (~82 К)...

Масса Сатурна огромна – 5,68 10 26 кг, что в 95,1 раз превосходит массу Земли. Однако, средняя плотность, равная всего 0,68 г./см. 3 , почти на порядок меньше, чем плотность Земли и меньше плотности воды, что является уникальным случаем среди планет Солнечной системы.

Объясняется это составом газовой оболочки планеты, который в целом не отличается от солнечного, ибо абсолютно доминирующим химическим элементом на Сатурне является водород, правда в различных агрегатных состояниях.

Так, атмосфера Сатурна почти полностью состоит из молекулярного водорода (~95%), с небольшим количеством гелия (не более 5%), примесей метана (CH 4), аммиака (NH 3), дейтерия (тяжёлый водород) и этана (СН 3 СН 3). Обнаружены следы присутствия аммиачного и водного льда.

Ниже слоя атмосферы, при давлении ~100000 баров, простирается океан жидкого молекулярного водорода.

Ещё ниже – в 30 тыс. км. от поверхности, где давление достигает одного миллиона бар, водород переход в металлическое состояние. Именно в этом слое, при движении металла, создаётся мощное магнитное поле Сатурна, о котором будет рассказано ниже.

Ниже слоя металлического водорода находится жидкая смесь воды, метана и аммиака, при высоком давлении и температуре. Наконец в самом центре Сатурна лежит небольшое по размерам, но массивное каменное или леденисто- каменное ядро, температура которого ~20000 К.

Магнитосфера Сатурна

Вокруг Сатурна существует обширное магнитное поле с магнитной индукцией на уровне видимых облаков на экваторе 0,2 Гс, создаваемое движением вещества в слое металлического водорода. Отсутствие же у Сатурна наблюдаемого с Земли магнитно- тормозного радиоизлучения астрономы объяснили влиянием колец. Эти предположения подтвердились при пролёте мимо планеты АМС « Пионер- 11» . Приборы, установленные на межпланетной станции, зарегистрировали в околопланетном пространстве Сатурна образования, типичные для планеты, обладающей ярко выраженным магнитным полем: головную ударную волну, границу магнитосферы (магнитопаузу), радиационные пояса. Внешний радиус магнитосферы Сатурна в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса планеты, а расстояние до ударной волны – 26 радиусов.

Радиационные пояса Сатурна настолько обширны, что охватывают не только кольца, но и орбиты некоторых внутренних спутников планеты. Как и ожидалось, во внутренней части радиационных поясов, которая "перегорожена" кольцами Сатурна, концентрация заряженных частиц очень мала. Это происходит оттого, что заряженные частицы, двигаясь от полюса к полюсу, проходят через систему колец и поглощаются там льдом и пылью. В результате внутренняя часть радиационных поясов, которая в отсутствие колец была бы в системе Сатурна наиболее интенсивным источником радиоизлучения, оказывается ослабленной.

Но всё же концентрация заряженных частиц во внутренних областях радиационных поясов позволяет образовываться в полярных областях Сатурна полярным сияниям, которые похожи на те, что мы можем видеть и на Земле. Причина их образования та же – бомбардировка заряженными частицами атмосферы.

В результате этой бомбардировки происходит свечение атмосферных газов в ультрафиолетовом диапазоне (110- 160 нанометров). Электромагнитные волны такой длины поглощаются атмосферой Земли, и могут наблюдаться только космическими телескопами.

Кольца Сатурна

Ну а теперь перейдём к одной из наиболее характерных деталей строения Сатурна – его огромному плоскому кольцу.

Кольцо вокруг Сатурна впервые наблюдал Г. Галилей в 1610 г, но из- за низкого качества телескопа он принял видимые по краям планеты части кольца за спутники планеты.

Правильное описание кольца Сатурна дал нидерландский учёный Х. Гюйгенс в 1659 году, а французский астроном Джованни Доменико Кассини в 1675 году показал, что оно состоит из двух концентрических составляющих – колец A и B, разделённых тёмным промежутком (так называемым «делением Кассини»).

Много позже (в 1850 г.) американский астроном У. Бонд открыл внутреннее слабо светящееся кольцо C, которое из- за тёмного цвета иногда называют « креповым» , а в 1969 г. было обнаружено ещё более слабое и близкое к планете кольцо D, яркость которого не превышает 1/20 яркости самого яркого среднего кольца.

Помимо вышеперечисленных у Сатурна обнаружено ещё 3 кольца – E, F и G; все они слабые и плохо различимы с Земли, поэтому и открыты были во время полётов космических кораблей « Вояджёр- 1» и « Вояджёр- 2» .

Кольца чуть белее желтоватого диска Сатурна. Расположены они в плоскости экватора планеты в следующем порядке от верхнего облачного слоя: D, C, B, A, F, G, E. Порядок обозначения колец объясняется историческими причинами, поэтому он не совпадает с алфавитным...

Если внимательно рассматривать кольца Сатурна, то окажется, что их, на самом деле, гораздо больше. Разделены наблюдаемые кольца тёмными кольцевыми промежутками – щелями (или делениями), где вещества очень мало. Та из щелей, которую можно увидеть в средний телескоп с Земли (между кольцами А и В), названа щелью Кассини. В ясные ночи можно увидеть и менее заметные щели.

Так чем же объясняется такая структура колец Сатурна? И почему они вообще есть у Сатурна? Что ж, попытаемся ответить на эти вопросы. И начнём с рассмотрения второго, т.к. без ответа на него нельзя ответить на первый вопрос.

Причина, по которой Сатурн на расстоянии около 10 5 км имеет именно кольца, а не спутник, состоит в приливной силе. Было показано, что если бы спутник и образовался на таком расстоянии, то он был бы разорван под действием приливной силы на мелкие осколки. В эпоху формирования планет-гигантов вокруг них на некотором этапе возникли уплощённые облака протопланетной материи, из которой потом образовались спутники. В зоне колец приливная сила воспрепятствовала образованию спутника. Таким образом, кольца Сатурна, вероятно, являются остатками допланетной материи, и состоят из образований, размеры которых могут быть от мелких песчинок до фрагментов порядка нескольких метров.

