Сатурна и орбиты планет солнечной. Сообщение о планете сатурн

Планета Сатурн, пожалуй, имеет самый необычный вид среди всех планет Солнечной системы. Даже мало знакомый с астрономией человек легко узнает Сатурн по огромным кольцам, которые его опоясывают. Однако кольца являются не единственной интересной деталью, которые человечеству удалось узнать о гигантской загадочной планете.

Две теории возникновения Сатурна

Как возник и сформировался Сатурн доподлинно неизвестно. Однако существуют две теории, с помощью которых это пытаются объяснить.

1. Теория аккреции (то есть, прироста). Согласно этой теории, образование планеты проходило в два этапа: сначала Сатурн сформировался по принципу твёрдых планет, а затем в его атмосферу стало попадать всё больше газообразных веществ из зоны Юпитера, что в конце концов повлияло на состав Сатурна.
2. Теория контракции (то есть, притяжения). Теория притяжения гласит, что Сатурн образовался в ранний этап формирования нашей Солнечной системы из огромных сгустков космического вещества.

История названия

Название «Сатурн» имеет древнеримское происхождение. Изначально Сатурн был римским богом-земледельцем и покровителем строительства, и поэтому пользовался в народе огромным уважением. Именно в его честь в декабре римляне устраивали грандиозные празднества, которые назывались Сатурналии. Однако потом популярность Сатурна уменьшилась, так как его стали отождествлять с древнегреческим Кроносом - богом времени, титаном и отцом главных олимпийских богов, который пожирал своих детей и затем был свергнут своим сыном Зевсом.

О параметрах

Сатурн расположен между Юпитером с одной стороны, и Ураном - с другой. Относительно Солнца Сатурн находится на шестом месте. Данная планета считается «газовым гигантом», это делает её схожей с Ураном, Юпитером и Нептуном. Сатурн, как и все планеты этой группы, практически полностью состоит из газообразных веществ и поэтому на нём отсутствует твёрдая поверхность.

Сатурн - вторая по величине планета, уступает лишь Юпитеру - своему "соседу слева". Масса Сатурна больше массы нашей планеты практически в 90 раз, а диаметр его экватора составляет 120536 км, что больше экватора Земли почти в 10 раз. Однако по плотности Земля остаётся впереди (в 8 раз), а плотность Сатурна уступает не только всем остальным планетам Солнечной системы, но даже воде.

На полный оборот вокруг собственной оси окольцованный гигант тратит всего 10 с половиной часов, однако, на полное обращение вокруг Солнца он тратит чуть меньше 30 лет. Для сравнения, у Земли это занимает 24 часа и 1 год. Интересен тот факт, что Сатурн обращается вокруг своей оси быстрее, чем вокруг орбиты, это делает «кольцевую планету» по-настоящему уникальной.

Знаменитые кольца

Как известно, кольцами обладают все планеты газовой группы. Однако именно кольца Сатурна являются самыми заметными и выделяют его среди прочих планет. Ещё голландский исследователь Христиан Гюйгенс предполагал, что кольца Сатурна состоят из огромного количества мелких частиц и не являются сплошными. Более поздние исследования подтвердили его догадку.

Всего существует 4 кольца Сатурна. Три из них являются главными, а четвёртое является более тонким, и поэтому менее заметным. Главные кольца принято обозначать тремя литерами латинского алфавита - A, B и C.

1. Кольцо А. Расстояние до Сатурна: от 122 200 до 136 800 км. Ширина: 14 600 км.
2. Кольцо В. Расстояние до Сатурна: от 92 000 до 117 500 км. Ширина: 25 500 км.
3. Кольцо С. Расстояние до Сатурна: от 74 500 до 92 000 км. Ширина: 17 500 км.

При близком рассмотрении становится заметно, что главные кольца Сатурна на самом деле состоят из более мелких колец, отделённых друг от друга «щелями». Частицы, из которых образуются кольца, почти полностью состоят изо льда. Интересен следующий факт: имея колоссальный диаметр, кольца Сатурна являются крайне тонкими, их толщина даже не превышает 1 км.

Некоторая информация о спутниках

На сегодняшний день науке известны 62 естественных спутника Сатурна, 53 из которых названы собственными именами. В целом они делятся на регулярные (24 штуки) и нерегулярные (38 штук). По большей части они имеют малый размер и состоят изо льда и камней.

Крупнейшим спутником Сатурна считается Титан, который по величине является вторым в системе, уступая только Ганимеду.

Любопытен следующий факт: «Кассини» - знаменитый космический аппарат, обнаружил ещё один вид спутников Сатурна, которые находятся прямо в кольцах планеты. Учёные предполагают, что их количество составляет несколько миллионов.

Атмосфера кольцевого гиганта

Как правило, атмосфера Сатурна условно делится на два главных слоя: нижний и верхний.

Нижний слой атмосферы состоит из воды и гидросульфита аммония.

Верхний слой атмосферы планеты практически полностью состоит из водорода (более, чем на 96%). Помимо этого, в его составе присутствуют гелий (менее 4%) и примеси других веществ: этана, аммиака, метана, фосфина и прочих газов.

Наука располагает данными, согласно которым на Сатурне периодически появляются ураганы огромной мощности. Кроме того, в атмосфере Сатурна наблюдаются ветра, при том очень сильные (500 метров в секунду!). Как правило, они дуют на восток, то есть по осевому вращению и наиболее сильно проявляются ближе к экватору.

Особенно интересен следующий факт - на одном из полюсов планеты можно обнаружить новый вид полярного сияния в виде овальных колец. Впервые этот феномен был обнаружен английскими астрономами, а в дальнейшем с помощью полученных инфракрасных и ультрафиолетовых фотоснимков Сатурна, учёные смогли предположить, что, вероятно, это связано с колебаниями магнитосферы планеты из-за «солнечного ветра».

Сатурн может «похвастаться» ещё одним явлением, знакомым каждому землянину. Шторма и ураганы на планете очень сильно влияют на электромагнитную активность Сатурна, что вызывает мощные молнии в его атмосфере.

Каков Сатурн изнутри?

Внутренний состав Сатурна довольно сильно схож с составом Юпитера. Основным компонентом внутреннего строения планеты, как и её атмосферы, является водород.

Структура Сатурна:

• Поверхностный слой. Предположительно, состоит из гелия и жидкого (молекулярного) водорода.
• Внутренний слой. Состоит из тех же элементов, что и верхний слой. Однако в данном случае водород под действием давления превратился в из жидкого в металлический. Судя по всему, именно металлический водородный слой создаёт магнитосферу Сатурна.
• Ядро. Расположено в самом центре планеты, и состоит изо льда, силикатных и металлических элементов.

Загадочный шестиугольник

Во время выполнения своей миссии космические зонды «Вояджер», а затем и космическая станция «Кассини» передали на Земли несколько снимков Сатурна, на которых учёные обнаружили «шестиугольник» - непонятное атмосферное явление на северном полюсе планеты в виде шестиугольника правильной формы. Его поперечная длина - 25 000 км.

Объяснения этого феномена не существует до сих пор, однако учёные делают предположение, что «шестиугольник» является очень мощным и устойчивых атмосферным вихрем.

• Сатурн сформировался более чем 4 миллиардов лет назад.
• Планета хорошо видна с Земли даже через простой телескоп.
• В зависимости от времени года планета меняет свою окраску.
• На планете происходит смена времён года.
• Сам Сатурн отражает свет гораздо меньше, чем его кольца.
• Индусы сопоставляли Сатурн со своим богом Шани - воплощением злого рока.
• Астрология называет Сатурн недобрым куратором, который символизирует неизбежную судьбу.
• Алхимики связывали Сатурн со свинцом - одним из главных химических элементов.
• Самая низкая температура во всей Солнечной системе была замечена именно на Сатурне.

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.

