Планета Сатурн

Главная - Астрономия, авиация, космонавтика - Планета Сатурн

Сатурн - вторая планета - великан и шестая числом планета в Солнечной системе. Почти во всем подобный Юпитеру, она оборачивается вокруг Солнца с периодом 29,5 земных лет на расстоянии около 9,5 а.о. Зоряна пор на Сатурне длится 10 ч. 45 мин. Через быстрое обращение он сплюснут возле полюсов: полярный радиус планеты меньше экваториального. Периоды его обращения в разных широтах не одинаковые. Масса Сатурна в 95 раз больше за массу Земли, а сила тяготения в 1,12 раза большая за земную.

Сатурн имеет на чудо низкую плотность, низшую за плотность воды - лишь 0,7 г/см3. И если бы обнаружился такой исполинский океан из воды, куда можно было бы погрузить Сатурн, он бы не потонул. Такая маленькая плотность свидетельствует о том, что, как и остальные планеты - гигантов, Сатурн преимущественно состоит из водорода и гелия.

Поскольку Сатурн находится в 9,5 раз дальше от Солнца, чем Земля, то на единицу площади он получает в 90 раз меньше тепла чем она. Согласно счетам температура внешнего пласта тучевого покрова должна составлять 80К, на самом деле температура атмосферы планеты равняется 90К. Итак, Сатурн, как и Юпитер, находится в стане медленного сжимания. На диске желтоватого цвета отдельные детали верхних пластов атмосферы Сатурна проявляются значительно слабее, чем в Юпитере.

И все же при экваториальные темные полосы видно довольно хорошо. Заметно также, что приполярные зоны кажутся слегка зменшуватими. Кроме, того, время от времени появляются светлое и темное пятна, благодаря которым и был определен период обращения Сатурна. В верхних пластах тучевого покрова наблюдаются сильные ветры, скорость которых в экваториальной зоне достигает 110 м/с.

Сатурн как и Юпитер, имеет магнитное поле, радиационные пояса, и является источником радиоизлучения.

Среди планет-гигантов Сатурн - интереснейшая планета в Солнечной системе.

Широкое, целиком плоское кольцо окружает экватор планеты, как шляпа его поля шляпы. Оно размещенное наклонно к тому кругу по которому Сатурн обходит Солнце за 29,5 года. Через то в зависимости от положения Сатурна на его пути кольцо возвращает к нам то одним боком, то вторым. Каждые 15 лет оно становится к нам ребром, и тогда его нельзя розглядіти даже в мощнейшие телескопы, а это значит что кольцо очень тонкое и его толщина не превышает 10-15 км.

Знаменитый астроном Галілей в 1610 году проявил, что Сатурн чем-то окружен. Но его телескоп был весьма слабый, и через то Галілей не смог разобрать, что он видит вокруг Сатурна. Только через полстолетие голландскому ученому Гюйгенсу удалось розглядіти, что это на самом деле плоское кольцо, которое окружает планету, и нигде к ней не притрагивается. Изучение Сатурна с помощью досконаліших телескопов показало, что кольцо распадается на три части, которые образовывают словно три независимых кольца, вложенных одно в одно. Внешнее кольцо отделяется от среднего темным промежутком - узкой черной щелью. Среднее кольцо ярче от внешнего. Из середины к нему плотно подходит полупрозрачное, словно туманы - третье кольцо. Что есть представляют собой эти интересные кольца? Может, это в самом деле твердые маленькие площадки? Нет, это не так. Выдающиеся ученые - английский физик Максвелл и русская женщина-математик С.В. Ковалевська своими расчетами довели, что сплошное и твердое кольцо такого размера существовать не может: оно было бы мигом разрушенное вследствие отличия в силе притягивания для разных его частей. Выдающийся русский астрофизик А.А. Бєлопольський пыльными наблюдениями Сатурна подтвердил, что кольцо в самом деле не сплошное. Оказалось, что скорость движений разных частичек кольца разная. Это значит, что кольца состоят из мелких обломков, каждый из которых оборачивается натворило Сатурна с такой скоростью, которую имел бы спутник планеты, которая находится на таком самом расстоянии.

Каждый такой обломок - будто независимый спутник, что сам по себе оборачивается вокруг Сатурна.