Есть и иная теория образования колец, по которой они – остатки разрушенных кометами и метеоритами неких больших спутников Сатурна, образовавшихся несколько миллиардов лет назад. Хотя не исключено, что и в настоящее время имеются источники пополнения колец веществом. Так, плотность вещества в кольце E возрастает по направлению к орбите спутника Сатурна Энцелада. Вполне возможно, что Энцелад и является источником вещества для этого кольца.

Природа структуры колец, по- видимому, резонансная. Так, деление Кассини – это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг Сатурна ровно вдвое меньше, чем у ближайшего крупного спутника Сатурна – Мимаса. Из- за такого совпадения Мимас своим притяжением как бы раскачивает частицы, движущиеся внутри деления, и в конце концов выбрасывает их оттуда. Однако, как мы уже рассказывали выше, кольца Сатурна скорее похожи на « граммофонную пластинку» и объяснить такую их структуру резонансами с периодами обращения спутников Сатурна уже невозможно.

Поэтому, вероятно, подобная структура – результат механически неустойчивого распределения частиц по плоскости колец, вследствие чего возникают круговые волны плотности – наблюдаемая тонкая структура.

Первым высказал подобное предположение знаменитый немецкий философ Иммануил Кант, который объяснял тонкую структуру колец Сатурна столкновением частиц, вращающихся дифференциально вокруг планеты согласно законам Кеплера. Именно дифференциальное вращение, согласно Канту, является причиной расслоения диска на серию тонких колечек.

Позднее французский астроном Симон Лаплас доказал высказанную Кантом неустойчивость 2- ух видимых с Земли колец Сатурна.

Также, вычислив условия равновесия колец Сатурна, Лаплас доказал, что их существование возможно лишь при быстром вращении планеты вокруг оси, что впоследствии и было доказано наблюдениями В. Гершеля, обратившего внимание на заметное полярное сжатие Сатурна.

В 1857- 59 гг. кольца Сатурна описал в своих работах англичанин Максвелл Джеймс Клерк, показавший, что устойчивым существование кольца вокруг планеты может быть только в том случае, если оно состоит из совокупности отдельных не связанных между собой малых тел: сплошное твёрдое или жидкое кольцо было бы разорвано силой притяжения планеты.

Несколько позже – в 1885 году форму колец Сатурна описала русский математик С. В. Ковалевская, подтвердившая вывод Максвелла о том, что кольца Сатурна представляют собой не единое целое, а состоят из отдельных, небольших по размерам тел.

В конце 19 в. этот теоретический вывод Максвелла и Ковалевской был эмпирически подтверждён независимо друг от друга А. А. Белопольским (Россия), Дж. Килером (США) и А. Деландром (Франция), которые сфотографировали спектр Сатурна с помощью щелевого спектрографа и на основе эффекта Доплера- Физо обнаружили, что внешние части кольца Сатурна вращаются медленнее, чем внутренние.

Измеренные скорости оказались равными тем, которые имели бы спутники Сатурна, если бы они находились на тех же расстояниях от планеты. Отсюда ясно: кольца Сатурна по существу представляют собой колоссальное скопление мелких твёрдых частиц, самостоятельно обращающихся вокруг планеты. Размеры частиц столь малы, что их не видно не только в земные телескопы, но и с борта космических аппаратов. Лишь с помощью сканирования радиолучом на волне 3,6 см. колец A, C и деления Кассини, во время прохода мимо Сатурна « Вояджёра- 1» , удалось установить их размеры. Оказалось, что средний поперечник частиц кольца А равен 10 метрам, частиц деления Кассини – восьми, а кольца С – всего 2 метрам.

В остальных кольцах Сатурна, за исключением кольца B, частицы намного меньше по размерам, и их число незначительно. По сути кольца эти состоят из пылинок с поперечником около десятитысячных долей мм.

Надо сказать, что частицы в кольце B образуют странные радиальные образования – « спицы» , расположенные над плоскостью кольца. Не исключено, что « спицы» удерживаются силами электростатического отталкивания. Любопытно отметить, что изображения таинственных « спиц» были найдены на некоторых зарисовках Сатурна, сделанных ещё в прошлом веке. Но тогда никто не придал им значения.

Кроме спиц космические « Вояджёры» обнаружили неожиданным эффект, а именно многочисленные кратковременные всплески радиоизлучения, поступающего от колец. Это было не что иное, как сигналы от электростатических разрядов – своего рода молний. Источник электризации частиц, по- видимому, столкновения между ними. Была открыта и окутывающая кольца газообразная атмосфера из нейтрального атомарного водорода.

По интенсивности линии Лайсан- альфа (1216 А) в ультрафиолетовой части спектра « Вояджёрами» было подсчитано число атомов водорода в кубическом сантиметре атмосферы. Их оказалось примерно 600...

В результате исследования спектра колец выяснилось также, что частицы их составляющие по- видимому либо покрыты льдом (или инеем), либо состоят из льда, причём водяного. В последнем случае массу всех колец можно оценить в 10 23 г, т.е. на 6 порядков меньше массы самой планеты. Однако, анализ траектории космического корабля « Пионер- 11» показал, что масса колец ещё меньше и не достигает даже 1,7 миллионной массы Сатурна.

Температура колец очень низкая – порядка 80 К (-193° C). Частицы во всех кольцах двигаются с практически одинаковыми скоростями (около 10 км/с), иногда сталкиваясь друг с другом...

В течение 29,5 лет с Земли кольца Сатурна дважды видны в максимальном раскрытии и дважды наступают периоды, когда Солнце и Земля находятся в плоскости колец, и тогда кольца освещаются Солнцем «с ребра». В этот период кольца почти совсем не видны, что свидетельствует об их очень малой толщине: порядка 1- 4 (до 20) км. Сквозь кольца можно даже увидеть звёзды, хотя свет их при этом заметно ослабевает.

Спутники Сатурна

Наряду с системой колец у Сатурна есть ещё и целая система спутников, которых в настоящее время известно 60.

