Сатурн — «Властелин колец.

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 планета по удалённости от центра нашей Солнечной системы. По своим габаритам он занимает второе место после Юпитера среди других планет, вращающихся на орбите Солнца. Учёные относят Сатурн к газовым гигантам. А назван он был в честь древнего бога плодородия, символом которого являлся серп.

В химическом составе планеты фигурирует водород. В незначительном количестве также находятся примеси гелия, метана, аммиака и молекулы воды. Ядро планеты состоит из железа, льда и никеля. Сверху оно покрыто металлическим водородом и лёгкой газовой оболочкой. Если наблюдать за атмосферой гиганта из космоса, то её можно будет охарактеризовать как достаточно однородную и спокойную, с наличием в ней крупных образований. Скорость ветра в некоторых областях планеты способна достигать отметки 1800 км/ч, что существенно превышает подобные показатели на Юпитере. Сила напряжённости магнитного поля Сатурна находится где-то посередине между показателями полей Земли и Юпитера. Если говорить конкретно о площади магнитного поля гиганта, то оно простирается почти на 1 миллион километров по направлению к Солнцу.

Особенностью Сатурна является его знаменитая система видимых колец. Они состоят из замёрзших частиц газа, пыли и тяжелых элементов. Под влиянием гиганта на текущий момент находится 63 спутника. Титан - крупнейший среди них. Он же считается вторым по габаритам спутником планет, которые вращаются вокруг Солнца. Самым крупным спутником Солнечной системы является Ганимед, он находится под властью Юпитера.
В 1997 году на орбиту Сатурна была запущена межпланетная автоматическая станция «Кассини». В 2004 году она достигла системы Сатурна и с тех пор осуществляет наблюдение за гигантом. Задачей станции является исследование колец, их структуры, динамических процессов в атмосфере и магнитном поле Сатурна.

Сатурн как планета Солнечной системы

Как было упомянуто ранее - Сатурн причислен к газовым гигантам на основании того, что у него не имеется твердой поверхности и состоит он главным образом из летучих веществ - газов. Радиус экватора Сатурна равен 60,3 тысячи километров, а полярный радиус - 54,4. Известно, что среди всех планет Солнечной системы Сатурну присуще самое мощное сжатие. Масса гиганта почти в 100 раз больше массы Земли. Но средняя плотность газовой планеты составляет около 0,7 г/см2. Этот показатель свидетельствует о том, что Сатурн является единственной в своём роде планетой, принадлежащей к нашей звёздной системе, плотность которой меньше плотности воды. При значительном различии (почти в 3 раза) показателей массы Сатурна и Юпитера, разница между их экваториальными диаметрами равна всего лишь 19%. Если говорить о показателях плотности других планет из числа газовых гигантов, то у них они значительно выше.

Орбитальные характеристики и вращение

Дистанция от Солнца до Сатурна составляет 1430 миллиона километров. Полный оборот вокруг светила гигант совершает почти за 11 тысяч дней (при скорости вращения 9,8 км/с), что равно примерно 30 земным годам.

Видимые объекты, находящиеся в атмосфере Сатурна, имеют разную скорость вращения, это зависит от широты, на которой они располагаются.
Полный оборот Сатурна вокруг его оси совершается в течение 10 часов и 34 минут. Он также является единственной планетой, осевая скорость вращения которой на экваторе больше, нежели орбитальная.

Показатели скорости вращения Сатурна различны как по широте и долготе, так и по временным промежуткам. Такой вывод сделал исследователь Вильямс. Данные о переменности периода вращения экваториальной области гиганта за период в 200 лет дали основания полагать, что в основном на это воздействуют циклы, полугодовой и годовой.

Происхождение планеты Сатурн

Происхождение Сатурна объясняется двумя основными гипотезами. Гипотеза «контракции» заключается в сопоставлении газового гиганта с Солнцем по количеству вращающихся вокруг них тел и наличию значительной доли водорода в химическом составе. Объясняют это тем, что при формировании планет в ранней Солнечной системе также образовывались массивные «сгущения». Именно из этого материала и стали в дальнейшем формироваться планеты. То есть, согласно первой теории, они формировались аналогичным способом, что и само Солнце. Однако с помощью этой гипотезы невозможно объяснить причину различия в химическом составе Солнца и Сатурна.

По гипотезе «аккреции» формирование Сатурна происходило в два этапа. Сторонники этого мнения считают, что сначала гигант сформировался по тому же принципу, по какому образовывались твёрдые планеты. Но потом в область Сатурна из области Юпитера стали регулярно попадать потоки газа, сильно изменившие химический состав планеты. Начался второй этап становления Сатурна. В более поздний период вблизи поверхности гиганта происходил процесс аккреции газа. Температура наружных слоёв планеты в это время достигала 2000 °C.

Атмосфера Сатурна и её строение

Верхние слои атмосферы гиганта лишь на 3,5% состоят из гелия, а оставшиеся 96,5% - из водорода. Также в некотором количестве имеются примеси фосфина, аммиака, этана и метана. Во время миссий «Вояджеров» было обнаружено, что на Сатурне присутствуют сильнейшие потоки ветра. С помощью орбитальных аппаратов учёным удалось установить их примерную скорость - 500 м/с. Такие ветры, как правило, дуют в восточном направлении. Их мощь ослабевает с удалением от экватора. Потенциал потоков значительно уменьшается ввиду того, что им начинают противостоять западные ветры. Учёные обнаружили также тот факт, что «движение» происходит как в верхних слоях атмосферы Сатурна, где находятся облака, так и в нижних. На глубине до 2 тысяч километров также присутствует определённая активность. С помощью измерений, сделанных «Вояджером», учёным удалось установить, что ветры всегда направлены вдоль экватора как в северном, так и в южном полушариях.