Рассказ о Сатурне для детей содержит информацию о том какая температура на Сатурне, о его спутниках и особенностях. Сообщение о Сатурне Вы можете дополнить интересными фактами.

Краткое сообщение о Сатурне

Са­турн – ше­стая пла­не­та Сол­неч­ной си­сте­мы, ко­то­рую еще на­зы­ва­ют «вла­сте­лин колец».

Пла­не­та по­лу­чи­ла свое на­зва­ние от имени древ­не­рим­ско­го бога пло­до­ро­дия. Пла­не­та из­вест­на с дав­них вре­мен, ведь Са­турн – один из самых ярких объ­ек­тов на нашем звезд­ном небе. Это вто­рая по ве­ли­чине пла­не­та-ги­гант. Коль­ца Са­тур­на, со­сто­я­щие из тысяч твер­дых об­лом­ков кам­ней и льда, вра­ща­ют­ся во­круг пла­не­ты со ско­ро­стью 10 км/с. Кольца Сатурна очень тонкие. При диаметре около 250 000 км их толщина не достигает и километра.

Во­круг пла­не­ты об­ра­ща­ет­ся 62 из­вест­ных на дан­ный мо­мент спут­ни­ка. Титан – самый круп­ный из них, а также вто­рой по раз­ме­рам спут­ник в Сол­неч­ной си­сте­ме (после спут­ни­ка Юпи­те­ра, Га­ни­ме­да), ко­то­рый пре­вос­хо­дит по своим раз­ме­рам Мер­ку­рий и об­ла­да­ет един­ствен­ной среди спут­ни­ков Сол­неч­ной си­сте­мы плот­ной ат­мо­сфе­рой

Сообщение о Сатурне для детей

Шестая планета Сатурн была названа в честь римского бога земледелия. Ее размеры лишь немногим уступают Юпитеру.

Средний диаметр Сатурна составляет 58000 км. Несмотря крупный размер, сутки на Сатурне длятся всего 10 часов 14 минут . Один оборот вокруг Солнца совершается почти за 30 земных лет.

У планеты обнаружено 62 спутника . Среди них наиболее известны Атлас, Прометей, Пандора, Эпиметей, Янус, Мимас, Энцелад, Тефия, Телесто, Калипсо, Диона, Елена, Рея, Титан, Гиперон, Япет, Феба. Спутник Феба, в отличие от всех остальных, обращается в обратном направлении. Кроме того, предполагается существование ещё 3 спутников.

По массе Сатурн уступает Юпитеру более чем втрое. Планета состоит из газов, водорода в нем 94%, а остальное - в основном гелий.

Благодаря этому, скорости ветров на Сатурне выше, чем на Юпитере, – 1700 км/ч. Причем, потоки ветра в южном и северном полушариях планеты симметричны относительно экватора.

Температура поверхности Сатурна -188 градусов по Цельсию: это результат солнечной активности и собственного источника тепла. В центре планеты располагается железокремниевое ядро, с примесью льдов из метана, аммиака и воды, причем химическая решетка льда внутри Сатурна значительно отличается от обычной.

Уникален Сатурн еще и потому, что его плотность меньше, чем плотность земной воды. На этой планете постоянно наблюдаются грандиозные штормы, видимые даже с Земли, сопровождаемые молниями!

Самым примечательным явлением космического бога времени считаются кольца, опоясывающие планету. Они были открыты еще Галилеем в 1610 году. Они вращаются вокруг Сатурна с разной скоростью и состоят из тысяч твер­дых об­лом­ков кам­ней и льда.

Кольца Сатурна очень тонкие. При диаметре около 250 000 км их толщина не достигает и километра Сегодня астрономам известно о наличии 7 главных колец.

В античной мифологии планета Сатурн был божественным отцом Юпитера. Сатурн был богом Времени и Судьбы. Считается, что Юпитер в своем мифическом обличии пошел намного дальше отца. Также Сатурну принадлежит 2-я роль среди планет в Солнечной системе. Сатурн 2-й как по массе, так и по размерам. Но не смотря на это он позади большинство тел солнечной системы по плотности.

Сатурн, не желая мириться с отставанием от Юпитера, обжился огромным количеством спутников и, главное, прекрасным кольцом, благодаря которому 6-я планета серьезно претендует на 1-ое место в борьбе на звание «Великолепие». Благодаря этому очень много астрономических книг на своих обложках предпочитают размещать именно Сатурн, а не Юпитер.

Планета Сатурн имеет возможность достигать отрицательной звездной величины в период противостояния планеты. В простые телескопы легко можно рассмотреть диск и кольцо, если оно хоть чуть-чуть развернуто к Земле. Кольцо из-за движения планеты по орбите меняет свою ориентацию по отношению к Земле. Когда плоскость кольца пересекает Землю, даже в хорошие телескопы разглядеть его практически невозможно: оно очень тонкое. Затем кольцо все больше и больше разворачивается к нам, а планета, соответственно, делается все ярче и ярче с каждым новым противостоянием. В 1-ый год, уже близкого, третьего тысячелетия, в день противостояния 3-го декабря Сатурн разгорится до -0,45-й звездной величины. В этот год кольца максимально развернутся к Земле.

Что еще можно увидеть, смотря на Сатурн? Титан - самый большой спутник. Он имеет блеск порядка 8,5-й звездной величины. Из-за маленькой контрастности, облака Сатурна разглядеть сложнее, чем облачные полосы на Юпитере. Зато легко можно определить сжатие планеты у полюсов, которое достигает 1:10.планеты

Сатурн посетило 3 космических аппарата, которые предварительно побывали на Юпитере: "Пионер 11", "Вояджер 1" и "Вояджер 2.

Общие сведения

Планета Сатурн, наверное, наиболее красивая планета, если смотреть на нее в телескоп или изучать снимки «Вояджеров». Сказочные кольца нельзя спутать ни с какими другими объектами Солнечной системы. Планета известна с самых древних времен. Максимальная видимая звездная величина +0,7m. Эта планета – один из самых ярких объектов на нашем звездном небе. Ее тусклый белый свет создал планете недобрую славу: рождение под знаком Сатурна издревле считалось плохим предзнаменованием.

Кольца видимы с Земли в небольшой телескоп. Они состоят из тысяч и тысяч небольших твердых обломков камней и льда, которые вращаются вокруг планеты.

Период вращения вокруг оси – звездные сутки – составляет 10 часов 14 минут (на широтах до 30°). Так как Сатурн – не твердый шар, а состоит из газа и жидкости, то экваториальные его части быстрее вращаются, чем приполярные области: на полюсах один оборот совершается примерно на 26 минут медленнее. Средний период обращения вокруг оси – 10 часов 40 минут.

Сатурн имеет одну интересную особенность: он – единственная планета в Солнечной системе, чья плотность меньше плотности воды (700 кг на кубический метр). Если бы было возможно создать огромный океан, Сатурн смог бы в нем плавать! По внутреннему строению и составу Сатурн сильно напоминает Юпитер. В частности, на Сатурне в экваториальной области также существует Красное Пятно, хотя оно и меньших размеров, чем на Юпитере.

На две трети планета состоит из водорода. На глубине, примерно равной R/2, то есть половине радиуса планеты, водород при давлении около 300 ГПа переходит в металлическую фазу. По мере дальнейшего увеличения глубины, начиная с R/3, возрастает доля соединений водорода и оксидов. В центре планеты (в области ядра) температура порядка 20000 К.

Всякий, кто наблюдал планеты в телескоп, знает, что на поверхности Сатурна, то есть на верхней границе его облачного покрова, заметно мало деталей и контраст их с окружающим фоном невелик. Этим он отличается от Юпитера, где присутствует множество контрастных деталей в виде темных и светлых полос, волн, узелков, свидетельствующих о значительной активности его атмосферы.