Первый спутник обнаружил ещё в 1655 году Христиан Гюйгенс, и это был огромный Титан – единственный спутник Сатурна, имеющий плотную атмосферу, а своими размерами превосходящий Меркурий.

Несколько позже – в 1671 году, Жан- Доминик Кассини открывает ещё один спутник – Япет. Спустя год он же открывает Рею, а в 1684 году – Диону и Тефию. После этих открытий, в течении более сотни лет, сведений о новых спутниках Сатурна не поступало. И казалось что так будет вечно. Но, в 1789 году сразу два спутника Сатурна были обнаружены Уильямом Гершелем. Это были Мимас и Энцелад.

Спустя ещё шестьдесят лет, а именно в 1848 г., был открыт Гиперион, в 1898- ом – Феба. Следом за ними – в 1966 году, были открыты Эпитемий и Джуна. После этого число открытых спутников Сатурна, в связи с увеличившейся разрешающей способностью наземных телескопов, стало стремительно возрастать, и к 1997 году, в котором состоялся запуск космического корабля « Cassini» , достигло 18. К этому числу « Cassini» добавил ещё четыре новых спутника, обнаруженных после его прибытия к Сатурну.

Всего к настоящему времени у Сатурна известно 52 официально подтверждённых спутника, каждый из которых имеет своё название. Наряду с ними имеются и другие, пока неподтверждённые спутники, которые имеют небольшие размеры и более одного раза не наблюдались. Одни из них лежат в пределах орбиты Дионы, другие – между орбитами Дионы и Тефии, третьи – между орбитами Дионы и Реи.

Все спутники, кроме огромного Титана, сложены в основном из водяного льда, с небольшой примесью скальных пород, на что указывает их невысокая плотность (порядка 1400- 2000 кг/м 3). У наиболее крупных из них, таких как Мимас, Диона, Рея, формируется каменистое ядро, занимающее по массе до 40% от массы всего спутника. Строение же Титана походит на строение больших спутников Юпитера: тоже твёрдое каменистое ядро и ледяная оболочка.

Спутники Сатурна, как впрочем и спутники других планет- гигантов, можно разделить на две группы – регулярные и иррегулярные. Регулярные спутники движутся по почти круговым орбитам, лежащим недалеко от планеты вблизи её экваториальной плоскости. Все регулярные спутники обращаются в одном направлении – в направлении вращения самой планеты. Это указывает на то, что сформировались эти спутники в газопылевом облаке, окружавшем планету в период её формирования. Правда из этого правила есть два исключения – Япет и Феба.

В отличие от них, иррегулярные спутники обращаются далеко от планеты по хаотическим орбитам, ясно указывающим, что эти тела были захвачены планетой из числа пролетавших мимо неё астероидов или ядер комет.

Регулярные спутники Сатурна, которых всего известно 18, имеют синхронное вращение (циклический сдвиг), и поэтому всегда повёрнуты к планете одной стороной. Исключением из этого правила является Гиперион, имеющий хаотическое собственное вращение, и Феба, вращающаяся в противоположную сторону.

Вообще же можно сказать, что каждый спутник Сатурна уникален, и каждый из них заслуживает внимания. Взять вот, например, Титан – огромный спутник, чей диаметр – 5150 километров, позволяет ему считаться вторым по величине спутником в Солнечной системе. К тому же только у Титана имеется плотная красно- оранжевая атмосфера, толщиной почти 600 км.. Причём атмосфера эта, по своему составу, напоминает атмосферу древней Земли, т.к. на 95% состоит из азота. Имеются следы присутствия в ней аргона, метана, кислорода, водорода, этана, пропана и других газов. Метан, кстати, на Титане может находиться во всех 3- х агрегатных состояниях, поэтому, неудивительно существование на спутнике метанового океана, озёр и рек. Да и обычный, водный океан на Титане тоже существует, правда, не на поверхности, а на глубине в несколько километров. На это указывает большая изменчивость деталей поверхности Титана, которые в разное время наблюдаются в разных местах.

Такое возможно только если предположить, что под поверхностью находится мощный слой жидкой воды. Таким образом, Титан – пятый космический объект в пределах Солнечной системы на котором найдена жидкая вода...

Не менее интересен чем Титан и другой спутник Сатурна – Япет. Его передняя (по ходу движения) полусфера сильно отличается по отражательной способности от задней. Одна из них столь же яркая как снег, другая – такая же тёмная как чёрный бархат. Это связано с тем, что передняя часть Япета сильно загрязнена пылью, которая падая на его поверхность при движении другого спутника – Фебы, вызывает сильное её почернение.

Феба же спутник тоже уникальный, т.к. единственный вращается вокруг планеты в противоположную сторону. К тому же её поверхность очень тёмная – самая тёмная среди всех спутников Сатурна.

А вот самая яркая поверхность у Энцелада, который по этому показателю – первый в Солнечной системе (его альбедо близко к 1, как у свежевыпавшего снега). У Энцелада также наибольшая тектоническая и вулканическая активность, причём вулканы Энцелада не простые, а ледяные. Из- за них его поверхность покрыта слоем инея, и потому такая яркая.

Очень интересен и ещё один спутник Сатурна – Гиперион, единственный из больших спутников имеющий неправильную форму, вызванную столкновением с неким массивным космическим телом. Возможно, а скорее даже вероятно, именно этим столкновением вызвано хаотическое вращение Гипериона вокруг своей оси, скорость которого меняется в течение месяца на десятки процентов.

От столкновения с каким- то большим космическим телом образовался и 130 километровый кратер Гершель на поверхности другого спутника Сатурна – Мимаса. Вал, окружающий этот кратер так высок, что явственно заметен даже на фотографиях. Надо сказать, что подобные гигантские кратеры на спутниках Сатурна не редкость. Так на поверхности Дионы обнаружен кратер с диаметром около 100 км., а на поверхности Реи – второго по размерам спутника Сатурна, есть кратеры диаметром вплоть до 300 км. Рея, кстати, интересна ещё и тем, что единственная из всех спутников, причём не только Сатурна, имеет кольца. Обнаружено это было 7 марта этого года, во время полёта космического корабля « Cassini» . Кольцо у Реи, по- видимому, всего одно, и состоит из раздробленных осколков столкнувшегося с Реей в далёком прошлом астероида или кометы. Диаметр этого кольца до нескольких тысяч километров и расположено оно почти вплотную к спутнику. Дополнительное облако пыли может расширяться до 5900 км. от центра спутника.