Астрофизики из Британии обнаружили ещё один тип полярного сияния, который также присутствует на Сатурне. Оно представляет собой кольцо, опоясывающее один из полюсов газового гиганта.

Также в атмосфере планеты время от времени появляются устойчивые образования в виде сверхмощных ураганов. Такие же объекты ранее наблюдались и у других газовых планет нашей системы. Что касается Сатурна, то впервые «Большой белый овал» аппаратам удалось зафиксировать около 15 лет назад. Проявляется он на планете также с определённой частотой - один раз в 30 лет.

В 2008 году межпланетная автоматическая станция «Кассини» сделала фотографии северного полюса планеты. Съёмка на момент исследования велась в инфракрасном диапазоне. Учёные заметили полярные сияния, которые также были признаны «уникальным» явлением для планет, входящих в Солнечную систему. Новые снимки сияний также удалось получить в видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Сияния, обнаруженные в области полюсов Сатурна, почти всегда имеют кольцеобразную форму, редко спиральную или овальную. Полярные сияния имеют голубой цвет, а облака, лежащие внизу - красный.

По сравнению с полярными сияниями Юпитера, на Сатурне их происхождение не вызвано неравномерностью вращения плазменных слоёв магнитосферы. Многие учёные придерживаются мнения, что возникновение сияний как раз связано с воздействием солнечных ветров. Вид и форма сияний Сатурна время от времени изменяются.

В определённые периоды, сопровождающиеся сильными магнитными штормами и бурями, на Сатурне можно наблюдать мощные разряды молнии. Известно, что они влияют на электромагнитную активность планеты, которая всегда нестабильна. В 2010 году космический аппарат «Кассини» сумел отчетливо снять шторм, который напоминал дым от сигареты. Подобный по мощности шторм был также зафиксирован станцией в середине 2011 года.

Шестиугольник Сатурна. Образование на северном полюсе планеты

Скопившиеся в районе северного полюса планеты облака образуют гексагональную фигуру - шестиугольник. Впервые феномен был открыт при анализе снимков, полученных со станции «Вояджер» в 80-х годах прошлого столетия. Обнаруженное явление признали уникальным для нашей Солнечной системы. Загадочный шестиугольный гигант находится на широте 78°. Период его вращения равен 10 часам и 40 минутам. Этот период сопоставим с периодом снижения или увеличения радиоизлучения планеты.
Выяснилось, что облака, образующие шестиугольник, имеют редкие структуры. Также исследования 2006 года установили, что это образование оставалось стабильным на протяжении 20 лет.

Следует отметить, что некоторые облака в атмосфере Земли также могут обладать шестиугольной формой. Но сатурнианские шестиугольники имеют более правильную форму.

Подробное объяснение открытому явлению пока никому не удалось найти. Но все же учёные смоделировали структуру атмосферы Сатурна и выяснили вероятные причины образования скоплений именно такой формы. Во время эксперимента был взят баллон с водой, вмещающий 30 литров, который закрепили на вращающуюся поверхность. Внутри него были размещены кольца небольшого диаметра, которые вращались быстрее самой ёмкости. Было установлено, что чем больше становилась скорость вращения кольца, тем больше форма вихря «отклонялась» от круговой формы. В результате эксперимента учеными был получен шестиугольный вихрь.

Внутреннее строение Сатурна

Для нижних слоёв атмосферы Сатурна характерны более высокая температура и давление. Водород здесь переходит в жидкое состояние. Этот переход не происходит резко. На глубине 30 тысяч км водород под давлением приблизительно 3 миллиона атмосфер становится металлическим. Циркуляция токов в таком водороде начинает формировать магнитное поле. В центральной части планеты располагается крупное ядро из металлов, льда и силикатов. Его температура равна 11,7 тысячи °C. При этом энергия, высвобождаемая планетой в космическое пространство, примерно в 2,5 раза превышает энергию, которую Сатурну даёт Солнце. Определённая часть энергии генерируется. Сжимаясь, она начинает преобразовываться в тепло. Но такое явление - не единственный источник энергии газового гиганта. Считается, что часть тепла создаётся на планете из-за процесса конденсации гелия и дальнейшего проникновения его капель (соединений) через менее плотный водородный слой. Результат - переход потенциальной энергии капель гелия в тепловую энергию.

Структура магнитного поля Сатурна

Магнитную сферу Сатурна открыли при выполнении миссии орбитального комплекса «Пионер-11». Это произошло в 1979 году. Оказалось, что магнитосфера планеты по своим размерам уступает лишь магнитосфере Юпитера. Зона между магнитосферой планеты и областью, которой достигает солнечный ветер, находится от Сатурна на удалении, равном 20-ти его радиусам. Хвост магнитосферы измеряется несколькими сотнями таких радиусов. Магнитосфера планеты состоит из плазмы, которую продуцируют Сатурн и его спутники. Среди спутников важную роль играет Энцелад, точнее, его гейзеры. Они выбрасывают водяной пар, который подвергается ионизации магнитным полем планеты.