Возникает вопрос, действительно ли атмосферная активность Сатурна (например скорость ветра) ниже, чем у Юпитера, или же детали его облачного покрова просто хуже видны с Земли из-за большего расстояния (около 1,5 млрд. км.) и более скудного освещения Солнцем (почти в 3,5 раза слабее освещения Юпитера)?

"Вояджерам" удалось получить снимки облачного покрова, на которых отчетливо запечатлена картина атмосферной циркуляции: десятки облачных поясов, простирающихся вдоль параллелей, а также отдельные вихри. Обнаружен, в частности, аналог Большого Красного Пятна Юпитера, хотя и меньших размеров. Установлено, что скорости ветров на Сатурне даже выше, чем на Юпитере: на экваторе 480 м/с, или 1700 км/ч. Число облачных поясов больше, чем на Юпитере, и достигают они более высоких широт. Таким образом, снимки облачности демонстрируют своеобразие атмосферы Сатурна, которая даже активнее юпитерианской.

Метеорологические явления происходят при более низкой температуре, нежели в земной атмосфере. Поскольку Сатурн в 9,5 раз дальше от Солнца, чем Земля, он получает в 9,5 =90 раз меньше тепла. Температура планеты на уровне верхней границы облачного покрова, где давление равно 0,1 атм, составляет всего 85 К, или -188 С. Интересно, что за счет нагревания одним Солнцем даже такой температуры получить нельзя. Расчет показывает: в недрах Сатурна имеется свой собственный источник тепла, поток от которого в 2,5 раза больше, чем от Солнца. Сумма этих двух потоков и дает наблюдаемую температуру планеты.

Космические аппараты подробно исследовали химический состав надоблачной атмосферы Сатурна. В основной она состоит почти на 89% из водорода. На втором месте гелий (около 11% по массе). Дефицит гелия объясняют гравитационным разделением гелия и водорода в недрах планеты: гелий, который тяжелее, постепенно оседает на большие глубины (что, кстати говоря, высвобождает часть энергии, "подогревающей" Сатурн). Другие газы в атмосфере - метан, аммиак, этан, ацетилен, фосфин - присутствуют в малых количествах. Метан при столь низкой температуре (около -188° С) находится в основном в капельно-жидком состоянии. Он образует облачный покров Сатурна.

Что касается малого контраста деталей, видимых в атмосфере, о чем говорилось выше, то причины этого явления пока еще не вполне ясны. Было высказано предположение, что в атмосфере взвешена ослабляющая контраст дымка из мельчайших твердых частиц. Но наблюдения "Вояджера-2" опровергают это: темные полосы на поверхности планеты оставались резкими и ясными до самого края диска Сатурна, тогда как при наличии дымки они бы к краям замутнялись из-за большого количества частиц перед ними. Данные, полученные с "Вояджера-1", помогли с большой точностью определить экваториальный радиус. На уровне вершины облачного покрова экваториальный радиус составляет 60330 км. или в 9,46 раза больше земного. Уточнен также период обращения Сатурна вокруг оси: один оборот он совершает за 10 ч. 39,4 мин - в 2,25 раза быстрее Земли. Столь быстрое вращение привело к тому, что сжатие Сатурна значительно больше, чем у Земли. Экваториальный радиус Сатурна на 10% больше полярного.

Поскольку Сатурн весьма сходен с Юпитером по своим физическим свойствам, астрономы предположили, что достаточно заметное магнитное поле есть и у него. Отсутствие же у планеты Сатурн наблюдаемого с Земли магнитно-тормозного радиоизлучения объясняли влиянием колец.

Параметры

Эллиптическая орбита Сатурна имеет эксцентриситет 0,0556 и средний радиус 9,539 а.е. (1427 млн. км). Максимальное и минимальное расстояния от Солнца равны приблизительно 10 и 9 а.е. Расстояния от Земли меняются от 1,2 до 1,6 млрд. км. Наклон орбиты планеты к плоскости эклиптики 2°29,4". Угол между плоскостями экватора и орбиты достигает 26°44". Планета Сатурн движется по своей орбите со средней скоростью 2,64 км/с; период обращения вокруг Солнца составляет 29,46 земных лет.

Планета не имеет четкой твердой поверхности, оптические наблюдения затрудняются непрозрачностью атмосферы. Для экваториального и полярного радиусов приняты значения 60,27 тыс. км и 53,5 тыс. км. Средний радиус в 9,1 раз больше, чем у Земли. На земном небе планета Сатурн выглядит как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звездной величины. Масса составляет 5,6850∙1026 кг, что в 95,1 раз превосходит массу Земли; при этом средняя плотность, равная 0,68 г/см3, почти на порядок меньше, чем плотность Земли. Ускорение свободного падения у поверхности на экваторе равно 9,06 м/с2.

Поверхность Сатурна (облачный слой), как и Юпитера, не вращается как единое целое. Тропические области в атмосфере обращаются с периодом 10 ч 14 мин земного времени, а на умеренных широтах этот период на 26 мин больше.

Внутреннее строение

По внутреннему строению и составу планета Сатурн сильно напоминает Юпитер.

В глубине атмосферы растут давление и температура, и водород постепенно переходит в жидкое состояние. Чёткой границы, отделяющей газообразный водород от жидкого, по-видимому, не существует. Это должно выглядеть как непрерывное кипение глобального водородного океана. На глубине около 30 тыс. км водород становится металлическим (а давление достигает около 3 миллионов атмосфер). Протоны и электроны в нём существуют раздельно и он является хорошим проводником электричества. Мощные электротоки, возникающие в слое металлического водорода, порождают магнитное поле Сатурна (гораздо менее мощное, чем у Юпитера).

На глубине, примерно равной R/2, то есть половине радиуса планеты, водород при давлении около 300 ГПа переходит в металлическую фазу. По мере дальнейшего увеличения глубины, начиная с R/3, возрастает доля соединений водорода и оксидов. В центре планеты находится массивное ядро (до 20 земных масс) из камня, железа и, возможно... льда (в области ядра) температура порядка 20000 К.

Откуда взяться льду в центре Сатурна, где температура около 20 тыс. градусов? Ведь хорошо знакомая нам кристаллическая форма воды - обыкновенный лед - плавится уже при температуре 0 С при нормальном атмосферном давлении. Еще "нежнее" кристаллические формы аммиака, метана, углекислого газа, которые ученые также называют льдом. Например, твердая углекислота (сухой лед, используемый в различных эстрадных шоу) при нормальных условиях сразу же переходит в газообразное состояние, минуя жидкою стадию.

Но одно и то же вещество может образовывать различные кристаллические решетки. В частности, науке известны кристаллические модификации воды, отличающиеся друг от друга не меньше, чем печная сажа - от химически тождественного ей алмаза. Например, так называемый лед VII имеет плотность, почти вдвое превосходящую плотность обычного льда, и при больших давлениях его можно нагревать до нескольких сот градусов! Поэтому не стоит удивляться тому, что в центре Сатурна при давлении в миллионы атмосфер присутствует лед, т.е. в данном случае смесь из кристаллов воды, метана и аммиака.

Атмосфера

Светло-желтый Сатурн внешне выглядит скромнее своего соседа - оранжевого Юпитера. У него нет столь красочного облачного покрова, хотя структура атмосферы почти такая же. Верхние слои атмосферы состоят на 93% из водорода (по объёму) и на 7% - из гелия. Имеются примеси метана, водяного пара, аммиака и некоторых других газов. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских, что делает его не таким "цветным" и полосатым.

По данным «Вояджеров», на планете Сатурн дуют самые сильные ветра в Солнечной системе, 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 ветры не ограничены слоем верхних облаков, они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2 тыс. км. 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.

Хотя пятна атмосферных вихрей на Сатурне уступают по размерам юпитерианскому Большому Красному Пятну, но и там наблюдаются грандиозные штормы, видимые даже с Земли.