Да, Рея спутник конечно интересный, но вернёмся к разговору о кратерах. Как уже было сказано 100- 200 километровые кратеры на спутниках Сатурна – не редкость, но даже они – ничто по сравнению с кратером Одиссей, диаметром 400 км., который лежит на поверхности Тефии. На этом спутнике, кстати, обнаружен и гигантский каньон Итака, протянувшийся на 3 тысячи километров, что больше чем диаметр спутника (~2000 км.).

Но не только этим интересна Тефия. Она ещё и как бы «пасёт» два других спутника – Телесто и Калипсо, расположенных на 60° впереди и позади Тефии. Спутником- пастухом является и Диона, « пасущая» Елену и Полидевка. Места в пространстве, которые занимают эти « пасущиеся» спутники называют лагранжевые. Подобным образом, кстати, двигаются астероиды Троянцы вместе с Юпитером.

Некоторые же из спутников оказывают своё влияние на кольца Сатурна – это т.н. спутники- пастухи. Таковы, например, Прометей и Пандора, взаимодействующие с кольцевым материалом кольца F, и не позволяющие этому материалу выйти за пределы кольца, или Атлас, движущийся у внешнего края кольца А; он не даёт частицам кольца выходить за пределы этого края. Кольцо F кстати очень необычное. Так, бортовые камеры « Вояджёра- 1» показали, что кольцо состоит из нескольких колечек общей шириной 60 км., причем два из них перевиты друг с другом, как шнурок. Вызвана столь необычная конфигурация взаимодействием колечек с двумя спутниками, движущихся непосредственно вблизи кольца F, – один у внутреннего края, другой – у внешнего. Притяжение этих спутников не дает крайним частицам уходить далеко от его середины – спутники как бы « пасут» частицы. Они же, как показали расчёты, вызывают движение частиц по волнистой линии, что и создает наблюдаемые переплетения компонентов кольца. Но « Вояджёр- 2» , прошедший близ Сатурна девятью месяцами позже, не обнаружил в кольце F ни переплетений, ни каких- либо других искажений формы, в частности, и в непосредственной близости от пастухов. Таким образом, форма кольца оказалась изменчивой. Чем вызвано такое странное поведение колечек – не известно...

Общие сведения о Сатурне

Эта планета более других планет-гигантов похожа на Юпитер. Ее масса в 95 раз и экваториальный радиус (60370 км) в 9,5 раза превышают земные, а сжатие составляет 1:10, т. е. полярный радиус в 8,5 раза больше земного. Ускорение силы тяжести на Сатурне в 1,15 раза превышает земное, а критическая скорость равна 37 км/с. Ось вращения планеты наклонена под углом в 26°45", и если бы она по своей природе походила на Землю и находилась значительно ближе к Солнцу, то на ней сменялись бы сезоны года. Но структура Сатурна такая же, как у Юпитера, и он тоже вращается зонально с периодами в 10ч 14м (экваториальный пояс) и в 10ч 39м (умеренные пояса). О газообразной структуре планеты свидетельствует и ее небольшая средняя плотность, равная 0,69 г/см3, т. е., образно говоря, если бы Сатурн оказался в воде, то он плавал бы на ее поверхности. Из-за меньшей (в сравнении с Юпитером) массы давление в недрах Сатурна нарастает медленнее, и, по-видимому, слой жидкого водорода в смеси с гелием начинается на глубине, равной половине радиуса планеты, где температура достигает 10000°С, а давление - 3-109 гПа (3-106 атм.). Ниже, на глубине 0,7-0,8 радиуса, имеется, слой металлической фазы водорода, электрические токи в котором порождают магнитное поле планеты, а под этим слоем находится расплавленное силикатно-металлическое ядро, масса которого в 9 раз больше массы Земли, или почти 0,1 массы Сатурна.

Сатурн получает от Солнца в 92 раза меньше энергии, чем Земля, кроме того, 45% этой энергии он отражает. Поэтому температура его верхних слоев должна быть около -190°С, но она близка к -170°С. Объясняется это тем, что из горячих недр планеты поступает тепла в два раза больше, чем от Солнца. Радиоизлучение Сатурна сравнительно небольшое, что свидетельствует о наличии у него магнитного поля и радиационного пояса, более слабых, чем у Юпитера. Это подтверждено автоматической станцией «Пионер-11», которая 1 сентября 1979 г. пролетела на расстоянии 21 400 км от поверхности Сатурна и обнаружила его магнитное поле, ось которого почти совпадает с осью вращения планеты. Радиационный пояс состоит из нескольких зон, разделенных широкими полостями, не содержащих электрически заряженных частиц. У Сатурна есть еще две луны - их сфотографировал зонд «Кассини». Факт, что такие мелкие планеты (3 и 4 км в диаметре) уцелели до сих пор, означает, что мелкие кометы, которые обычно угрожают им, встречаются в Солнечной системе не так уж часто. Всего спутников у шестой планеты теперь 33 с поперечниками от 34 до 5150 км. Как и у Юпитера, эти спутники занумерованы в порядке последовательности их открытия.

На фотографиях, полученных автоматическими станциями, видно, что поверхности крупных спутников покрыты множеством кратеров самых различных размеров.

Все спутники Сатурна обращаются вокруг него в прямом направлении, и только самый далекий, девятый спутник Феба, отстоящий от планеты почти на 13 млн. км, имеет обратное движение и завершает один оборот по орбите за 550 суток.
Кольца Сатурна

У Сатурна имеется кольцо, открытое еще в 1656 г. голландским физиком X. Гюйгенсом (1629-1695), а точнее, семь тонких плоских концентрических колец, которые отделены друг от друга темными промежутками и обращаются вокруг планеты в плоскости ее экватора. Внешнее кольцо, обозначаемое буквой А, менее ярко, чем отделенное от него щелью Кассини кольцо B, внутри которого находится третье кольцо С, из-за своей малой яркости называемое креповым и видимое только в сильные телескопы; оно отделено от кольца В делением Максвелла. Внешние и внутренние радиусы этих колец соответственно равны 138000 и 120000 км (А), 116000 и 90000 км (В), 89000 и 72000 км (С).