Видимым признаком «контакта» магнитосферы Сатурна и солнечного ветра являются яркоокрашенные полярные сияния овальной формы, окружающие полюса планеты. Они образуются путём генерации энергии, освобождающейся вследствие взаимодействия магнитосферы и солнечного ветра. В атмосфере Сатурна полярные сияния можно наблюдать в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Магнитное поле Сатурна, равно как и Юпитера, формируется вследствие эффекта динамики во время циркуляции металлического водорода во внешних слоях ядра планеты.

Магнитное поле Сатурна можно охарактеризовать как дипольное (как у Земли), где всегда присутствуют два полюса - южный и северный. Магнитный диполь газового гиганта напрямую связан с вращением его оси. Именно это и делает поле ассиметричным. У этого диполя наблюдается небольшое смещение вдоль оси планеты по направлению к северному полюсу.
Внутреннее магнитное поле газового гиганта способствует отклонению солнечного ветра от его поверхности, препятствуя его «контакту» с атмосферой. Оно также влияет на состав плазмы магнитосферы планеты, которая становится отличной от плазмы солнечного ветра. Как и в случае с Землёй, область, создающая границу между магнитосферой и солнечным ветром, называют магнитопаузой. Дистанция от магнитопаузы до «сердца» Сатурна находится в промежутке 16-27 Rs. На это расстояние оказывает влияние давление солнечного ветра, которое напрямую зависит от активности звезды на данный момент. Принято считать, что среднее расстояние от планеты до магнитопаузы - 22 Rs. Длинный хвост магнитосферы образовывается из-за влияния мощных потоков солнечного ветра.

Исследования Сатурна

Сатурн представляет собой одну из пяти крупнейших планет нашей звездной системы, которую можно увидеть с поверхности Земли без применения специальной оптики. Максимум блеска Сатурна превосходит значение первой звёздной величины. Чтобы стали видны кольца Сатурна, необходимо применение телескопа диаметром 15 мм+. При использовании приборов с хорошей увеличительной способностью становится видна более тёмная «шапка» на полюсах планеты, а также тень колец Сатурна. При апертуре (характеристике) оптического прибора в 150-200 мм можно увидеть пять крупных полос облаков атмосферы.

Впервые Галилео Галилей наблюдал Сатурн с помощью телескопа в начале XVII века. Планета выглядела не как однородный небесный объект, а как три отдельных, находящихся рядом друг с другом. Сначала возникло мнение, что два из них являются крупными спутниками Сатурна. Но несколько лет спустя самим Галилеем не было обнаружено крупных спутников планеты. В середине XVII столетия Гюйгенсом при помощи более мощного прибора было установлено, что те самые спутники - это не что иное, как тонкий круг, опоясывающий планету, не соприкасающийся с ней. Учёные также открыли Титан - крупнейший спутник Сатурна. В последней четверти XVII века к плотному изучению гигантской планеты приступил Джованни Кассини. Он обнаружил, что крупное кольцо на самом деле состоит из двух, разделённых зазором, который получил название «щель Кассини». Также учёным было открыто ещё несколько спутников газового гиганта: Рея, Япет, Тефия и Диона.

Только в конце XVIII века У. Гершель открыл два новых спутника Сатурна: Мимас и Энцелад. После этого британскими астрономами был обнаружен спутник Гиперион со странной, несферической, формой. И уже в конце XX века Уильямом Пикерингом была открыта Феба - нерегулярный спутник Сатурна. В 40-х годах XX столетия Джерард Койпер заявил о наличии мощной атмосферы на Титане - самом крупном спутнике гиганта, что стало уникальным явлением для спутников планет Солнечной системы.

В 90-х годах прошлого века Сатурн со всеми его спутниками и кольцами многократно исследовался с помощью телескопа «Хаббл». Пристальные наблюдения помогли открыть много новых фактов, которые были недоступны при одноразовых пролётах аппаратов «Пионер-11» и «Вояджеров» над планетой.

Исследования Сатурна космическими аппаратами «Кассини-Гюйгенс», «Пионер-11», «Пионер-22», «Вояджер»

В 1979-ом году американская автоматическая станция «Пионер-11» впервые за всю историю астрономии пролетела рядом с Сатурном. Запланированное исследование планеты началось в августе. Максимальное приближение станции к поверхности Сатурна состоялось в начале сентября 1979 года. В тот момент были сделаны уникальные кадры нескольких областей планеты и её спутников. Но разрешение аппаратов, осуществлявших наблюдения, было недостаточным для получения чётких снимков поверхности планеты-гиганта. Также ввиду дефицита солнечного света изображения оказались слишком тёмными. Чтобы получить больше информации о загадочных кольцах Сатурна, аппарат был направлен в их область и пролетел под кольцами. Именно тогда было открыто тонкое кольцо «F». В миссию «Пионера-11» также входило измерение температуры Титана.

Через год после исследований Сатурна, осуществлённых «Пионером-11», к изучению планеты также были подключены американские станции «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Первая машина сблизилась с Сатурном 13 ноября 1980 года и сделала множество снимков лучшего качества, чем это было сделано «Пионером-22». Также в это время учёным удалось получить изображения хорошего качества спутников Сатурна: Титана, Реи, Энцелада, Дионы, Мимаса и Тефии. В результате данной миссии станция сумела приблизиться к Титану на расстояние 6,5 километра, что позволило получить больше информации об атмосфере и температуре поверхности спутника. Также было обнаружено, что Титан имеет очень плотную атмосферу, не пропускающую достаточного для получения качественных снимков количества солнечного света.