Южное полушарие Сатурна. "Ураган Дракона", он хорошо виден на этом изображении, полученном в ближней ИК-области (цвета на рисунке искусственные). Исследуя результаты, полученные Кассини, ученые обнаружили, что "Ураган Дракона" является причиной таинственных вспышек в радиодиапазоне. Возможно, мы видим гигантскую грозу, когда радиошум возникает из-за высоковольтных разрядов в молниях. Снимки,переданные АМС "Вояджер-1", обнаружили несколько десятков поясов и зон, а также различные конвективные облачные образования: несколько сот светлых пятен диаметром 2000 - 3000 км, коричневые образования овальной формы шириной ~10000 км и красное овальное облачное образование (пятно) у 55° ю. ш. Протяженность красного пятна 11 000 км, по размерам оно примерно равно белым овальным образованиям на Юпитере. Красное пятно относительно стабильно. Оно окружено темным кольцом. Полагают, что оно может представлять собой "верх" конвективной ячейки. Считают, что полосы в атмосфере обусловлены температурными перепадами. Число полос достигает нескольких десятков, то есть намного больше, чем наблюдают с Земли, и больше, чем было обнаружено в атмосфере Юпитера. Ученые ожидали найти на Сатурне условия, сравнимые с условиями на Юпитере, поскольку в метеорологических явлениях обеих планет доминирующим фактором является нагрев за счет внутреннего источника тепла, а не поглощения солнечной энергии.

Однако атмосферы Сатурна и Юпитера оказались весьма различными. Например, на Юпитере наибольшие скорости ветра зарегистрированы вдоль границ полос, а на Сатурне - вдоль центральной части полос, в то время как на границах полос и зон ветер практически отсутствует. В поясах и зонах атмосферы Юпитера чередуются западные и восточные потоки, которые разделяются областями сдвига. В отличие от этого, на планете Сатурн обнаружен западный поток в очень широкой полосе от 40° с. ш. до 40° ю. ш. Согласно одной гипотезе, ветры обусловлены циклическим подъемом и опусканием больших облаков аммиака. Южная полярная область сравнительно светлая. В северной полярной области обнаружена темная шапка. Возможно, это указывает на сезонные изменения, которых не ожидали. Один профиль температуры, полученный для северного полушария, показывает, что темные пятна соответствуют сравнительно высокой температуре, а большие светлые области - несколько более низкой.

Получены новые сведения об облаке нейтрального водорода, окружающего Сатурн в той же плоскости, в которой лежат кольца планеты и обращаются ее спутники. Ранее ученые предполагали, что это облако тороидальной формы расположено вдоль орбиты Титана и имеет своим источником атмосферу Титана, где происходит диссоциация метана с освобождением водорода. Однако ультрафиолетовый.спектрометр АМС "Вояджер-1" показал, что облако расположено не вдоль орбиты Титана, а простирается с расстояния 1,5 млн. км от Сатурна (несколько дальше орбиты Титана) до расстояния 480 тыс. км от нее (район орбиты Реи). Общая масса облака 25000 т, что согласуется с имеющимися теориями; плотность всего 10 атомов в 1 см3. В атмосфере иногда появляются устойчивые образования, представляющие собой сверхмощные ураганы. Аналогичные объекты наблюдаются и на других газовых планетах Солнечной системы. Гигантский «Большой белый овал» появляется примерно один раз в 30 лет, в последний раз он наблюдался в 1990 году (менее крупные ураганы образуются чаще).

Не до конца понятным на сегодняшний день остается такой атмосферный феномен, как «Гигантский гексагон». Он представляет собой устойчивое образование в виде правильного шестиугольника с поперечником 25 тыс. километров, которое окружает северный полюс планеты.

В атмосфере обнаружены мощные грозовые разряды, полярные сияния, ультрафиолетовое излучение водорода.

«Гигантский гексагон»

Гигантский гексагон - на сегодняшний день не имеющий строгого объяснения атмосферный феномен на планете Сатурн. Представляет собой геометрически правильный шестиугольник с поперечником в 25 тыс. километров, находящийся на северном полюсе. По всей видимости, гексагон является довольно необычным вихрем. Прямые стены вихря уходят вглубь атмосферы на расстояние до 100 км. При изучении вихря в инфракрасном диапазоне наблюдаются светлые участки, представляющие собой гигантские прорехи в облачной системе, которые простираются, как минимум, на 75 км. вглубь атмосферы.

Впервые эта структура была замечена на ряде снимков, переданных аппаратами Вояджер-1 и Вояджер-2. Поскольку объект ни разу не попал в кадр полностью и из-за низкого качества снимков, то серьёзного изучения гексагона не последовало. Реальный интерес к Гигантскому гексагону появился после передачи его снимков аппаратом «Кассини». Тот факт, что объект снова замечен после миссии Вояджеров, проходившей более четверти века назад, говорит о том, что гексагон представляет собой довольно устойчивое атмосферное образование.

Полярная зима и удачный угол обзора дали специалистам возможность рассмотреть глубинную структуру гексагона. Предполагается, что гексагон не связан с авроральной активностью планеты или её радиоизлучением, несмотря на то, что структура расположена внутри аврорального овала. Вместе с тем, объект, по данным «Кассини», вращается синхронно с вращением глубинных слоёв атмосферы и, возможно, синхронно с её внутренними частями. Если гексагон неподвижен относительно глубинных слоёв Сатурна (в отличие от наблюдаемых верхних слоёв атмосферы в более низких широтах), он может послужить опорой в определении истинной скорости вращения.

Сейчас основной точкой зрения по поводу природы феномена является модель, согласно которой Гигантский гексагон представляет собой некую стабильную волну, окружающую полюс.

Космические характеристики

При пролете около Сатурна АМС "Вояджер-1" обнаружила явления, которые, по-видимому, представляют собой интенсивные всплески радиоизлучения в районе планеты. Всплески происходили во всем регистрируемом частотном диапазоне и, возможно, исходят от колец планеты. Согласно другим предположениям, всплески могли быть порождены молниями в атмосфере планеты. Приборы АМС регистрировали скачок напряжения, в 106 раз превышающий то, что обусловила бы столь же удаленная вспышка молнии в земной атмосфере.

Ультрафиолетовый спектрометр зарегистрировал в южной полярной области Сатурна полярные сияния, охватывающие область протяженностью свыше 8000 км и сравнимые по интенсивности с такими явлениями на Земле.

Магнитосфера

До тех пор, пока первые космические аппараты не достигли Сатурна, наблюдательных данных о его магнитном поле не было вообще, но из наземных радиоастрономических наблюдений следовало, что Юпитер обладает мощным магнитным полем. Об этом свидетельствовало нетепловое радиоизлучение на дециметровых волнах, источник которого оказался больше видимого диска планеты, причем он вытянут вдоль экватора Юпитера симметрично по отношению к диску. Такая геометрия, а также поляризованность излучения свидетельствовали о том, что наблюдаемое излучение магнитно-тормозное и источник его - электроны, захваченные магнитным полем Юпитера и населяющие его радиационные пояса, аналогичные радиационным поясам Земли. Полеты к Юпитеру подтвердили эти выводы.

Поскольку Сатурн весьма сходен с Юпитером по своим физическим свойствам, астрономы предположили, что достаточно заметное магнитное поле есть и у него. Отсутствие же наблюдаемого с Земли магнитно-тормозного радиоизлучения объясняли влиянием колец.

Эти предложения подтвердились. Еще при подлете "Пионера-11" его приборы зарегистрировали в около планетном пространстве образования, типичные для планеты, обладающей ярко выраженным магнитным полем: головную ударную волну, границу магнитосферы (магнитопаузу), радиационные пояса. В целом магнитосфера весьма сходна с земной, но, конечно, значительно больше по размерам. Внешний радиус магнитосферы в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса планеты, а расстояние до ударной волны - 26 радиусов.