Сохраняя свое направление в пространстве, кольца через каждые 14,7 года (половина периода обращения Сатурна вокруг Солнца) бывают повернуты к Земле ребром и не видны; только их тень узкой темной полоской падает на диск планеты. Это явление называется исчезновением колец. Последнее их исчезновение было в 1994 г.

Сатурн, шестая по расстоянию от Солнца большая планета Солнечной системы; астрономический знак ћ С. относится к числу планет-гигантов. Большая полуось орбиты С. (его среднее расстояние от Солнца) составляет 9,54 а. е., или 1,43 млрд. км. Эксцентриситет орбиты С. 0,056 (наибольший среди планет-гигантов). Угол наклона плоскости орбиты С. к плоскости эклиптики равен 2°29’. Полный оборот вокруг Солнца (сидерический период обращения) С. совершает за 29,458 лет со средней скоростью 9,64 км/сек. Синодический период обращения равен 378,09 сут. На небе С. выглядит как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звёздной величины (в среднем противостоянии). Большая изменчивость блеска связана с существованием вокруг С. колец; угол между плоскостью колец и направлением на Землю меняется в пределах от 0 до 28°, и земной наблюдатель видит кольца под разным углом, что и определяет изменение блеска С. Видимый диск С. имеет форму эллипса с осями 20,7” и 14,7” (в среднем противостоянии). В верхнем соединении с Солнцем видимые размеры С. на 25% меньше, а блеск на 0,48 звёздной величины слабее. Визуальное альбедо С. равно 0,69.

Эллиптичность диска С. отражает его сфероидальную форму, которая является следствием быстрого вращения С.: период его вращения вокруг своей оси равен 10 ч 14 мин на экваторе, 10 ч 38 мин на умеренных широтах и 10 ч 40 мин на широте около 60°. Ось вращения С. наклонена к плоскости его орбиты на 63°36’. В линейной мере экваториальный радиус С. составляет 60 100 км, полярный - 54 600 км (точность около 1%), а сжатие равно 1:10,2. Объём С. превышает объём Земли в 770 раз, а масса С. в 95,28 раз больше земной (5,68·10226 кг), так что средняя плотность С. составляет 0,7 г/см3 - вдвое меньше плотности Солнца. По отношению к Солнцу масса С. составляет 1:3499. Ускорение силы тяжести на поверхности С. на экваторе равно 9,54 м/сек2. Параболическая скорость (скорость убегания) на поверхности С. достигает 37 км/сек.

На диске С. видно мало деталей, даже при рассматривании его в наилучших условиях. Видны лишь параллельные экватору светлые и тёмные полосы, на которые изредка накладываются тёмные или светлые пятна, с помощью которых и определяется вращение С.

Температура поверхности С. по измерениям теплового потока, исходящего из планеты в инфракрасной области спектра, определяется от - 190 до - 150 °С (что выше равновесной температуры - 193 °С), соответствующей получаемому от Солнца потоку тепла. Это свидетельствует о том, что в тепловом излучении С. есть доля собственного глубинного тепла, что подтверждается и измерениями радиоизлучения.

Различие угловых скоростей вращения С. на разных широтах свидетельствует о том, что наблюдаемая с Земли его поверхность есть лишь верхний облачный слой атмосферы. О внутреннем строении С. можно составить некоторое представление на основании теоретических исследований. Наблюдаемые возмущения в движении спутников С., будучи сопоставлены со сжатием его фигуры и средней плотностью, позволяют определить приблизительный ход давления и плотности в недрах С. (см. Планеты). Очень малая средняя плотность С. говорит за то, что он, как и другие планеты-гиганты, состоит преимущественно из лёгких газов - водорода и гелия, которые преобладают и на Солнце. Предположительно в состав С. входят водород (80%), гелий (18%), более тяжёлых элементов, сконцентрированных в ядре планеты, всего лишь 2%. Водород до глубин около половины радиуса находится в молекулярной фазе, а глубже под влиянием колоссальных давлений переходит в фазу металлическую. В центре С. температура близка к 20 000 К.

Химический состав атмосферы, находящейся над облачным слоем С., определяется по линиям поглощения в спектре планеты. Главную её часть составляет молекулярный водород (40 км-атм), безусловно присутствует метан CH4 (0,35 км-атм), предполагается существование аммиака (NH3), хотя возможно, что в форме аэрозолей он присутствует в облаках. Имеются основания предполагать, что и в атмосфере С. есть гелий, спектроскопически не проявляющий себя в доступной нам области спектра. Магнитное поле у С. не обнаружено.

Примечательной особенностью планеты являются кольца Сатурна - концентрические образования различной яркости, как бы вложенные друг в друга, и образующие единую плоскую систему небольшой толщины, располагающуюся в экваториальной плоскости С. Кольцо вокруг С. впервые наблюдал Г. Галилей в 1610, но из-за низкого качества телескопа он принял видимые по краям планеты части кольца за спутники С. Правильное описание кольца С. дал Х. Гюйгенс (1659), а Дж. Кассини вскоре показал, что оно состоит из двух концентрических составляющих - колец А и В, разделённых тёмным промежутком (так называемым «делением Кассини»). Много позже (в 1850) американский астроном У. Бонд открыл внутреннее слабо светящееся кольцо (С), а в 1969 было обнаружено ещё более слабое и близкое к планете кольцо D. Яркость кольца D не превышает 1/20 яркости самого яркого кольца - кольца В. Кольца расположены на следующих расстояниях от планеты: А - от 138 до 120 тыс. км, В - от 116 до 90 тыс. км, С - от 89 до 75 тыс. км и D - от 71 тыс. км почти до поверхности С.