Ровно через год к Сатурну приблизилась другая автоматическая космическая станция - «Вояджер-2». Главная миссия этого аппарата заключалась в проведении исследований атмосферы гиганта при помощи специального радара. Благодаря ему и удалось выяснить данные о плотности и температуре атмосферы планеты. За весь период наблюдений им было сделано и направлено на Землю примерно 16 тысяч снимков. Но во время выполнения миссии система, отвечающая за поворот камеры, вдруг заклинилась на несколько дней. По этой причине некоторые важные снимки учёными не были получены. Потом аппарат развернулся и полетел в сторону Урана. Благодаря этим машинам удалось получить огромное количество информации о магнитном поле планеты, структуре её колец, о штормах в атмосфере Сатурна. Также астрофизики открыли щели Килера и Максвелла, обнаружили новые спутники.

В 1997 году к исследованиям газового гиганта приступила станция «Кассини-Гюйгенс», которой удалось достигнуть системы Сатурна и выйти на орбиту планеты. Главной задачей данной миссии являлось тщательное исследование структуры колец и всех открытых спутников Сатурна. Также учёные планировали изучить динамику магнитосферы и атмосферы планеты, как можно лучше исследовать её самый крупный спутник - Титан.

До того как станция оказалась на орбите планеты в 2004 году, она пересекла область обращения Фебы, благополучно сделав её фотографии и отправив их на Землю. Также американская орбитальная машина «Кассини» несколько раз оказывалась вблизи Титана. Благодаря этому были сняты его озёра с береговой линией, острова и горы спутника. Вскоре после этого произошло отсоединение европейского зонда «Гюйгенс» от американского аппарата с целью приближения к поверхности планеты. Спуск при помощи парашюта длился около 2,5 часа. Зонд взял пробы атмосферы газового гиганта. Их дальнейший анализ показал, что нижние слои облаков составляют жидкие азот и метан, а верхние - лёд, образованный из метана.

В 2005 ученые приступили к наблюдению излучения, исходящего от Сатурна. В январе 2006 года на газовом гиганте был зафиксирован сильнейший шторм. Он стал причиной вспышки, в 1000 раз превосходящей по интенсивности нормальное излучение планеты. В это же время НАСА обнародовала новость о возможном нахождении следов воды в составе жидкости, извергаемой гейзерами Энцелада. В 2011 году представители НАСА заявили о том, что Энцелад является наиболее подходящим для поддержания жизни объектом, находящимся в Солнечной системе. Снимки, полученные со станции «Кассини», также помогли сделать другие, не менее значимые, открытия. Во время анализа изображений, сделанных космическим аппаратом, удалось выявить новые кольца планеты - R/2004 S1 и R/2004 S2. Ученые пришли к мнению, что они были образованы вследствие столкновения кометы или метеорита с Эпиметеем или Янусом. В 2006 «Кассини» произвёл съёмку, благодаря которой ученые обнаружили на поверхности Титана углеводородное озеро, расположенное вблизи его северного полюса. Факт находки окончательно подтвердила съёмка 2007 года.

В 2008 году «Кассини» направил на Землю фотографии с изображением северного полушария Сатурна. Оказалось, что с 2004 года, когда аппарат был вблизи планеты, на ней произошло много изменений. Ведь за четыре года отсутствия «Кассини» она приобрела совершенно другие оттенки, и объяснения этому феномену учеными пока не найдено. Они лишь предположили, что это может быть связано со сменой времени года.

За период миссии «Кассини», которая длилась с 2004 по 2009 год, удалось открыть еще 8 новых спутников гиганта. Выполнение главных задач, поставленных перед миссией, аппарат завершил в 2008 году. Но пребывание «Кассини» в зоне Сатурна продлилось вплоть до 2010 года. Учёные говорят, что на сегодняшний день и на период до 2017 года задача зонда - изучение циклов сезонов газовой планеты.
В 2009 году было принято решение о создании нового совместного проекта НАСА и ЕКА, который заключался в запуске ещё одного межпланетного аппарата в область Сатурна, а затем к его двум спутникам - Энцеладу и Титану. Миссия космической станции была рассчитана так, чтобы после 8 лет путешествия она сама стала спутником Титана.

Сатурн и его спутники

Самыми крупными спутниками Сатурна являются: Титан, Энцелад, Тефея, Мимас, Рея, Диона и Япет. Их обнаружили ещё в XVIII веке, но изучение продолжается и сегодня. Диаметры этих объектов находятся в пределах 400-5200 километров. Титан обладает самым большим орбитальным эксцентриситетом, а у Тефии и Дионы он наименьший.

Титан является наиболее крупным спутником Сатурна. Преимущественно в его состав входят скальные породы и водяной лёд (50% на 50%). Примерно такие же пропорции встречаются в составе других газовых планет. Но Титан отличается от них по химическому составу и структуре его атмосферы. Она включает преимущественно азот с небольшой примесью метана и этана, участвующих в образовании облаков. Титан был признан единственным объектом, помимо нашей планеты, на поверхности которого была обнаружена вода. Именно поэтому учёные не исключают присутствия на нём жизни в виде простейших организмов.

Другие спутники Сатурна также имеют свои особенности. Например, у Япета оба полушария имеют разные альбедо. Именно поэтому Джованни Кассини, открывший спутник, обратил внимание, что виден он только тогда, когда находится на определённой стороне Сатурна. Полушария Реи и Дионы также имеют свои особенности. Например, в области одного полушария Дионы находится множество кратеров. А в области её заднего полушария имеется большое количество затемнённых участков, пронизанных светлыми блестящими линиями, которые в действительности представляют собой ледяные хребты и обрывы. Главная особенность спутника Мимас - кратер Гершель, диаметр его достигает 130 км. Кратер гигантских размеров имеется и на Тефии. Его диаметр равен 400 км. Что касается ещё одного крупного спутника Сатурна - Энцелада, то судя по изображениям «Вояджер-2» области его поверхности имеют разный геологический возраст.

