Что находится на поверхности сатурна. Строение и жизнь вселенной
Покрытых льдом, и при огромных размерах — более четверти миллиона километров в диаметре, имеют толщину не более километра.
Во второй половине прошлого века было известно не больше двух десятков спутников, но с вводом в строй новых наземных и космических список «компаньонов» Сатурна стал стремительно расти. Только при помощи космических аппаратов «Вояджер» и «Кассини» были открыты 12 спутников.
Из 62 спутников Сатурна лишь 53 имеют собственные имена, 23 из них регулярные, то есть вращаются вокруг Сатурна по орбитам, лежащим в одной плоскости и в одном направлении, остальные — нерегулярные.
Параметры их сильно вытянутых орбит в точности неизвестны, как неизвестно и то, вращаются они или нет. При этом практически все спутники планеты имеют примерно одинаковый состав — горные породы и лед.
Научные исследования Сатурна
Наблюдая Сатурн в телескоп в 1609-1610 гг., заметил, что планета выглядит не как единое небесное тело, а как три тела, касающихся друг друга. Ученый высказал предположение, что Сатурн, вероятно, имеет два крупных спутника — в те их называли «компаньонами».
Но два года спустя Галилей повторил свои и с удивлением обнаружил, что спутники планеты… бесследно исчезли.
Лишь в 1659 г. Христиан Гюйгенс с помощью более мощного и совершенного телескопа выяснил, что «компаньоны» — не что иное как тонкое плоское кольцо, опоясывающее Сатурн на некотором расстоянии от поверхности планеты. Тогда же был открыт самый крупный спутник Сатурна — .
Гюйгенс первым предположил, что кольцо Сатурна не является сплошным твердым телом, а состоит из множества мелких и более крупных фрагментов, но коллеги-академики обрушились на ученого, утверждая, что ничего подобного просто не может существовать в природе.
Начиная с 1675 г. изучением Сатурна занимался директор Парижской обсерватории Джованни Кассини (1625-1712 гг.). Ему удалось установить, что кольцо Сатурна не сплошное, а состоит из двух колец различных диаметров, разделенных отчетливо видимым промежутком,- он получил название «щель Кассини».
Позднее, по мере увеличения разрешающей способности телескопов, астрономы разделили кольца Сатурна на внешнее кольцо А, отделенное от него щелью Кассини кольцо В и полупрозрачное внутреннее кольцо С.
В 1979 г. космический аппарат «Пионер-11» впервые пролетел вблизи Сатурна, а в 1980 и 1981 гг. за ним последовали аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Эти аппараты впервые в истории передали на детальные снимки структуры колец и выяснили их состав.
Перед изумленными астрономами открылась великолепная цветовая феерия сотен и тысяч тонких колечек, в причудливой последовательности «собранных» вокруг планеты-гиганта.
Сатурн: царство горячего льда
Для астрономов прошлого Сатурн был последним рубежом, дальней , за которой находилась хрустальная сфера с прикрепленными к ней неподвижными .
И действительно: все расположенные за орбитой Сатурна планеты невозможно увидеть невооруженным глазом.
Названный в честь древнейшего божества плодородия и земледелия, отца Юпитера, которого неблагодарный сын лишил трона, Сатурн в девять с половиной раз дальше от , чем Земля.
Такой же газовый гигант, как и Юпитер, он не выглядит особенно ярким на небосклоне, да и движется гораздо медленнее — год Сатурна продолжается 29,5 земных лет.
При наблюдении в телескоп эта планета напоминает Юпитер — на ее диске можно различить такие же чередующиеся темные и светлые полосы, параллельные экватору.
Цвет Сатурна бледно-желтый, с холодным голубоватым оттенком.
Как и Юпитер, Сатурн не имеет твердой поверхности, зато самая заметная деталь, придающая ему уникальный облик,- гигантские ярко светящиеся кольца — хорошо видна с Земли.
Ледяная карусель
Современным астрономам известно, что у всех четырех газовых гигантов — Юпитера, Сатурна, Урана и — есть кольца, но у Сатурна они самые заметные, массивные и поразительно яркие.
Кольца расположены под углом приблизительно 28° к плоскости орбиты Сатурна, поэтому с Земли они выглядят по-разному: в зависимости от взаимного расположения планет их можно видеть то «с ребра» — и тогда они практически исчезают, то во всей красе.
Христиан Гюйгенс оказался прав — кольца Сатурна действительно состоят из миллиардов мельчайших частиц, оказавшихся на околопланетной орбите.
Но что поражает — при диаметре около 250 тыс. км толщина колец не достигает и двадцати метров, а если собрать воедино все их вещество, то из него вышло бы космическое тело диаметром не больше 100 км.
