Сатурн

Шестая от Солнца планета Солнечной системы и самая далекая из видимых невооруженным глазом, Сатурн представляет собой газовый гигант, похожий по строению на Юпитер. О спутниках Сатурна мы подробно говорили в следующей статье.

Сатурн

Содержание

1. Краткая характеристика Сатурна
2. Описание и особенности Сатурна
3. Миссии к Сатурну
4. Плавучий мир
5. Кольца Сатурна
6. Кольца, колечки и щели
7. Формирование колец Сатурна

Краткая характеристика Сатурна

• Первооткрыватель: неизвестен
• Время открытия: доисторический период
• Назван в честь: древнеримского бога сельского хозяйства
• Масса: 95,16 земных
• Объем: 763,59 земного
• Средний радиус: 58232 км
• Эффективная температура: -178 °С
• Продолжительность дня: 10,66 часа
• Год: 29,48 земного года
• Количество естественных спутников: 82
• Система колец: есть

Описание и особенности Сатурна

Этот газовый гигант является самой удаленной от Солнца планетой, которую можно увидеть невооруженным глазом. Во внутренней области Сатурна находится относительно небольшое ядро из железа, никеля и льда, покрытое тонким слоем металлического водорода. Выше лежит смесь жидкого водорода с гелием и газообразный внешний слой.

Кликните по картинке, она откроется в новом окне и ее можно будет увеличить

По виду внешняя атмосфера Сатурна гораздо спокойнее и однороднее, чем юпитерианская, однако скорость ветров, дующих в его атмосфере, местами может существенно превышать скорости ветра на Юпитере. Верхние слои атмосферы Сатурна состоят преимущественно из водорода (порядка 96%), гелия в них в 3 раза меньше, чем в атмосфере Юпитера. Имеются примеси метана, аммиака, фосфина, этана и др., а аммиачные облака в верхних слоях атмосферы мощнее юпитерианских.

Верхние слои атмосферы Сатурна разделены на слабоокрашенные светлые зоны и чуть более темные пояса. Динамика ветров в каждом слое определяется быстрым вращением планеты.

Получая энергию от быстрого вращения гиганта, ветра на Сатурне дуют со скоростями, достигающими невозможных для Земли значений. Ученые оценили скорость ветра на экваторе планеты временами она достигала 1800 км/ч.

Хотя и более слабое, чем у Юпитера, магнитное поле Сатурна во много раз превышает земное. Ось вращения планеты-гиганта и его магнитная ось практически совпадают, что нехарактерно для Солнечной системы. Некоторые данные наблюдений, связанные с Сатурном, ученые еще не в состоянии интерпретировать.

Скорость вращения 35 500 км/ч является причиной вытянутости планеты посередине. Экваториальный диаметр Сатурна приблизительно на 12 000 км превышает его диаметр между полюсами.

За скучной, но заметной зонально-полосатой структурой атмосферы Сатурна вел наблюдения аппарат НАСА «Кассини». Как и у его старшего брата, Юпитера, в атмосфере Сатурна наблюдаются темные пояса и светлые зоны.

Дующие на Сатурне ветра - выдающаяся характеристика его атмосферы. Скорости ряда воздушных потоков могут достигать 1800 км/ч - это самые быстрые ветра в Солнечной системе. На планете также наблюдается короткоживущий шторм, известный как Большое белое пятно (или овал). Эта деталь атмосферы появляется на Сатурне каждый год (который длится здесь около 30 земных лет) приблизительно во время летнего солнцестояния в северном полушарии Сатурна. Это атмосферное образование названо по аналогии с Большим Красным Пятном на Юпитере. Впервые Большое белое пятно заметили еще в 1876 году и с тех пор наблюдают периодически.

Сатурн в разрезе. Здесь представлены наиболее достоверные научные представления о строении Сатурна. Как и Юпитер, он, вероятно, имеет каменное ядро, окруженное металлическим водородом, и все это погружено в смесь жидкого водорода и гелия.

Как и Юпитер, Сатурн обладает сильным магнитным полем, в его полярных областях, как и на Земле, наблюдаются полярные сияния, вызванные движением заряженных частиц солнечного ветра вдоль силовых магнитных линий магнитосферы гиганта.