Радиационные пояса 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 значительно меньше. Причину этого легко понять, если вспомнить, что в радиационных поясах частицы совершают колебательные движения примерно в меридиональном направлении, каждый раз пересекая экватор. Но у Сатурна в плоскости экватора располагаются кольца: они поглощают почти все частицы, стремящиеся пройти сквозь них. В результате внутренняя часть радиационных поясов, которая в отсутствие колец была бы в системе наиболее интенсивным источником радиоизлучения, оказывается ослабленной. Тем не менее "Вояджер-1", приблизившись к планете, все же обнаружил нетепловое радиоизлучение его радиационных поясов.

Магнитное поле порождается электрическими токами в недрах планеты, - по-видимому, в слое, где под влиянием колоссальных давлений водород перешел в металлическое состояние. При вращении этого слоя с той угловой скоростью вращается и магнитное поле.

Вследствие большой вязкости вещества внутренних частиц планеты все они вращаются с одинаковым периодом. Таким образом, период вращения магнитного поля - это в то же время период вращения большей части массы (кроме атмосферы, которая вращается не как твердое тело).

Полярные сияния

Полярные сияния Сатурна вызваны высокоэнергетическим потоком от Солнца, которое охватывает планету. Полярное сияние может быть замечено только в ультрафиолетовом свете, создание которого не помогает рассмотреть его с Земли.

Это снимок полярного сияния, сделанный в ультрафиолете двумерным спектрографом (STIS) космического телескопа. Расстояние до Сатурна - 1.3 млрд. км. Полярное сияние имеет вид кольцевого занавеса, окружающего оба магнитных полюса планеты. Занавес поднимается более чем на полторы тысячи километров над поверхностью облаков.

Полярное сияние аналогично земному - оба связаны с частицами солнечного ветра, которые захватываются магнитным полем планеты как ловушкой и двигаются вдоль силовых линий от полюса к полюсу туда - обратно. В ультрафиолете полярное сияние лучше выделяется на фоне планеты благодаря сильному люминесцентному свечению водорода.

Изучение началось более 20 лет назад: «Пионер 11» обнаружил увеличение яркости у полюсов в далеком ультрафиолете в 1979г. Пролеты «Вояждеров» 1 и 2 в начале 1980-х дали общее описание полярного сияния. Эта аппараты впервые промерили магнитное поле, которое оказалось очень сильным.

Инфракрасное свечение

Известный своей яркой системой колец и многочисленными спутниками, газовый гигант Сатурн выглядит странным и незнакомым на этом представленном в искусственных цветах снимке, полученном космическим аппаратом «Кассини». Действительно, на этом составном изображении, полученном с помощью визуального и инфракрасного картирующего спектрометра (Visual and Infrared Mapping Spectrometer - VIMS) знаменитые кольца почти не различимы. Они видны с ребра и пересекают центр картинки.

Самый эффектный контраст на изображении - вдоль терминатора, или границы дня и ночи. Сине-зеленые оттенки справа (на дневной стороне) - это видимый солнечный свет, отраженный от вершин облаков. Но слева (на ночной стороне) солнечного света нет, и в инфракрасном излучении теплых внутренних частей планеты, похожем на свет китайского фонарика, видны силуэты деталей более глубоких слоев облаков. Тепловое инфракрасное свечение видно также в тенях колец, широкими полосами пересекающих северное полушарие.

Кольцевая система

С Земли в телескоп хорошо видны три кольца: внешнее, средней яркости кольцо А; среднее, наиболее яркое кольцо В и внутреннее, неяркое полупрозрачное кольцо С, которое иногда называется креповым. Кольца чуть белее желтоватого диска Сатурна. Расположены они в плоскости экватора планеты и очень тонки: при общей ширине в радиальном направлении примерно 60 тыс.км. они имеют толщину менее 3 км. Спектроскопически было установлено, что кольца вращаются не так, как твердое тело, - с расстоянием скорость убывает. Более того, каждая точка колец имеет такую скорость, какую имел бы на этом расстоянии спутник, свободно движущийся по круговой орбите.

Отсюда ясно: кольца по существу представляют собой колоссальное скопление мелких твердых частиц, самостоятельно обращающихся вокруг планеты. Размеры частиц столь малы, что их не видно не только в земные телескопы, но и с борта космических аппаратов.

Характерная особенность строения колец - темные кольцевые промежутки (деления), где вещества очень мало. Самое широкое из них (3500 км) отделяет кольцо В от кольца А и называется "делением Кассини" в честь астронома, впервые увидевшего его в 1675 году. При исключительно хороших атмосферных условиях таких делений с Земли видно свыше десяти. Природа их, по-видимому, резонансная. Так, деление Кассини - это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг планеты Сатурн ровно вдвое меньше, чем у ближайшего крупного спутника - Мимаса.

Из-за такого совпадения Мимас своим притяжением как бы раскачивает частицы, движущиеся внутри деления, и в конце концов выбрасывает их оттуда. Бортовые камеры "Вояджеров" показали, что с близкого расстояния кольца Сатурна похожи на граммофонную пластинку: они как бы расслоены на тысячи отдельных узких колечек с темными прогалинами между ними. Прогалин так много, что объяснить их резонансами с периодами обращения спутников уже невозможно.

Помимо колец А,В и С "Вояджеры" обнаружили еще четыре: D,E,F и G. Все они очень разрежены и потому неярки. Кольца D и E с трудом видны с Земли при особо благоприятных условиях; кольца F и G обнаружены впервые. Порядок обозначения колец объясняется историческими причинами, поэтому он не совпадает с алфавитным. Если расположить кольца по мере их удаления от Сатурна, то мы получим ряд: D,C,B,A,F,G,E. Особый интерес и большую дискуссию вызвало кольцо F.

К сожалению, вывести окончательное суждение об этом объекте пока не удалось, так как наблюдения двух "Вояджеров" не согласуются между собой. Бортовые камеры "Вояджера-1" показали, что кольцо F состоит из нескольких колечек общей шириной 60 км., причем два из них перевиты друг с другом, как шнурок. Некоторое время господствовало мнение, что ответственность за эту необычную конфигурацию несут два небольших новооткрытых спутника, движущихся непосредственно вблизи кольца F, - один из внутреннего края, другой - у внешнего (чуть медленнее первого, так как он дальше от планеты).

Притяжение этих спутников не дает крайним частицам уходить далеко от его середины, то есть спутники как бы "пасут" частицы, за что и получили название "пастухов". Они же, как показали расчеты, вызывают движение частиц по волнистой линии, что и создает наблюдаемые переплетения компонентов кольца. Но "Вояджер-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. Для суждения о причинах и закономерностях этой изменчивости двух наблюдений, конечно, мало. С Земли же наблюдать кольцо F современными средствами невозможно - яркость его слишком мала.

Кольцо D - ближайшее к планете. Видимо, оно простирается до самого облачного шара Сатурна. Кольцо E - самое внешнее. Крайне разряженное, оно в то же время наиболее широкое из всех - около 90 тыс. км. Величина зоны, которую оно занимает, от 3,5 до 5 радиусов планеты. Плотность вещества в кольце E возрастает по направлению к орбите спутника Сатурна Энцелада. Возможно, Энцелад - источник вещества этого кольца. Частицы колец, вероятно, ледяные, покрытые сверху инеем. Это было известно еще из наземных наблюдений, и бортовые приборы космических аппаратов лишь подтвердили правильность такого вывода.

Размеры частиц главных колец оценивались из наземных наблюдений в пределах от сантиметров до метров. Когда "Вояджер-1" проходил вблизи Сатурна, радиопередатчик космического аппарата последовательно пронизывал радиолучом на волне 3,6 см. кольцо А, деление Кассини и кольцо С.