Исследования, проводимые на Гавайях с 2006 года с помощью японского телескопа Субару, позволили открыть ещё 9 спутников газового гиганта. Все они оказались нерегулярными спутниками, отличающимися ретроградной орбитой.

На 2010 год учёным было известно о 62 спутниках Сатурна. Вращение всех обнаруженных спутников, за исключением Фебы и Гипериона, характеризуется как синхронное собственное. Лишь одна их сторона всегда обращена к Сатурну. Данных об обращении более мелких спутников на текущий момент не существует.

Сатурн и Земля. Сравнение. Кольца Сатурна

На сегодняшний день установлено, что все газовые планеты, входящие в Солнечную систему, имеют кольца. Но Сатурн обладает самыми крупными кольцами. Они располагаются под углом почти 28° по отношению к плоскости эклиптики. Именно по этой причине с поверхности Земли они выглядят всегда по-разному. Гюйс выдвинул предположение, согласно которому данные кольца не являются плотными телами, а сформированы из мельчайших фрагментов, находящихся в области околопланетной орбиты. Догадка полностью подтверждена спектрометрическими наблюдениями А.А. Белопольского.

Сатурн имеет три основные кольца и одно - второстепенное, более тонкое. Они отражают большее количество света, чем диск самой планеты. Три основных кольца учёные условились обозначать заглавными латинскими буквами. Кольцо «В» представляет собой центральное, самое яркое и крупное, отделённое от кольца «А» щелью Кассини, в которой также находятся тонкие кольца. Во внутренней части «А» тоже имеется тонкая щель - разделительная полоса Энке. Кольцо «С» характеризуется как почти прозрачное.

Кольца гиганта сами по себе очень тонкие. Они имеют диаметр приблизительно 250 тысяч километров. При этом толщина каждого из них не достигает и 1 километра. Видимыми их делает количество составляющего вещества. Если его сконцентрировать, то диаметр полученного монолита не превысит 100 километров. Изображения, полученные в результате исследования Сатурна, подтверждают, что эти кольца в действительности образованы из более тонких колец, разделённых щелями. На 93% их состав - лёд с примесями. Частицы, из которых образуются кольца, имеют на удивление малый размер - от 1 см до 10 м.

В движении частиц колец и спутников Сатурна также существует определённая согласованность. Часть из них относится к так называемым «спутникам-пастухам», которые удерживают кольца вокруг планеты. Мимас находится в резонансе со щелью Кассини в соотношении 2 к 1. Сила притяжения воздействует на «материал» Мимаса, он начинает удаляться. В 2010 году, когда были получены данные с аппарата «Кассини», учёные узнали, что кольца Сатурна подвержены определённым колебаниям. По общепринятому мнению, они возникают по причине «контакта» частиц, движущихся в кольцах. Реальное происхождение колец Сатурна до конца не раскрыто. По одной из гипотез, которую выдвинул Э. Рош в середине XIX века, они были образованы из-за распада жидкого спутника под влиянием приливных сил. Другая популярная версия склоняется к тому, что спутник разрушился вследствие удара кометы или какого-либо другого небесного тела.
Согласно одной гипотезе, учёные допускают наличие колец также и у одного из спутников Сатурна - Реи.

Слух 1921 года

В 1921 году повсюду распространился страшный слух. Планета Сатурн лишилась своих колец, их частицы разлетелись по Галактике и скоро упадут на Землю. Умы людей были взбудоражены ожидаемым событием. Газеты публиковали подробные расчеты, когда упадут части кольца. Причиной появления слухов стало то, что кольца повернулись ребром к Земле и её наблюдателям. А поскольку кольца очень тонкие, то с помощью приборов того времени их невозможно было разглядеть. Люди восприняли «исчезновение» колец в прямом смысле, это и породило слух.

Название Сатурна связано с мифологией

Планета получила название в честь древнеримского бога земледелия. В более позднюю эпоху его начали отождествлять с титаном Кроносом. Ввиду того что, по легенде, персонаж поедал собственных отпрысков, древние греки не почитали Сатурна. Римляне же поклонялись этому божеству. Считалось, что именно Сатурн обучил людей выращиванию растений и построению жилищ, возделыванию земли. Время его мифического царствования - «золотой век человечества». В его честь люди устраивали праздники - Сатурналии, во время которых все невольные на определённое время получали свободу.

Характеристики планеты:

• Расстояние от Солнца: 1 427 млн км
• Диаметр планеты: ~ 120 000 км *
• Сутки на планете: 10ч 13мин 23с **
• Год на планете: 29,46 лет ***
• t° на поверхности: -180°C
• Атмосфера: 96% водород; 3% гелий; 0,4% метан и следы других элементов
• Спутники: 18

* диаметр по экватору планеты
** период вращения вокруг собственной оси (в земных сутках)
*** период обращения по орбите вокруг Солнца (в земных сутках)

Сатурн является шестой по счету планетой от Солнца - среднее расстояние до светила составляет почти 9,6 а. е. (≈780 млн. км).