Природа колец С. стала ясной после того, как английский физик Дж. Максвелл (в 1859) и русский математик С. В. Ковалевская (в 1885) разными методами доказали, что устойчивым существование кольца вокруг планеты может быть только в том случае, если оно состоит из совокупности отдельных малых тел: сплошное твёрдое или жидкое кольцо было бы разорвано силой притяжения планеты.

Этот теоретический вывод в конце 19 в. был эмпирически подтвержден независимо друг от друга А. А. Белопольским (Россия), Дж. Килером (США) и А. Деландром (Франция), которые сфотографировали спектр С. с помощью щелевого спектрографа и на основе эффекта Доплера - Физо обнаружили, что внешние части кольца С. вращаются медленнее, чем внутренние. Измеренные скорости оказались равными тем, которые имели бы спутники С., если бы они находились на тех же расстояниях от планеты.

В течение 29,5 лет с Земли кольца С. дважды видны в максимальном раскрытии и дважды наступают периоды, когда Солнце и Земля находятся в плоскости колец, и тогда кольца либо освещаются Солнцем «с ребра», либо оно для земного наблюдателя видно «с ребра». В этот период кольца почти совсем не видны, что свидетельствует об их очень малой толщине. Разные исследователи, основываясь на визуальных и фотометрических наблюдениях и их теоретической обработке, приходят к заключению, что средняя толщина колец составляет от 10 см до 10 км. Конечно, кольцо такой толщины увидеть с Земли «с ребра» невозможно. Размеры твёрдых тел в кольцах оцениваются от 10-1 до 103 см с преобладанием глыб диаметром около 1 м, что подтверждается и наблюдаемым отражением радиоволн от колец С.

Химический состав вещества колец, по-видимому, одинаков у всех четырёх составляющих, различна в них только степень заполнения пространства глыбами. Спектр колец С. существенно отличен от спектра самого С. и освещающего их Солнца; спектр указывает на повышенную отражательную способность колец в ближней инфракрасной области (2,1 и 1,5 мкм), что соответствует отражению от льда H2O. Можно считать, что тела, образующие кольца С., либо покрыты льдом или инеем, либо состоят из льда. В последнем случае массу всех колец можно оценить в 1024 г, т. е. на 5 порядков меньше массы самой планеты. Температура колец С., по-видимому, близка к равновесной, т. е. к 80 К.

С. имеет десять спутников. Один из них - Титан - имеет размеры, сравнимые с размерами планет; его диаметр равен 5000 км, масса 2,4×10-4 массы С., он обладает атмосферой, имеющей в своём составе метан. Самый близкий к планете спутник - Янус, открытый в 1966: он обращается вокруг планеты за 18 ч, на среднем расстоянии 160 тыс. км; его диаметр около 220 км. Самый далёкий спутник - Феба; обращается вокруг С. в обратном направлении на расстоянии около 13 млн. км (см. Спутники планет).

Данная статья представляет собой сообщение или доклад о Сатурне, где изложена характеристика этой планеты Солнечной системы: основные астрономические данные, строение атмосферы и ядра, описание колец и спутников.

Астрономические данные Сатурна

Максимальное расстояние от Солнца (афелий) 1,513 млрд. км (10,116 а.е.)
Минимальное расстояние от Солнца (перигелий) 1,354 млрд. км (9,048 а.е.)
Диаметр по экватору 120 540 км
Средняя температура верхних слоёв атмосферы -180º С
Период обращения вокруг Солнца 29,458 земного года
Период обращения вокруг оси 10 ч 34 мин 13 с
Количество колец 8
Количество спутников 62

Описание планеты

Эта планета - бледно-золотой шар, окружённый тончайшим кольцом - получила своё название от имени древнеримского бога посевов, отца Юпитера. Шестой по счёту в Солнечной системе и второй по величине, Сатурн обращается вокруг нашего светила на среднем расстоянии в 1,4 млрд. км, отстоя от звезды вдвое дальше, чем Юпитер. Вещество этого небесного тела так же, как Юпитера, Урана и Нептуна, имеет небольшую среднюю плотность (0,69 г/см 3) , поскольку состоит в основном из газов; тем не менее относящийся к планетам-гигантам Сатурн примерно в 95 раз массивнее Земли.

В силу большого отстояния от центра Солнечной системы его орбитальный период (т. е. сатурнианский год) весьма продолжителен и составляет около 29,5 земного. При этом обращение Сатурна вокруг своей оси происходит значительно быстрее, нежели у Земли: один день здесь длится всего 10 ч 34 мин. Скорость движения облаков над экваториальной зоной планеты такова, что полный оборот они совершают на 26 минут быстрее, чем облака в более высоких широтах; причина тому - огромной силы (около 500 м/с) ветры, дующие в верхних слоях атмосферы.

Атмосфера и ядро

Сатурн окутан плотным, заполненным облаками слоем газов. Основу его атмосферы составляют гелий и водород; облака состоят главным образом из кристаллов воды и аммиака. Так же, как и у ближайшего соседа по Солнечной системе - Юпитера, в видимых атмосферных слоях этой планеты присутствуют определённые участки, окрашенные как в более тёмные, так и в более светлые тона (так называемые пояса и зоны соответственно); они вполне чётко различимы, хотя и менее контрастны, чем у Юпитера. Кроме того, здесь также наблюдаются относительно стабильные атмосферные возмущения - например, Большое белое пятно, которое существовало в течение нескольких месяцев, а затем возродилось примерно три десятилетия спустя; гигантское овальное образование размером с Землю, расположенное недалеко от северного полюса, было названо Большим коричневым пятном.

Достигающий в диаметре примерно 120,5 тыс. км неправильный шар (атмосфера планеты сильно подвержена сплющиванию на полюсах, поскольку быстрое вращение способствует «выдавливанию» её в экваториальные области) состоит из нескольких слоёв. Предполагается, что в её глубинах скрываются минимум два слоя жидкого водорода, причём один из них, состоящий из так называемого металлического водорода, может проводить электричество.