Кольца Сатурна имеют сложную структуру. „вояжер-1” и „вояжер-2”, которые пролетели мимо Сатурн в 1980-1981 гг., передали на Землю изображение колец из близкого расстояния. На фотографии видно, что кольца Сатурна состоят из сотен отдельных узких колец, разделенных такими же узкими промежутками. Самые же кольца состоят из отдельных частиц водного крохкого снега размером от мелких пилинок к глыбам в 10-15 г величиной с, которые хорошо отбивают солнечный свет. Ширина колец вместе с найвіддаленішим очень слабым кольцом, составляет 65000 км, а толщина не превышает 1 км.

Кроме колец, Сатурн имеет 30 известных на сегодня спутников. Наибольший спутник Сатурна, Титан, имеет мощную непрозрачную атмосферу толщиной до 200 км. Она состоит из азота с примесями метана и водорода. Но все они далеко меньше Титану. Сатурн во многом напоминает своего Сократа - Юпитера.Из Земли в телескоп хорошо видные три кольца: внешнее, средней яркости кольцо А; среднее, наиболее яркое кольцо В во внутреннее, неяркое полупрозрачное кольцо С, что иногда називаєтьсякреповим. Кольца едва больше желтоватого диска Сатурна. Расположено они в плоскости экватора планеты и очень тонкие: при общей ширине в радиальном направлении приблизительно 60 тыс.км. они имеют толщину менее 3 км. Спектроскопічно было установлено, что кольца оборачиваются нетак, как твердое тело, - с расстоянием от Сатурна скорость убывает. Больше того, каждая точка колец имеет такую скорость, которую имел бы на этом расстоянии спутник, который свободно двигается вокруг Сатурна по круговой орбите. Отсюда ясно: кольца Сатурна собственно говоря представляют собой колоссальное сосредоточение мелких твердых частиц, которые самостоятельно обращаются вокруг планеты. Размеры частиц настолько малые, что их не видно не только в земные телескопы, но и из борта космических аппаратов. Характерная особенность здания колец - темные кольцевые промежутки (распределения), где вещества очень имело. Самое широкое из них (3500 км) отделяет кольцо В от кольца А и называется "распределением Кассіні" в честь астронома, который впервые увидел его в 1675 году. При исключительно красивых атмосферных условиях таких распределений из Земли видно свыше десяти.Природа их, очевидно, резонансная. Так, распределение Кассіні - это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг Сатурна ровно вдвое меньше, чем у ближайшего большого спутника Сатурна - Мімаса. Через такой збігмимас своим притягиванием как бы раскачивает частицы, которые двигаются внутри распределения, и и в конце концов выбрасывает их оттуда. Бортовые камеры "Вояджеров" показали, что из близкого расстояния кольца Сатурна похожие на граммофонную пластинку: они как бы расслоены на тысячи отдельных узких колечек с темными пробелами между ними. Пробелов так много, что объяснить их резонансами с периодами обращения спутников Сатурна уже невозможно. Чем же объясняется эта тонкая структура? Вероятно, равномерное распределение частиц по плоскости колец механически неустойчиво. Вследствие цьоговиникають круговые волны плотности - это и есть тонкая структура, которая наблюдается. Кроме колец А,В и С "Вояджери" нашли еще четыре: D,E,Fі G. Все они очень разрежены и потому неярки. Кольца D и E с работой видные из Земли при особенно благоприятных условиях; кольца F и G выявлены 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 сожале- ною, вывести окончательное суждение об этом объекте пока не удалось, так как наблюдение двух "Вояджеров" не согласятся между з- бой. Бортовые камеры "Вояджера-1" показали, что кольцо F состоит из нескольких колечек общей шириной 60 км., причем два из них перевитые один из одним, как шнурок. Некоторое время властвовало мнение, что ответственность за эту необыкновенную конфигурацию несут два небольших новооткрытых спутника, которые двигаются непосредственно близ кольца F, - один из внутреннего края, другой - во внешнего (ледвеповільніше первого, так как он дальше от Сатурна). Притягивание этих спутников не дает крайним частицам идти далеко от его середины, т.