Презентация: планета Сатурн

Период обращения планеты по орбите составляет 29,46 лет, а время оборота вокруг своей оси - почти 10 ч 40 мин. Экваториальный радиус Сатурна составляет 60268 км, а его масса - более 568 тысяч миллиардов мегатонн (при средней плотности планетарного вещества ≈0,69 г/куб. см). Таким образом, Сатурн является второй по размеру и массе планетой Солнечной системы после Юпитера. На уровне атмосферного давления 1 бар температура атмосферы равна 134 К.

Внутреннее строение

Основными химическими элементами, составляющими Сатурн, являются водород и гелий. Эти газы переходят при высоком давлении внутри планеты сначала в жидкое состояние, а затем (на глубине 30 тыс. км) в твердое, поскольку в существующих там физических условиях (давление ≈3 млн. атм.) водород приобретает металлическую структуру. В этой металлической структуре создается сильное магнитное поле, его напряженность на верхней границе облаков в районе экватора равна 0,2 Гс. Ниже слоя металлического водорода располагается твердое ядро из более тяжелых элементов, например, железа.

Атмосфера и поверхность

Помимо водорода и гелия атмосфера планеты содержит небольшие количества метана, этана, ацетилена, аммиака, фосфина, арсина, германа и других веществ. Средняя молекулярная масса составляет 2,135 г/моль. Основная характеристика атмосферы - однородность, которая не позволяет различить на поверхности мелкие детали. Скорость ветров на Сатурне высокая - на экваторе достигает 480 м/с. Температура верхней границы атмосферы равна 85 К (-188°C). В верхних слоях атмосферы много метановых облаков - несколько десятков поясов и ряд отдельных вихрей. Кроме того, здесь довольно часто наблюдаются мощные грозы и полярные сияния.

Спутники планеты Сатурн

Сатурн уникальная планета, которая имеет систему колец с миллиардами маленьких объектов частиц льда, железных и каменных пород, а также много спутников - все они вращаются вокруг планеты. Некоторые спутники имеют крупные размеры. Например, Титан, один из крупных спутников планет в Солнечной системе, уступающий по размерам лишь спутнику Юпитера Ганимеду. Титан единственный спутник во всей Солнечной системе, который имеет атмосферу, причем имеющую сходство с земной, где давление всего в полтора раза выше, чем у поверхности планеты Земля. Всего спутников у Сатурна из уже открытых 62, у них есть собственные орбиты вокруг планеты, остальные частицы и мелкие астероиды входят в так называемую систему колец. Все новые спутники начинают открываться исследователям, так на 2013 год последними подтвержденными спутниками стали Эгеон и S/2009 S 1.

Главной особенностью Сатурна, отличающей его от других планет, является огромная система колец - ее ширина составляет почти 115 тыс. км при толщине порядка 5 км. Составными элементами этих образований являются частицы (их размер доходит до нескольких десятков метров), состоящие изо льда, оксида железа и каменных пород. Кроме системы колец эта планета имеет большое количество естественных спутников - около 60. Самым большим является Титан (этот спутник второй по величин в Солнечной системе), радиус которого превышает 2,5 тыс. км.

С помощью межпланетного аппарата Cassini было запечатлено уникальное явление на планете гроза. Оказывается, на Сатурне также, как и на нашей планете Земля, случаются грозы, только происходят они во много раз реже, а вот продолжительность грозы длится в течении нескольких месяцев. Данная гроза на видео длилась на Сатурне с января по октябрь в 2009 году и была самым настоящим штормом на планете. На видео также слышны радиочастотные потрескивания (характеризующие вспышки молний), как сказал об этом необыкновенном явлении Georg Fischer (ученый Института космических исследований в Австрии) - "Впервые мы одновременно наблюдаем молнии и слышим радиоданные"

Изучение планеты

Первым наблюдал Сатурн в 1610 году Галилей в свой телескоп с 20-кратным увеличением. Кольцо было открыто Гюйгенсом 1658 году. Наибольший же вклад в изучение этой планеты внес Кассини, открывший несколько спутников и разрывы в структуре кольца, самый широкий из которых носит его имя. С развитием космонавтики изучение Сатурна было продолжено с применением автоматических космических аппаратов, первым из которых был Пионер-11 (экспедиция состоялась в 1979 году). Продолжены космические исследования были аппаратами из серии Вояджер и Кассини-Гюйгенс.

Известный с древних времен – Сатурн – является шестой планетой нашей солнечной системы, знаменитой своими кольцами. Она входит в состав четырех газовых планет-гигантов, таких как Юпитер, Уран и Нептун. Своими размерами (диаметр = 120 536 км), она уступает только Юпитеру и является второй по величине во всей солнечной системе. Ее назвали в честь древнеримского бога Сатурна, который у греков, именовался Кронос (титан и отец самого Зевса).

Саму планету, вместе с кольцами, можно разглядеть с Земли, даже в обычный небольшой телескоп. Сутки на Сатурне, составляют 10 часов 15 минут, а период вращения вокруг Солнца составляет почти 30 лет!
Сатурн – это уникальная планета, т.к. его плотность 0,69 г/см³, а это меньше плотности воды 0,99 г/см³. Отсюда следует интересная закономерность: если бы, была возможность погрузить планету в огромный океан или бассейн, то Сатурн смог бы удержаться на воде и плавать в ней.