Ядро Сатурна представляет собой огромную сферу, слагаемую, видимо, камнями и льдом. По предположениям учёных, своими размерами она превышает ядро Юпитера (около 30 тыс. км): косвенным свидетельством этого является более активное перемещение атмосферных масс от полюсов к экватору.

Кольца

Поскольку ось планеты очень сильно - более чем на 63º - наклонена к плоскости орбиты, земные астрономы имеют прекрасную возможность наблюдать эти удивительные образования в плане. Считается, что впервые увидел их Галилео Галилей (1564-1642) в 1610 году, но из-за несовершенства телескопа они были сочтены цепью спутников; только полвека спустя голландскому учёному Гюйгенсу удолось выяснить, что это кольцо, окружающее планету и нигде с ней не соприкасающееся.

Из-за движения Сатурна по орбите кольца медленно поворачиваются к нам то одной, то другой стороной; каждые 15 лет они располагаются к нам ребром, и тогда их нельзя разглядеть даже в самые мощные телескопы. Первое время считалось, что это огромный монолит, но более поздние исследования опровергли эту теорию. В частности, информация, полученная от космических аппаратов серий «Пионер» и «Вояджер» в 1970-1980 годах, свидетельствовала: Сатурн окружает ни много ни мало семь колец, причём структура каждого весьма сложна. Восьмое кольцо - кольцо Феба - диаметром более 13 млн. км, было открыто в 2009 году. Существует также предположение о наличии системы колец у одного из спутников Сатурна - Реи.

Судя по всему, кольца являются остатками того допланетного облака, которое породило все тела Солнечной системы, и состоят из небольших - от 1 мм до нескольких метров - пылевых частиц, покрытых льдом. При средней толщине от 10 м до 10 км их диаметр составляет 270 тыс. км. Три самые яркие названы A, B и C; в отличие от колец D, E, F и G, более узких и тусклых, они неплохо различимы с Земли даже в слабый телескоп. Кольца A и B разделяет так называемая щель Кассини (по имени итальянского астронома, жившего в XVII-XVIII ст.); подобная же «прореха» в теле кольца A называется щелью Энке. Кроме того, автоматическая станция «Кассини» в начале 2004 года обнаружила наличие у Сатурна радиационного пояса внутри колец, что стало для учёных полной неожиданностью.

Спутники

Кроме миллиардов крохотных лун, составляющих его кольца, Сатурн обладает и большим количеством спутников - 62. Их размер и форма очень различны: есть объекты, подобные Япету и Рее (средние диаметры 1 436 и 1 528 км соответственно), а есть - небольшие сателлиты, такие как Атлас (около 32 км) и Телесто (24 км). Благодаря современному оборудованию в последние годы стало возможным открытие множества мельчайших по космическим меркам спутников, диаметр которых составляет менее 10 км.

Самый большой спутник Сатурна - Титан, его диаметр равен 5 150 км и во всей Солнечной системе он уступает лишь спутнику Юпитера Ганимеду. Титан - один из наиболее интересных спутников Сатурна: считается, что процессы, происходящие в его атмосфере (85 % азота, около 12 % аргона и 3 % метана), схожи с теми, что миллиарды лет назад можно было бы обнаружить на юной Земле. 14 января 2005 года на эту планету был спущен зонд «Гюйгенс», передавший немало ценной научной информации.

Периоды обращения и радиусы орбит в каждой из трёх групп спутников Сатурна - Тефии, Телесто и Калипсо, Дионы и Елены, Януса и Эпиметия - одинаковы. Есть и другие интересные факты: например, щель Энке внутри кольца A возникла благодаря спутнику Пану, орбита которого лежит в той же плоскости, а спутники Атлас и Прометей, между орбитами которых расположилось кольцо F, не дают составляющим его частицам разлететься в пространстве (за это они получили прозвище «луны-пастухи»).

Помимо Сатурна, кольцами также обладают и другие планеты Солнечной системы: Юпитер, Уран и Нептун.

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. Атмосфера из огромного количества газообразного гелия и водорода толстым слоем обволакивает ядро. Поскольку планета состоит главным образом из газа, а твердая поверхность отсутствует, Сатурн причисляют к газовым гигантам. По той же причине его средняя плотность невероятно мала – 0,687 г/см 3 , 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.

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

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.

Атмосфера

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.

Кольца

Когда мы говорим о Сатурне, первое, что приходит на ум, – это его удивительные кольца. Наблюдения космических аппаратов показали, что все газовые планеты имеют кольца, но только у Сатурна они отчетливо видны и ярко выражены. Кольца состоят из мельчайших частиц льда, камней, пыли, обломков метеоритов, втянутых гравитацией системы из космического пространства. Они обладают большей отражательной способностью, чем диск самого Сатурна. Система колец состоит из трех основных и более тонкого четвертого. Их диаметр – примерно 250 000 км, а толщина – менее 1 км. Кольца названы буквами латинского алфавита по порядку, от периферии к центру. Кольца А и В между собой разделяются пространством шириной в 4000 км, называемым щелью Кассини. Внутри внешнего кольца А также есть щель – разделительная полоса Энке. Кольцо В – самое яркое и широкое, а С практически прозрачно. Более тусклые и самые близкие к внешней части атмосферы Сатурна кольца D, E, F, G были открыты позже. После того, как космическими станциями были получены снимки планеты, стало ясно, что на самом деле все крупные кольца состоят из множества более тонких колец.

Существует несколько теорий происхождения и образования колец Сатурна. Согласно одной из них, кольца образовались в результате «захвата» планетой некоторых своих спутников. Они разрушались, а их осколки равномерно распределялись по орбите. Вторая гласит, что кольца сформировались вместе с самой планетой из первоначального облака пыли и газа. Частицы, из которых состоят кольца, не могут образовать более крупные объекты наподобие спутников из-за слишком малых размеров, беспорядочного движения и соударений между собой. Стоит заметить, что система колец Сатурна не считается абсолютно стабильной: часть вещества утрачивается, поглощаясь планетой или рассеиваясь в околопланетное пространство, а часть, наоборот, возмещается при взаимодействии комет и астероидов с гравитационным полем.

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.