е. спутники как бы "пасут" частицы, за что и получили название "пастухов". Они же, как показали расчеты, вызывают движение частиц по волнистой линии, которая и создает переплетение компонентов, которые наблюдаются, кольца. Но "Вояджер-2", что прошел возле Сатурна девятью месяцами позднее, не нашел в кильке F ни переплетений, ни каких-нибудь других перекручиваний формы, - в частности, и в непосредственной близости от "пастухов". Таким образом, форма кольца оказалась непостоянной. Для суждения о причинах и закономерностях этой побежалости двух наблюдений, конечно, имело. Из Земли же наблюдать кольцо F современными средствами невозможно - яркость его слишком имела. Остается надеяться, что более тщательное исследование полученных "Вояджерами" снимков кольца прольет свет на эту проблему. Кольцо D - наиближе к планете. Видимо, вонопростирається к самому облачному шару Сатурна. Кольцо E - самезовнішнє. Вконец раз- ряженное, оно в тот же время наиболее широкое зусіх - около 90 тыс. км. Величина зоны, что оно занимает, от 3,5до 5 радиусов плане- ты. Плотность вещества в кильке E возрастает внапрямку к орбите спутника Сатурнаенцелада. Возможно, Енцелад- источник вещества этого кольца. Частицы колец Сатурна, вероятно, ледяные, покрытые сверху ине- им. Это было известное еще из наземных наблюдений, и бортовые приборы космических аппаратов лишь подтвердили правильность такого вывода. Размеры частиц главных колец оценивались с наземных спостереженьу границах от сантиметрівдо метров (естественно, частицы не могут быть одинаковыми по величине: не исключается также, что в разных кольцах типичный поперечник частиц разный). Когда "Вояджер-1" проходил близ Сатурна, радиопередатчик космічногоапарата последовательно пронизывал радиолучом не волны 3,6 см. кольцо А, распределение Кассини и кольцо С. Потом радиоизлучение было принято на Земле и подверглось анализу. Удалось выяснить, что частицы указанных зон рассеивают радиоволны преимущественно вперед, хотя и немного по-разному. Благодаря этому оценили средний поперечник частиц кольца А в 10 г, распределения Кассіні - в 8 г и кольца З- в 2 г. Сильное рассеяние вперед, но на этот раз в видимому светлые, выявлено у колец F и E. Это означает наличие в них значительного количества мелкой пыли (поперечник пылинки возле десятитысячных частицей миллиметра). В кильке Взнайшли новый структурный элемент - радиальные образования, которые получили названия "спиц" через внешнее сходство со спицами колеса. Они также состоят из мелкой пыли и расположенные над плоскостью кольца. Не исключениный, что "спицы" содержатся там силами электростатического отталкивания.Интересно отметить: изображение "спиц" были найдены на некоторых зарисовках Сатурна, сделанных еще в прошлом столетии. Но тогда никто не прибавил им значение. Исследуя кольца, "Вояджери" нашли неожиданным эффект - многочисленные кратковременные всплески радиоизлучения, которое поступает от колец. Это не что другое, как сигналы от электростатических разрядов - своего рода молнии. Источник электризации частиц, очевидно, столкновенье между ними. Кроме того6 была открыта окутивающая кольца газообразная атмос- фера 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 приблизительно 600. Нужно сказать, некоторые ученые задолго к запуску к Сатурну космических аппаратов пророчили возможность существования атмосферы у колец Сатурна. "Вояджерами" была также сделанная попытка измерить массу колец. Труднощіполягали в том, что масса колец по крайней мере в миллион раз меньше массы Сатурна. Через цього траектория рухукосмічного аппарата близ Сатурна в огромной степени определяется могущественным притягиванием самой планеты и лишь ничтожно приходит в негодование слабым притягиванием колец. Тем временем самое слабое притягивание и необходимо проявить. Лучше всего для этой цели подходила траектория "Пионера-11". Но анализ измерений траектории аппарата по его радиоизлучению показал, что кольца ( в пределах точности измерений) на движение аппарата не повлияли. Точность же составила 1,7 х 10 массы Сатурна. Другими словами, масса колец сознательно меньше 1,7 миллионных частиц массы планеты.Якщодо полетов космических аппаратов к Сатурну было известно 10 спутников планеты, то сейчас мы знаем17 (Земля и Вселенная, 1981, N2, с. 45-ред.). Новые семь спутников очень малые, но тем не менее некоторые из них влияют на динамику системы Сатурна.