Строение Сатурна

Строение Сатурна и Юпитера имеют множество общих черт, как в составе, так и в основных характеристиках, но их внешний вид довольно заметно отличается. У Юпитера выделяются яркие тона, тогда как у Сатурна, они заметно приглушены. Из-за меньшего количества в нижних слоях облако образных образований полосы на Сатурне менее заметны. Еще одно сходство с пятой планетой: Сатурн выделяет большее количества тепла, чем получает от Солнца.
Атмосфера Сатурна, практически полностью состоит из водорода 96% (H2), на 3% из гелия (Не). Менее 1% составляют метан, аммиак этан и другие элементы. Процент метана хоть и является незначительным в атмосфере Сатурна, это не мешает ему принимать активное участие в поглощении солнечной радиации.
В верхних слоях, зафиксирована минимальная температура, –189 °C, но при погружении в атмосферу, она значительно увеличивается. На глубине около 30 тыс. км, водород меняется и становится металлическим. Именно жидкий металлический водород и создает магнитное поле огромной мощности. Ядро в центре планеты получается каменно-железным.
При изучении газообразных планет, ученые столкнулись с проблемой. Ведь там, нет четкой границы между атмосферой и поверхностью. Проблема была решена следующим образом: они берут за некую нулевую высоту «зеро» точку, на которой температура начинает отсчитываться в обратном направлении. Собственно говоря, так происходит и на Земле.

Представляя Сатурн, у любого человека сразу возникают в воображении его уникальные и удивительные кольца. Проводимые с помощью АМС (автоматические межпланетные станции) исследования, показали, что 4 газообразные планеты-гиганты, имеют свои кольца, но только у Сатурна они обладают настолько хорошей видимостью и эффектностью. Основных колец Сатурна насчитывается три, названных, довольно не замысловато: А, В, С. Четвертое кольцо гораздо тоньше и менее заметно. Как выяснилось, кольца Сатурна – это не одно твердое тело, а миллиарды маленьких небесных тел (кусочков льда), размером от пылинки до нескольких метров. Они двигаются примерно с одной скоростью (около 10км/с), вокруг экваториальной части планеты, иногда сталкиваясь друг с другом.

Фото с АМС показали, что все видимые кольца, состоят из тысяч маленьких колец, чередующихся с пустым не заполненным пространством. Для наглядности, можно представить себе обычную пластинку, советских времен.
Уникальная форма колец во все времена не давала покоя ни ученым, ни рядовым наблюдателям. Все они пытались узнать их строение и понять, как и вследствие чего они сформировались. В разные времена, выдвигались разные гипотезы и предположения, например, что они сформировались вместе с планетой. В настоящее время ученые склоняются к метеоритному происхождению колец. Эта теория получила и наблюдательное подтверждение, так как кольца Сатурна периодически обновляются и не являются, чем то стабильным.

Спутники Сатурна

Сейчас у Сатурна открыто около 63 спутника. Подавляющее большинство спутников, повернуты к планете одной и той же стороной и вращаются синхронно.

Христиан Гюйгенс, удостоился чести открыть второй по величине спутник, после Ганимера, во всей солнечной системе. По своим размерам он больше Меркурия, а его диаметр составляет 5155 км. Атмосфера Титана красно-оранжевая: 87% занимает азот, 11% – аргон, 2% – метан. Естественно, что там проходят метановые дожди, а на поверхности должны быть моря, в состав которых входит метан. Впрочем, аппарат «Вояджер — 1», который исследовал Титан, не смог разглядеть его поверхность, через такую плотную атмосферу.
Спутник Энцелад – это самое светлое солнечное тело во всей солнечной системе. Он отражает более 99% солнечного света, из-за своей, почти, белой поверхности, состоящей из водяного льда. Его альбедо (характеристика отражательно поверхности) более 1.
Так же из более известных и наиболее исследованных спутников, стоит отметить «Мимас», «Тефею» и «Диону».

Характеристики Сатурна

Масса: 5,69*1026 кг (в 95 раз больше Земли)
Диаметр на экваторе: 120536 км (в 9,5 раз больше Земли)
Диаметр на полюсе: 108728 км
Наклон оси: 26,7°
Плотность: 0,69 г/см³
Температура верхних слоев: около –189 °C
Период обращения вокруг собственной оси (длина суток): 10 часов 15 минут
Расстояние от Солнца (среднее): 9,5 а. е. или 1430 млн. км
Период обращения вокруг Солнца по орбите (год): 29,5 лет
Скорость вращения по орбите: 9,7 км/с
Эксцентриситет орбиты: e = 0,055
Наклон орбиты к эклиптике: i = 2,5°
Ускорение свободного падения: 10,5 м/с²
Спутники: есть 63 шт.

Сатурн — шестая планета от Солнца и вторая по величине планета Солнечной системы согласно параметрам диаметра и массы. Зачастую, Сатурн и называют братскими планетами. При сравнении, становится понятно, почему Сатурн и Юпитер были обозначены в качестве родственников. От состава атмосферы до особенностей вращения эти две планеты очень похожи. Именно в честь такой схожести, в римской мифологии Сатурн был назван в честь отца бога Юпитера.

Уникальной особенностью Сатурна является тот факт, что данная планета является наименее плотной в Солнечной системе. Не смотря на наличие у Сатурна плотной, твердой сердцевины, большой газообразный внешний слой планеты доводит средний показатель плотности планеты лишь до 687 кг/м3. В результате получается, что плотность Сатурна меньше, чем у воды и если бы он был размером со спичечный коробок, то легко бы поплыл по течению весеннего ручья.

Орбита и вращение Сатурна

Среднее орбитальное расстояние Сатурна составляет 1,43 х 109 км. Это означает, что Сатурн находится в 9,5 раз дальше от Солнца, чем общее расстояние от Земли до Солнца. Как результат солнечному свету требуется примерно час и двадцать минут, чтобы добраться до планеты. Кроме того, учитывая расстояние Сатурна от Солнца, продолжительность года на планете составляет 10,756 земных суток; то есть около 29,5 земных лет.