Затем радиоизлучение было принято на Земле и подверглось анализу. Удалось выяснить, что частицы указанных зон рассеивают радиоволны преимущественно вперед, хотя и несколько по-разному. Благодаря этому оценили средний поперечник частиц кольца А в 10 м, деления Кассини - в 8 м и кольца С - в 2 м. Сильное рассеяние вперед, но уже в видимом свете, обнаружено у колец F и E. Это означает наличие в них значительного количества мелкой пыли (поперечник пылинки около десятитысячных долей мм)

В кольце В обнаружили новый структурный элемент - радиальные образования, получившие названия "спиц" из-за внешнего сходства со спицами колеса. Они также состоят из мелкой пыли и расположены над плоскостью кольца. Не исключено, что "спицы" удерживаются там силами электростатического отталкивания. Любопытно отметить: изображения "спиц" были найдены на некоторых зарисовках планеты Сатурн, сделанных еще в прошлом веке. Но тогда никто не придал им значения. Исследуя кольца, "Вояджеры" обнаружили неожиданным эффект - многочисленные кратковременные всплески радиоизлучения, поступающего от колец. Это не что иное, как сигналы от электростатических разрядов - своего рода молнии.

Источник электризации частиц, по-видимому, столкновения между ними. Кроме того, была открыта окутывающая кольца газообразная атмосфера из нейтрального атомарного водорода. "Вояджерами" наблюдалась линия Лайсан-альфа (1216 А) в ультрафиолетовой части спектра. По ее интенсивности оценили число атомов водорода в кубическом сантиметре атмосферы. Их оказалось примерно 600. Нужно сказать, некоторые ученые задолго до запуска к Сатурну космических аппаратов предсказывали возможность существования атмосферы у колец. "Вояджерами" была также сделана попытка измерить массу колец. Трудность состояла в том, что масса колец по крайней мере в миллион раз меньше массы планеты Сатурн. Масса колец заведомо меньше 1,7 миллионных долей массы планеты.

Открытие тонкой структуры колец

Самая "оригинальная" из планет, планета Сатурн, так же, как и Марс, находится под пристальным вниманием астрономического населения Земли.

XVII ВЕК: "Ясно вижу кольцо"

Необычный вид планеты Сатурн впервые подметил Галилео Галилей летом 1610 года. Он "с великим удивлением наблюдал Сатурн не в виде одной звезды, а состоящим из трех неподвижных почти касающихся звезд, при этом центральная крупнее боковых и все три расположены на прямой линии... В трубу с меньшим увеличением они не видны как три отдельные звезды: планета Сатурн представляется удлиненной звездой в форме оливы". Галилей сравнивал боковые звезды с покорными служителями, которые помогают престарелому Сатурну совершать свой путь и всегда держатся по обе стороны от него. Вскоре, однако, природа подшутила над исследователем. В 1612 году кольцо Сатурна оказалось повернутым к Земле ребром и "покорные служители" исчезли из поля зрения галилеевой трубы.

В 1614 году "боковые звезды" Сатурна видел в свою трубу иезуит Кристофер Шайнер, в 1616 году - сам Галилей, а в 30- 50-е годы XVII века их замечали такие известные наблюдатели, как Пьер Гассенди, Франческо Фонтана, Джованни-Батиста Риччиоли, Ян Гевелий. Но хотя отдельные зарисовки планеты определенно показывали кольцевые очертания, разгадать тайну неземного дива никак не удавалось. Даже Гевелий, обнаруживший периодичность смены фаз видимости Сатурна, так и не сумел разобраться, что же представляют собой эти украшения Сатурна. Правильное объяснение "диковинки" планеты и периодических изменений ее вида дал в 1659 году Христиан Гюйгенс, наблюдавший с 1655 года планету Сатурн сначала в 12-футовый, а затем в новый 23-футовый телескоп; "Опоясан кольцом, тонким, плоским, нигде не прилегающим, к эклиптике наклоненным".

Предвидя "недоверие тех, кто считает необычным и неправильным", что он "приписывает небесному телу форму доселе не встречавшуюся, тогда как считается непреложным законом природы, что им подобает сферический вид", Гюйгенс подчеркнул: "я не измыслил это предположение благодаря своей фантазии и воображению.., а ясно вижу кольцо собственными глазами".

1 - Г. Галилей, 1610 год;2 - К. Шайнер, 1614 год;3 - П. Гассенди, 1633 год;4 - Дж. Риччиоли, 1640 год;5, 6, 7, 8 - Я. Гевелий, 1640-1650 годы;9, 10 - П. Гассенди, 1645 год;11 - Е. Дивини, 1647 год;12 - Ф. Фонтана, 1648 год;13, 14, 15 - Дж. Риччиоли, 1648-1650 годы;16, 17- X. Гюйгенс, 1656, 1659 год;18 - Дж. Кампани, 1664 год;19 - В. Болл, 1665 год;20 - Я. Гевелий, 1675 год;21 - Ж. Кассини, 1676 год

В 1664 году Джузеппе Кампани, один из признанных мастеров телескопостроения, проверяя качество своего 35-футового инструмента, "расщепил" кольцо Сатурна на два - внешнее, более темное, и внутреннее, светлое (кольца А и В по современному обозначению, введенному в XIX веке О. В. Струве). А в 1675 году Христиан Гюйгенс и Жан-Доминик Кассини обнаружили между этими двумя кольцами темную полосу. Ее впоследствии назвали делением Кассини. Таким образом, "классические" (то есть отраженные в школьном учебнике астрономии) особенности кольца Сатурна были установлены в XVII столетии.

XVIII ВЕК: разброд и шатания

С правильными представлениями об устройстве кольца планеты Сатурн впервые встречаемся в одном из трудов Жака Кассини (1715 г.). По его мнению, кольцо могло быть "скоплением спутников, которые находились в одной плоскости и обращались вокруг планеты; ...величина их столь мала, что они не могут быть заметны по отдельности, но в то же время они столь близки друг к другу, что невозможно различить промежутки между ними, поэтому кажется, будто они образуют единое сплошное тело". Эту версию Кассини аргументировал ссылкой на третий закон Кеплера, согласно которому твердое кольцо должно быть разрушено притяжением планеты.

Правда, есть веские основания считать, что подобное объяснение природы сатурнова кольца принадлежит другому французскому ученому- Персонье Робервалю, одному из создателей Парижской академии в 1666 году. Однако эта гипотеза была чисто умозрительной, а потому далеко не единственной. В 30-х годах XVIII века французский ученый и инженер П.-Л. Мопертюи предположил, что кольцо Сатурна обязано своим происхождением кометам, которые планета захватывала при близком прохождении. Головы комет становились спутниками Сатурна, а хвосты образовали кольца. Ж.-Ж. Мэран и Ж.-Л. Бюффон, коллеги Мопертюи по Парижской академии, считали кольцо остатком экваториального вещества планеты. По Мэрану, планета Сатурн первоначально имела большие размеры, но, сжимаясь в результате охлаждения, сбросила внешние слои; согласно Бюффону, кольцо отделилось от планеты вследствие избытка центробежной силы. Впервые темное внутреннее кольцо Сатурна (кольцо С) наблюдал английский астроном Томас Райт.

Кольцо Сатурна представилось ему "образованным из многих колец, из которых два видны очень хорошо и заметно третье. Я наблюдал их в рефлектор с 5-футовым фокусом в марте 1739 года, причем внешнее относилось к внутреннему (кольцо А к кольцу В), как 1 к 3, а остальная часть (кольцо С) казалась очень темной. В это время кольцо было максимально развернутым", Интересную гипотезу строения кольца Сатурна развил в 1755 году Иммануил Кант в своем труде "Всеобщая естественная история и теория неба". Ему уже было известно о наблюдении "многих концентрических колец, отделенных Друг от друга некоторым пространством". Считая кольцо "газом частиц".

Кант доказывал, что так как равновесие кольца обусловлено равенством тяготения и центробежной силы, то в соответствии с законом сохранения углового момента разреженный, но все же "столкновительный" диск будет дробиться на узкие концентрические полосы и именно это предотвратит кольцо от полного разрушения. Рассуждения Канта о динамике разреженного кольца вполне состоятельны, а вывод о дроблении кольца на концентрические зоны предвосхитил ошеломляющие открытия XIX и XX веков. Итак, классические результаты XVII века обросли пестрыми сообщениями о наблюдении различных полос на кольцах А и В.