Планета Сатурн

Сатурн был самой отдаленной из пяти планет, известных древним народам.
В 1610 итальянский астроном Галилео Галилей был первым, который рассмотрел Сатурн через телескоп. К его удивлению он видел несколько объектов по обе стороны от планеты. Он делал рисунки Сатурна, как отдельных сфер, полагая, что Сатурн имел тройное тело.
В 1659 голландский астроном Христиан Гюйгенс, используя более сильный телескоп, чем Галилео, предположил, что Сатурн окружен тонким, плоским кольцом. В 1675 астроном итальянского происхождения Жан-Доминик Кассини обнаружил разрыв между тем, что теперь называют кольцами A и B.
Как и , Сатурн состоит главным образом из водорода и гелия. Его объем в 755 раз больше, чем объем .
Ветры в верхней атмосфере дуют со скоростью 500 м/сек в экваториальном регионе. (Cамые сильные ветры ураганной силы на Земле достигают высшего уровня или скорости 110 м/сек.)
Эти сверхбыстрые ветры, нагретые высокой температурой, внутри планеты, вызывают желтые и золотые полосы, видимые в атмосфере.

В начале 1980-ых, космический корабль Voyager 1 и Voyager 2 космических корабля показали, что кольца Сатурна состоят главным образом изо льда и пыли.
Кольцевая система Сатурна простирается на сотни тысяч километров от планеты, а вертикальная ширина кольца составляет, как правило, приблизительно 10 м.
Во время равноденствия Сатурна осенью 2009, когда солнечный свет осветил кольцевой край, космический корабль Cassini заснял вертикальные формирования в некоторых кольцах; частицы формировали скопления, размером около 3 км.

Самый большой спутник Сатурна: Титан, он немного больше, чем планета Меркурий.
Титан - второй по величине спутник в солнечной системе; его превосходит спутник Юпитера Ганимед.
Титан покрыт богатой азотом атмосферой, которая могла бы быть подобной тому, которая ранее была на Земле.
Дальнейшее исследование этого спутника обещает рассказать многое о планетарном формировании и, возможно, о первых годах существования Земли.
У Сатурна также есть много ледяных спутников меньшего размера. Каждый спутник Сатурна уникален.

Хотя магнитное поле Сатурна не так сильно, как у Юпитера, но, тем не менее, оно более чем в 500 раз сильнее земного.
Спутники Сатурна находятся вблизи, или лучше сказать в пространстве его собственной магнитосферы.

Космический корабль Кассини, на орбите Сатурна с 2004, продолжает исследовать планету и ее спутники, кольца и магнитосферу. На июль 2009 - Кассини передал более 200 000 изображений.
Спутники Сатурна
Сатурн, шестая планета от Солнца, является пристанищем для огромного массива интригующих и уникальных миров.

Христиан Гюйгенс открыл первый известный спутник Сатурна. Он это сделал в 1655 году – это был Титан.
Джованни Доменико Кассини сделал следующие четыре открытия спутников: Япет (1671), Рею (1672), Диона (1684), и Тетис.

На данный момент в общей сложности открыто 53 природных спутников на орбите Сатурна. Каждый из спутников Сатурна имеет уникальную историю. Два спутника создают пробелы в основных кольцах. Некоторые из них, такие, как Прометей и Пандора, находятся внутри кольца Сатурна.
Янус и Эпиметей иногда проходят так близко друг к другу, что они при взаимодействии меняют траекторию орбиты.

Вот примеры некоторые из спутников Сатурна:

Титан настолько большой, что он влияет на орбиты других спутников. Он 5150 км в поперечнике, это второй по величине спутник в Солнечной системе.
Титан имеет атмосферу, она состоит в основном из азота.
Атмосфера Титана состоит на 95% из азота со следами метана. Атмосфера Земли простирается примерно на 60 км от поверхности, Атмосфера Титана простирается почти на 600 км (в десять раз больше, чем атмосфера Земли) в пространстве.

Спутник Япет имеет одну сторону яркую как снег, и одну сторону как черный бархат.

Фиби вращается вокруг планеты в направлении, противоположном вращению всех больших спутников Сатурна.

Мимас имеет огромный кратер, с одной стороны, как результат воздействия, которое почти раскололо спутник на 2 части.

Параметры планеты Сатурн:

Расстояние от Солнца:

Среднее: 1 426 666 422 км
Для сравнения: 9,537 Расстояний Земли от Солнца

Перигелий (минимальное) : 1 349 823 615 км
Для сравнения: 9,176 Расстояний Земли от Солнца

Апогелий (максимальное) : 1 503 509 229 км
Для сравнения: 9,885 Расстояний Земли от Солнца

Период обращения (длина года):

29,447498 земных лет
10 755,70 земных суток

Длина окружности орбиты:

Метрика: 8957504604 км
Для сравнения: 9,530 окружности Земли

Средняя скорость движения по орбите:

34701 км/ч
Для сравнения: 0,324 скорости движения по орбите Земли

Средний радиус планеты:

58232 км
Для сравнения: 9,1402 радиуса Земли

Экваториальная окружность:

365 882,4 км
Для сравнения: 9,1402 окружностей Земли

Объем

827 129 915 150 897 км 3
Для сравнения: 763,594 объема Земли

Масса:

568 319 000 000 000 000 000 000 000 кг
Для сравнения: 95,161 масс Земли

Плотность:

0,687 г / см 3
Для сравнения: 0,125 плотности Земли

Площадь:

42 612 133 285 км 2
Для сравнения: 83,543 площади Земли

Поверхностная гравитация:

10,4 м/с 2
Английский: 34,3 м/с 2
Для сравнения: если вы весите 100 кг на Земле, будет весить около 107 кг на Сатурне (на экваторе).

Вторая космическая скорость:

35,5 км/сек

Период вращения (длина дня):

0,444 земных суток
10,656 часов
Для сравнения: 0,445 длинны суток Земли

Средняя температура:

-178 ° C

Состав атмосферы Сатурна:

Водород, гелий
Научное Примечание: H 2 , He
Для сравнения: атмосфера Земли состоит в основном из N 2 и O 2 .