Такой,например, маленький спутник, который двигается у внешнего края кольца А; он не дает частицам кольца выходить за пределы этого края. Это Атлас. (В греческой мифологии багатоокий великан, который стерегет по приказу богини Гери любимую Зевса Іо. В переносом содержании - пыльный страж). Титан есть вторым по величине спутником в Солнечной Систе- ме. Его радиус равняется 2575 километров. Его масса составляет 1,346 х 10 грумм (0,022 массы Земли), а средняя плотность 1,881 г/см . Это единый спутник, который владеет значительной атмосферой, причем его атмосфера плотнее, чем у каждой из планет земной группы, кроме Венеры. Титан подобный Венере еще и тем, что у него маются глобальная вуаль и даже небольшой тепличный подогрев в поверхности. В его атмосфере, вероятно, маются метановые тучи, но это твердо не установлено. Верхняя атмосфера очень близкая к изотермическому стану на всем пути от стратосферы до экзосферы, а температура на поверхности с точностью до нескольких градусов одинаковая по всей сфере и равняется 94 К. Радиусы темно-оранжевых или коричневых частиц стратосферного аерозоля в основному не превышают 0,1 мкм, а на больших глубинах могут существовать более большие частицы. Предполагается, что аерозоли является конечным продуктом фотохимических преобразований метана и что они аккумулируют на поверхности (или растворяются в редкому или метане етане). Углеводные, что наблюдаются, и органические молекулы могут возникать при естественных фотохимических процессах. Дивноювластивістю верхней атмосферы есть Уф-емиссии, посвященные к дневной стороне, но слишком яркие, щобїх могла возбудить солнечная энергия, которая поступает. Водород быстро диссипирует, пополняя тор, который наблюдается, вместе с некоторым количеством азота, который выбивается при диссоциации N2 электронными ударами. На основе расщепления температуры, которая наблюдается, можно построить глобальную систему ветров. Глобальный состав Титана, очевидно, определяется тем набором конденсированных веществ, которые образовались в плотном газовом диске вокруг прото-сатурна. Существуют три возможных сценария происхождения: холодная аккреція,горячая аккреция при отсутствии плотной газовой фазы и горячая аккреция в присутствии плотной газовой фазы. Япет. Возможно, что самый таинственный из спутников Сатурна, Япет, есть единым по интервалу альбедо его поверхности - от 0,5 (типичное значение для ледяных тел) до 0,05 в центральных частях его ведущего по ходу обращения полушария. "Вояджером - 1" были получены изображения с максимальным разрешением 50 км/пары линий, которые показывают в основномупівкулю обращенное к Сатурну, и границу между ведущей (темной) и известной (светлой) сторонами. Было зареєстровановеличезне экваториальное темное кольцо диаметром около 300 км с долготой центра около 300 . Вояджеровські наблюдение, полученные с наибольшим разрешением, показывают, что светлая сторона ( и особенно область северного полюса) сильно кратеризована: поверхностная плотность составляет 205+16 кратеров ( D> 30 км) на 10 км . Экстраполяция к диаметрам10 км приводит к плотности более 2000 кратеров ( D> 10 км) на 10 км . Такая плотность сравнима со щільностями на другие сильно кратеризованних телах,таких, как Меркурий и Каллисто, или с плотностью кратеров на месячных континентах. Характерной особенностью границы между темной и светлой областями на Япете есть существование многочисленных кратеров с темным дном на светлом веществе и отсутствие на темном веществе кратеров со светлым или дном кратеров с гало (или других белых пятен). Плотность Япета, равная 1,16+0,09г/см характерная для ледяных Спутников Сатурна и согласится с моделями, в которых водный лед есть главной составной. Белл считает, что темное вещество является основным компонентом исходного конденсата, из которого образовался Япет. Рея. Почти двойник Япета по размерам, но без его темного вещес- тва, Рея может представлять собой относительно простой прототип ледяного спутника внешних областей Солнечной системы. Диаметр Реи 1530 км, а плотность 1,24+0,05 г/см . Ее геометрическое альбедо равняется 0,6 и оказывается подобным альбедо полюсов и известного полушария Япета.