XIX ВЕК: А все-таки оно дробится!

Любопытнейшие детали строения кольца Сатурна открылись английскому капитану Генри Кейтеру - оптику, геодезисту, метрологу. 17 декабря 1825 года наблюдая в ньютоновский телескоп (фокус 40 дюймов, апертура 6,25 дюйма), Кейтер предположил, что видит "внешнее кольцо разделенным многочисленными темными полосами, чрезвычайно близкими, причем одна сильнее остальных и делит кольцо примерно пополам". В этот же вечер явление было засвидетельствовано двумя другими людьми, которым Кейтер показывал кольцо Сатурна. 16 и 17 января 1826 года полосы представились Кейтеру менее отчетливыми.

Наконец, 22 января 1828 года, когда основное деление прослеживалось превосходно, "не ощущалось никаких следов делений внешнего кольца. Поэтому я убежден, что они не являются неизменными". О своих наблюдениях Кейтер сообщил в начале 1826 года Джону Гершелю, который вскоре исследовал кольцо Сатурна в 20-футовый телескоп и ничего особенного не обнаружил. Летом 1826 года Василий Яковлевич Струве, основываясь на своих наблюдениях, заявил: "Что касается деления кольца на многочисленные части, я не заметил никаких следов".

Однако в 1838 году римский священник Франческо де Вико в 6-дюймовый ахроматический телескоп вновь отчетливо видел и показал своим ученикам и друзьям три темные полосы - одну почти посередине кольца А и две другие на кольце В. Видимость полос немного менялась в зависимости от атмосферных условий, а при прохождении Сатурна через меридиан иногда были видны сразу шесть колец. В том же году вышла обстоятельная статья немецкого астронома Иоганна-Франца Энке. Он писал, что 25 апреля 1837 года, когда литература о делениях кольца Сатурна была ему почти неизвестна, он испытывал новый ахроматический окуляр и увидел, что "ушки" внешнего кольца разделены штрихами на две равные части. Деление систематически исследовалось в мае-июле, был выполнен ряд микрометрических измерений его положения и толщины.

Появление этой низкоконтрастной полосы, которую Энке и другие одновременно наблюдали либо посередине кольца А, либо чуть ближе к его наружному краю, обусловлено, как выяснилось в наши дни, наложением нескольких близких темных полос.

Вместе с тем современные наблюдения подтвердили наличие крайне узкой высококонтрастной щели вблизи наружного-края кольца А, которую отчетливо видел в 36-дюймовый рефрактор Ликской обсерватории (США) и зарисовал Джеймс Килер 7 января" 1888 года. Но именно эту полосу сейчас называют делением Энке. В своей статье Энке привел также данные наблюдений Иоганна-Готфри де Галле. Тот видел, что 8 мая 1838 года" "внутренний край внутреннего кольца расплывался", а 25 мая "темное пространство между Сатурном и его кольцом было образовано, вплоть до середины, плавным протяжением внутреннего края кольца в темноту".

Это робкое описание кольца С дано" через 100 лет после наблюдений Райта. Результаты Райта так и не стал достоянием широкой астрономической общественности; напротив, наблюдения Галле, опубликованные в "Записках Берлинской академии наук", получили известность "всего" 13 лет спустя, вскоре после того, как в конце 1850 года кольцо С было окончательно открыто в Америке и Европе. Осенью 1851 года независимо, на разных материках, вновь были зарегистрированы деления на кольце В. В 1859 году будущий создатель классической электродинамики Джеймс Максвелл доказал, что кольцо Сатурна не может быть единой системой, твердой или жидкой, и подтвердил - на более высоком математическом уровне - вывод Канта о дроблении кольца. Чтобы система колец могла существовать, она, утверждал Максвелл, "должна состоять из бесконечного числа независимых частиц, обращающихся вокруг планеты с различными скоростями.

Эти частицы могут собираться в серии узких колец или же могут двигаться внутри своего ансамбля хаотически. В первом случае разрушение будет чрезвычайно медленным, во втором - более быстрым, но при этом может появиться тенденция к скучиванию в узкие кольца, что замедлит разрушительное действие". Таким образом, данные наблюдений структуры кольца Сатурна получили в XIX столетии не достававшие ранее атрибуты надежных результатов: независимость от места наблюдений и конкретных инструментов, повторяемость, возможность проверки. Но почему все-таки, начиная с середины XIX века, никто больше не наблюдал многочисленных делений на кольцах А и В? Возможно, это отчасти объясняется ухудшением астроклимата - астрономы первыми ощутили последствия мирового промышленного бума.

История визуальных наблюдений кольца Сатурна, его тонкой структуры за последние лет сто почти уже забылась, но в наши дни - благодаря "указаниям" "Вояджеров"- была спешно реставрирована, и интерес к ней возродился вновь. И тогда мы узнали, что для астрономов XIX века отнюдь не в диковинку оказалось бы открытие большого числа делений на кольце планеты Сатурн.

Поразительно, насколько совпадает предполагаемое дробление кольца на рисунках английского астронома Р. Проктора, с изображением, переданным на Землю "Вояджером-1". Признавав заслуги астрономов прошлого в изучении "сатурнова украшения", Международный астрономический союз недавно присвоил отдельным делениям кольца имена Гюйгенса, Максвелла и Килера.

Спутники

Если до полетов космических аппаратов к Сатурну было известно 10 спутников планеты, то сейчас мы знаем около 60 естественных спутников Сатурна, а также три предполагаемых. Крупнейший из спутников - Титан. Ученые предполагают, что условия на этом спутнике Сатурна схожи с теми, которые существовали на нашей планете 4 миллиарда лет назад, когда на Земле только зарождалась жизнь.

Новые спутники весьма малы, но, тем не менее, некоторые из них оказывают серьезное влияние на динамику системы Сатурна. Таков, например, маленький спутник, движущийся у внешнего края кольца А, он не дает частицам кольца выходить за пределы этого края - это Атлас.

Некоторые из них имеют среднюю плотность 1,0 г/см3, что больше соответствует водяному льду. Плотность других несколько выше, но тоже невелика (исключение - Титан). Например, Рея, пятый классический спутник Сатурна, имеет плотность 1,3 г/см3. Присутствие большого количества льда в составе спутников Сатурна - это прямое указание на их образование в зоне низких температур, которые и ныне характерны для внешней части Солнечной системы. Согласно существующим теориям в период формирования планет на периферии протопланетного облака температуры были очень низкими, и легкие летучие вещества, такие, как водяной пар, конденсировались преимущественно на периферии.

Спутники названы в честь героев античных мифов о титанах и гигантах. Почти все эти космические тела светлые. У наиболее крупных спутников формируется внутреннее каменистое ядро.

Спутники планеты и ее кольца предлагают небесной механике несколько загадок. В 1980 г. несколько групп исследователей объявили о новых удивительных открытиях. Например, по орбите Дионы, четвертого крупного спутника, движется еще один спутник S6 (Хелена).

Ниже перечислены все спутники планеты Сатурн, имеющие собственные имена, в порядке их удаленности от планеты с указанием в скобках их радиусов (в километрах) и средних расстояний от Сатурна (в тысячах километров):

Все открытые спутники сравнительно малы no-размерам, имеют геометрическое альбедо 0,3-0,5 и неправильную, за одним исключением, форму. Среди них впервые были обнаружены так называемые спутники «пастухи» (иногда их по аналогии с английским термином называют «сторожевыми собаками»). Они своим гравитационным воздействием как бы фокусируют движение отдельных частиц в кольцах, не допуская их выпадения из общего ансамбля.