Миссии к Сатурну

Ученые послали к этому гиганту ряд космических аппаратов. Между 1979 и 1982 годом мимо планеты пролетели «Пионер» и «Вояджер», направлявшиеся к внешней границе Солнечной системы. Они открыли несколько неизвестных ранее спутников Сатурна, получили информацию о структуре и процессах, происходящих в его кольцах. Затем, в 1997 году, к планете был запущен космический аппарат «Кассини», который достиг ее в 2004 году. Вся самая ценная информация о кольцах и спутниках Сатурна получена именно им. В 2017 году, после 13 лет образцовой работы, автоматическая станция была направлена в атмосферу гиганта и сгорела в ней, чтобы не допустить загрязнения чужого мира земными микроорганизмами. «Кассини» собирал и передавал научные данные вплоть до момента своего разрушения.

Одно из последних изображений Сатурна, сделанное космическим аппаратом «Кассини» перед тем, как он был направлен в верхние слои атмосферы этого гиганта, где сгорел, чтобы избежать загрязнения спутников Сатурна земными микроорганизмами.

Когда ученые смотрят на Сатурн, они редко концентрируют свое внимание именно на планете. В первую очередь они фокусируются на выдающейся системе колец гиганта (о которой мы поговорим в следующем разделе) и на его спутниках.

Плавучий мир

Плотность планет нашей Солнечной системы очень разнится: самой плотной является наша Земля, а наименее плотным - Сатурн. Плотность любого объекта обусловлена содержанием вещества в нем, или же, говоря математическим языком, плотность - это масса объекта, деленная на его объем. Плотность воды 1 г/см³ - это отправная точка вычислений. Железо, например, имеет плотность около 7,9, в то время как Земля - 5,5. Интересно, что лед имеет плотность 0,92, то есть он менее плотный, чем вода. Это объясняет, почему лед остается на поверхности замерзших водоемов - любой материал с плотностью меньше 1 будет тонуть в воде.

Чтобы найти среднюю плотность планеты, мы должны определить ее массу и объем. Последний определяется легко, если мы знаем расстояние до планеты и угловые размеры ее диска, то мы можем определить ее радиус. Массу найти немного сложнее, но если у планеты есть спутники, то по наблюдениям за их движением по орбитам мы можем определить и массу материнской планеты.

Применив эти методы к Сатурну, ученые получили, что его объем в 764 раза больше, чем объем Земли, а масса всего в 95 раз превышает земную. То есть плотность Сатурна составляет всего 0,69 - меньше, чем плотность льда и даже Солнца. Если бы удалось найти сосуд с водой достаточно большой для того, чтобы вместить Сатурн, то он бы плавал на поверхности!

Сатурн не утонул бы в воде

Кольца Сатурна

Кольца Сатурна — наиболее зрелищный объект в Солнечной системе. Они состоят преимущественно из глыб водяного льда, находящихся на орбите гиганта, и создают потрясающую картину благодаря отражаемому солнечному свету, видимому с Земли даже в небольшие телескопы. Как и множество других объектов в Солнечной системе, первым кольца Сатурна увидел Галилей. Поскольку его инструмент совсем не соответствовал современным стандартам, ученый увидел кольца как два пятна по сторонам диска планеты и поначалу принял их за спутники. Однажды он даже приписал Сатурну обладание «ушами». Так обстояли дела вплоть до 1655 года, когда датский астроном Христиан Гюйгенс с помощью усовершенствованного телескопа установил, что «уши» на самом деле являются кольцами, опоясывающими планету.

Кольца Сатурна A и F, простирающиеся на фоне Титана и крошечного Эпиметея.

• Первооткрыватель: Галилео Галилей
• Время открытия: июль 1610 года
• Названы в честь: кольца, щели и деления названы по алфавиту в порядке обнаружения и в честь ученых
• Самые большие кольца и расстояния от центра сатурна: D: 67 000 — 74 490 км, C: 74 490 — 91 980 км, B: 91 980 — 117 500 км, A: 122 050 — 136 770 км, G: 166 000 — 174 000 км, E: 180 000 — 480 000 км

Кольца Сатурна (цвета изменены).

Хотя мы и знаем сегодня, что все планеты-гиганты имеют системы колец, кольца Сатурна остаются самыми значительными планетными кольцами в Солнечной системе. С самого момента их обнаружения они не переставали возбуждать человеческое воображение. Например, изданная в 1837 году книга английского священника Томаса Дика с высокопарным названием «Небесные пейзажи, или Чудеса планетной системы, иллюстрирующие совершенство Божественного Творения и множественность миров» оценивала количество проживающих на кольцах Сатурна в 8 141 963 826 080 человек!