Эксцентриситет орбиты Сатурна является третьим по величине после и . В результате наличия такого большого эксцентриситета, расстояние между перигелием планеты (1,35 х 109 км) и афелием (1,50 х 109 км) является весьма существенным — около 1,54 X 108 км.

Наклон оси Сатурна, который составляет 26.73 градуса, очень похож на земной, и это объясняет наличие на планете таких же сезонов, как и на Земле. Однако из-за удаленности Сатурна от Солнца, он получает значительно меньше солнечного света в течение года и по этой причине сезоны на Сатурне являются гораздо более «смазанными» нежели на Земле.

Говорить о вращении Сатурна так же интересно как о вращении Юпитера. Обладая скоростью вращения примерно 10 часов 45 минут, Сатурн в этом показателе уступает только Юпитеру, который является самой быстро вращающейся планетой в Солнечной системе. Такие экстремальные темпы вращения без сомнения влияют на форму планеты, придавая ей форму сфероида, то есть сферу, которая несколько выпирает в районе экватора.

Второй удивительной особенностью вращения Сатурна являются различные скорости вращения между различными видимыми широтами. Данное явление образуется в результате того, что преобладающим веществом в составе Сатурна является газ, а не твердое тело.

Кольцевая система Сатурна является самой известной в Солнечной системе. Сами кольца состоят в основном из миллиардов крошечных частиц льда, а также пыли и другого комического мусора. Такой состав объясняет, почему кольца видны с Земли в телескопы – лед обладает очень высоким показателем отражения солнечного света.

Существует семь широких классификаций среди колец: А, В, С, D, Е, F, G. Каждое кольцо получило свое название согласно английскому алфавиту в порядке периодичности обнаружения. Самыми видимыми с Земли кольцами являются A, B и C. На самом деле каждое кольцо – это тысячи более мелких колец, буквально прижимающихся друг к другу. Но между основными кольцами есть пробелы. Пробел между кольцами А и В является самым крупным из этих пробелов и составляет 4700 км.

Основные кольца начинаются на расстоянии примерно 7000 км над экватором Сатурна и простираются еще на 73000 км. Интересно отметить, что, несмотря на то, что это очень существенный радиус, фактическая толщина колец не больше одного километра.

Наиболее распространенной теорией для объяснения образования колец является теория о том, что на орбите Сатурна, под воздействием приливных сил, распался среднего размера спутник, а произошло это в тот момент, когда его орбита стала слишком близкой к Сатурну.

• Сатурн шестая планета от Солнца и последняя из планет, известных древним цивилизациям. Считается, что ее впервые наблюдали жители Вавилона.
  Сатурн является одной из пяти планет, которые можно увидеть невооруженным глазом. Также он является пятым по яркости объектом в Солнечной системе.
  В римской мифологии Сатурн был отцом Юпитера, царя богов. Подобное соотношение имеет в ракурсе схожести планет с одноименным названием, в частности по размеру и составу.
  Сатурн выделяет больше энергии, чем получает от Солнца. Считается, что такая особенность обусловлена гравитационным сжатием планеты и трением большого количества гелия находящегося в ее атмосфере.
  Сатурну требуется 29,4 земных лет для полного оборота по орбите вокруг Солнца. Столь медленное движение относительно звезд послужило поводом для древних ассирийцев обозначить планету как «Lubadsagush», что означает «самый старый из старых».
  На Сатурне дуют самые быстрые ветры в нашей Солнечной системе. Скорость этих ветров была измерена, максимальный показатель — около 1800 километров в час.
  Сатурн является наименее плотной планетой в Солнечной системе. Планета в основном состоит из водорода и имеет плотность меньше, чем у воды — что технически означает, что Сатурн будет плавать.
  У Сатурна более 150 спутников. Все эти спутники имеют ледяную поверхность. Самыми большими из являются Титан и Рея. Весьма интересным спутником является Энцелад, так как ученые уверены, что под его ледяной корой скрывается водяной океан.

• Спутник Сатурна Титан является вторым по величине спутником в Солнечной системе, после спутника Юпитера под названием Ганимед. Титан имеет сложную и плотную атмосферу, состоящую в основном из азота, водяного льда и камня. Замороженная поверхность Титана имеет жидкие озера из метана и рельеф, покрытый жидким азотом. Из за этого исследователи считают, что если Титан и является гаванью для жизни, то эта жизнь будет в корне отличаться от земной.
  Сатурн является самой плоской из восьми планет. Его полярный диаметр составляет 90% от его экваториального диаметра. Это происходит из-за того, что планета с низкой плотностью обладает высокой скоростью вращения – оборот вокруг своей оси занимает у Сатурна 10 часов и 34 минуты.
  На Сатурне возникают бури овальной формы, которые по своей структуре подобны тем, что происходят на Юпитере. Ученые считают, что такой рисунок облаков вокруг северного полюса Сатурна может быть настоящим образцом существования атмосферных волн в верхних облаках. Также над южным полюсом Сатурна существует вихрь, который по своей форме очень похож на ураганные бури, происходящие на Земле.
  В объективы телескопов Сатурн, как правило, виден в бледно-желтом цвете. Это происходит потому, что его верхние слои атмосферы содержит кристаллы аммиака. Ниже этого верхнего слоя находятся облака, которые в основном состоят из водяного льда. Еще ниже, слои ледяной серы и холодные смеси водорода.