Орбиты малых спутников, обладающих этими особенностями, располагаются следующим образом. У самого внешнего края кольца A, на среднем расстоянии от центра Сатурна 137670 км, находится «пастух» кольца A, 1980 S 28 (Атлас), размерами около 20 км. 1980 S 27 и 1980 S 26 - соответственно внутренний и внешний «пастухи» кольца F с размерами 70х40 и 55х40 км и средним радиусом орбит 139353 и 141700 км. Два коорбитальных спутника, 1980 S 1 и 1980 S 3 (Янус и Эпиметий), немного больше: 110х90 км и 70х55 км. Их орбиты отличаются всего на 50 км: 151422 и 151472 км. На орбите Тефии (294700 км) находятся маленькие тела размером 50-60 км, 1980 S 25 и 1980 S 13 (Калипсо и Телесто), первое из которых, может, имеет более или менее правильную шаровую форму. Наконец, на орбите Дионы (377500 км) находится такое же маленькое тело - 1980 S 6.

Перейдем к классическим (крупным) спутникам Сатурна. Все они (кроме Фебы) находятся в синхронном вращении, т. е. постоянно обращены к Сатурну одной стороной (Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан, Гиперион, Япет, Феба).

Слежение за спутниками Сатурна:

На этих пяти парах фотографий, полученных космическим телескопом им. Хаббла, заметно, как некоторые спутники Сатурна движутся вокруг своей окольцованной планеты. Все снимки были сделаны последовательно, с интервалом 97 минут (это период обращения телескопа вокруг Земли) 21 ноября 1995 года. Фотографии получены 2-й широкоугольной планетной камерой. Обычно яркие кольца Сатурна видны почти с торца. На верхней паре фотографий по центру висит большой яркий спутник Диона, тогда как меньшие спутники Пандора, Прометей и Мимас (на верхнем правом снимке) находятся у диска планеты вблизи внешнего кольца.

На второй и третьей паре снимков спутники Рея и Эпиметей пролетают как бы в танце. Когда кольца Сатурна расположены торцом к Земле, уменьшается количество света, приходящего от колец. Тогда астрономам предоставляется возможность исследовать сложную систему спутников этой планеты и искать с трудом замечаемые неоткрытые спутники.

История открытий

Планета Сатурн - одна из пяти планет Солнечной системы, легко видимых невооруженным глазом с Земли. В максимуме блеск Сатурна превышает первую звёздную величину.

Впервые наблюдая планету 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 их двух колец, разделённых чётко видимым зазором - щелью Кассини, и открыл ещё несколько крупных спутников Сатурна.

В 1979 году космический аппарат «Пионер-11» впервые пролетел вблизи Сатурна, а в 1980 и 1981 годах за ним последовали аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2». 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.

В 1990-х годах планета 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.

В 1997 году к Сатурну был запущен аппарат «Кассини-Гюйгенс» и, после семи лет полёта, 1 июля 2004 года он достиг системы Сатурна и вышел на орбиту вокруг планеты. Основными задачами этой миссии, рассчитанной минимум на 4 года, является изучение структуры и динамики колец и спутников, а также изучение динамики атмосферы и магнитосферы Сатурна. Кроме того, специальный зонд «Гюйгенс» отделился от аппарата и на парашюте спустился на поверхность спутника Сатурна Титана.

Сатурн в сравнении с Землей

По величине она вторая после Юпитера, обладает огромной массой и плотным слоем колец, которые ее окружают. Атмосфера Сатурна - явление, которое долгие годы было предметом споров ученых. Но сегодня достоверно установлено, что именно газы составляют основу всего воздушного тела, которое не имеет твердой поверхности.

История великого открытия

Длительное время ученые полагали, что наша система замыкается именно этой огромной планетой, и за ее орбитой уже ничего нет. Ее изучением занимались с далекого 1610 года, после того как Галилей рассмотрел Сатурн в телескоп, а также выделил в своих записях наличие у него колец. В те годы никто и подумать не мог, что данное небесное тело настолько отличается от Земли, Венеры или Марса: даже не имеет поверхности и состоит полностью из газов, разогретых до немыслимых температур. Наличие атмосферы Сатурна подтвердилось только в ХХ веке. Более того, только современные ученые смогли сделать вывод, что планета - газовый шар.

Ее исследовал спутник «Вояджер-1», который смог выпустить зонд во внешние Были получены снимки, которые указали на содержание в основном водорода в составе облаков Сатурна, а также многих других газов. С тех пор исследования ведутся лишь на основе теорий и расчетов. И тут справедливо будет отметить, что одной из самых загадочных и неизведанных планет вплоть до настоящего момента является именно Сатурн.

Наличие атмосферы, ее состав

Мы знаем, что планеты земной группы, которые находятся в непосредственной близости к Солнцу, не имеют атмосферы. Но это твердые тела, которые состоят из камня и металла, имеют определенную массу и соответствующие ей параметры. С газовыми шарами дела обстоят совсем иначе. Атмосфера Сатурна - это основа его самого. Бесконечные газовые пары, туманы и облака собираются в невероятном количестве и образуют форму шара благодаря магнитному полю ядра.

Основу атмосферы планеты составляет водород: его свыше 96 процентов. В качестве примесей присутствуют другие газы, пропорции которых зависят от глубины. Стоит отметить, что кристаллов воды, различных модификаций льда и прочих органических веществ на Сатурне нет.

Два слоя атмосферы и их состав

Итак, атмосфера Сатурна делится на две части: внешний слой и внутренний. Первый состоит на 96,3 процента из молекулярного водорода, на 3 процента - из гелия. К этим основным газам примешаны такие компоненты, как фосфин, аммиак, метан и этан. Тут случаются сильные поверхностные которых достигает 500 м/с. Что касается нижнего слоя атмосферы, то здесь преобладает металлический водород - около 91 процента, а также гелий. В этой среде находятся облака из гидросульфида аммония. Нижний атмосферный слой всегда нагрет до предела. По мере приближения к ядру температура достигает тысячи Кельвинов, потому пока что исследовать планету с помощью зондов, изготовленных в земных условиях, невозможно.

Атмосферные явления

Самыми распространенными явлениями на этой планете являются ветра и ураганы. Большинство потоков дуют с запада на восток относительно осевого вращения. В районе экватора наблюдается небольшое затишье, а по мере удаления от него возникают западные потоки. Существуют на Сатурне и места, где с постоянной периодичностью случаются определенные К примеру, Большой белый овал возникает в южном полушарии раз в тридцать лет. Во время подобных «непогод» атмосфера Сатурна, состав которой еще больше способствует этому явлению, вся буквально пронизана молниями. Разряды возникают преимущественно в серединных широтах, между экватором и полюсами. Что касается последних, то тут главным явлением считается Более сильные вспышки случаются на севере, так как там магнитное поле сильнее, чем на юге. Сияние проступает в виде овальных колец или спиралей.

Давление и температура

Как выяснилось, атмосфера Сатурна делает эту планету достаточно прохладной в сравнении с Юпитером, но, конечно же, не такой ледяной, как Уран и Нептун. В верхних слоях температура составляет около -178 градусов по Цельсию с учетом постоянных ветров и ураганов. Чем ближе мы продвигаемся к ядру, тем больше усиливается давление, следовательно, поднимается и температура. В средних слоях она составляет -88 градусов, а давление - около тысячи атмосфер. Крайней точкой, которой достиг зонд, была температурная зона в -3. По расчетам в районе ядра планеты давление достигает 3 миллионов атмосфер. При этом температура равна 11 700

Послесловие

Кратко мы рассмотрели, какова по своей структуре атмосфера Сатурна. Состав ее можно сравнить с юпитерианской, также имеются сходства с ледяными гигантами - Ураном и Нептуном. Но, как и каждый газовый шар, Сатурн уникален по своему строению. Тут дуют очень сильные ветра, давление достигает невероятных показателей, а температура при этом остается прохладной (по астрономическим меркам).