Кликните по картинке, она откроется в новом окне и ее можно будет увеличить

Кольца Сатурна

Среди колец Сатурна есть и совсем тонкие, и большие кольца, как A, B и C. Их разделяют так называемые щели, среди которых также есть более и менее широкие.

К несчастью почтенного священника, ученые в XVIII - XIX веках однозначно установили, что кольца Сатурна не могут быть ни жидкими, ни твердыми, как космический хула-хуп. В противном случае силы, воздействующие на кольца, делали бы их нестабильными. Вскоре после того стало понятно, что система колец - это система находящихся на орбите гиганта частиц. На сегодняшний день известно, что кольца состоят из большого количества частичек льда разного размера, от совсем небольших (от 1 см в диаметре) до валунов (в несколько метров в поперечнике). Наиболее поразительным является то, что, несмотря на их оптическую яркость, кольца очень тонкие. Численные оценки показывают, что средняя толщина колец составляет около 10 м, как обычное двухэтажное здание.

Кольца, колечки и щели

В то самое время, когда ученые пытались подвести теоретическую основу под движение колец, астрономы снова и снова наводили на них свои телескопы, чтобы обнаружить что-нибудь интересное в их структуре. В 1675 году итальянский астроном Джованни Кассини (1625-1712) обнаружил, что кольца не являются цельным образованием, а имеют между собой промежутки. В действительности, как видно с Земли, в системе колец есть две наиболее широкие щели, которые делят систему на три части. Эти части (как это ни скучно) были названы кольцами A, B и C. С того момента вновь открываемые кольца именовались в алфавитном порядке вплоть до буквы G, и только нескольким были даны имена по спутникам, которые оказывали на них наибольшее влияние. Хотя в миллионе километров от Сатурна есть слабые кольца, состоящие из пыли, первичная система колец простирается в диапазоне от примерно 74 000 км от центра до примерно 137 000 км. Для сравнения: Луна отстоит от Земли в среднем на 375 000 км.

Кольца Сатурна называли в алфавитном порядке по мере того, как открывали их. Щели между кольцами носят имена астрономов. Судя по всему, щели - результат влияния множества спутников планеты.

Когда космический корабль «Вояджер» в 1980 году пролетел через кольца Сатурна и, разумеется, когда на орбите планеты появился космический аппарат «Кассини» в 2004-м, наши знания о кольцах существенно умножились.

Частицы изо льда и породы, составляющие кольца Сатурна, в представлении художника. Они могут быть размером с гальку и с крупный камень. Спутники Сатурна выполняют роль «пастухов» по отношению к ледяным частицам колец, удерживая их на орбите благодаря гравитации.

Теперь нам известно, что они представляют собой комплексную структуру и что их отделяют друг от друга тонкие щели. Однако и эти щели пустыми не являются: в них содержится меньше вещества, чем в собственно кольцах. Похоже, что их существование поддерживается гравитационным влиянием спутников Сатурна. В некоторых случаях близко расположенные спутники Сатурна просто расчищают себе дорогу, в других случаях их влияние комплексное, но в конечном счете структуру колец определяет совокупное воздействие спутников и их гравитации.

Возможным исключением из общего правила являются так называемые спицы - феномены, периодически наблюдаемые со спутников. Это линии, бегущие поперек колец, светлые или темные в зависимости от того, отражается от них свет или проходит насквозь. Предположительно они образованы микроскопическими частицами пыли, появившимися во время штормов на Сатурне и подвешенными над кольцами статическим электричеством.

Формирование колец Сатурна

В заключение обратимся к вопросу о том, как могла сформироваться система колец Сатурна. Наиболее популярной теорией является такая: частички, составляющие кольца, являются обломками древнего спутника. Количество материала в кольцах сравнимо с тем, которое обнаружено во многих существующих спутниках Сатурна. Различные гипотезы разрушения этого спутника исходят из того, что она либо подошла на слишком близкое расстояние к Сатурну и была разорвана силой его гравитации, либо имело место столкновение. Если гипотеза о столкновении верна, то кольца Сатурна являются еще одним обоснованием теории так называемой Поздней тяжелой бомбардировки, которая происходила около 4 миллиардов лет назад и существенно преобразила небесные тела.