Однако о количестве сатурновых колец астрономы прошлого даже не догадывались.
Действительно, существуют кольцо А, щель Кассини шириной около 4 тыс. км, самое яркое кольцо В и полупрозрачное кольцо С, ближайшее к планете. При этом каждое из них состоит из тысяч более узких колец, также чередующихся со щелями и по-разному отражающими свет.
Даже в щели Кассини расположено несколько тончайших колечек. Большинство частиц, из которых состоят кольца, имеют размер в несколько сантиметров, но изредка в них встречаются тела в несколько метров и даже до 1-2 км.
Специалисты считают, что кольца почти полностью состоят изо льда с примесями .
Кольца вращаются вокруг Сатурна, подчиняясь гравитации планеты. Время от времени их состав обновляется за счет «неосторожных» спутников, которые приближаются к Сатурну настолько близко, что притяжение планеты попросту их «разрывает на части».
На кольца воздействует не только гравитация, но и магнитное поле «хозяина» — оно особым образом ориентирует частицы во множестве колец, и тогда на них появляются темные поперечные полосы, так называемые «споки».
Как у Сатурна появились кольца?
Происхождение колец Сатурна все еще вызывает ожесточенные споры.
Их считали остатками большого количества мелких спутников, разрушенных тяготением Сатурна, но возраст колец — а им более 4,5 млрд лет — позволяет считать, что они являются остатками протопланетного , из которого возник сам Сатурн и его многочисленные спутники.
Вблизи планеты существует такая область, в которой сгустки вещества, достигшие определенного размера, начинают сталкиваться на больших скоростях и дробиться.
В результате вместо нового спутника возникает целая туча мелких обломков, которые постепенно «убегают» на другие орбиты и участвуют в образовании колец.
Необыкновенная тонкость «ледяных » объясняется тем, что в экваториальной плоскости планеты взаимное притяжение частиц уравновешиваются центробежными силами, а в направлении, перпендикулярном к экваториальной плоскости, эти силы не действуют, вот частицы и собираются в тончайшее кольцо.
Какая планета могла бы плавать на воде?
Сатурн, вторая по величине планета Солнечной системы, обладает самой низкой плотностью.
Сатурн, который в основном состоит из газов и жидкости, имеет среднюю плотность 0,69 г/см3, в то время как плотность составляет 1,0 г/см3.
Следовательно, если бы каким-то образом удалось перенести кусочек Сатурна на Землю, он мог бы плавать в бассейне.
Если бы нашелся такой океан, в который можно было бы погрузить Сатурн, то мы могли бы убедиться, что гигантская планета… плавает! Понятно, почему: вещество Сатурна в целом на треть легче обычной воды.
Водородный волчок
Гигантская планета, лишь немного уступающая в размерах Юпитеру, вращается с огромной скоростью — полный оборот Сатурн совершает за 10 ч 34 мин. Диаметр Сатурна на экваторе составляет более 120 тыс. км, а ось планеты, заметно сплюснутой у , наклонена под углом 27° к плоскости ее орбиты.
Водород с примесью гелия, воды, метана, аммиака — основные вещества, из которых состоит Сатурн, причем водорода там больше, чем на Юпитере.
Его средняя плотность намного меньше плотности воды, и если бы существовал океан подходящих размеров, Сатурн преспокойно плавал бы на его поверхности.
Внешние слои атмосферы планеты кажутся наблюдателю спокойными и безмятежными — на них нет вихревых образований, подобных Большому Красному Пятну на Юпитере. Однако это кажущееся спокойствие.
По данным , скорость на Сатурне местами может достигать 1 800 км/ч, причем бушуют такие «сверхураганы» не только в верхних слоях атмосферы, но и до глубины в 2 тыс. км.
По мере удаления от внешних слоев атмосферы давление и температура растет, водород переходит в жидкое состояние.
В центральной области Сатурна находится массивное ядро, состоящее из железа, горных пород и… водяного льда, покрытого тонким слоем металлического водорода.
Лед, существующий при температурах в несколько тысяч градусов,- это может показаться абсурдным. Однако лед сатурнианских недр — не совсем обычный. Его молекулярная структура отличается от обычного льда примерно так, как отличается структура алмаза от структуры графита, и свойства совершенно иные.
Беспокойные недра планеты рождают мощное магнитное поле, которое можно обнаружить даже на расстоянии миллиона километров от Сатурна.
В атмосфере происходят мощные , полыхают , а возбужденные массы водорода испускают сильное ультрафиолетовое излучение.
«Гигантский гексагон»
Самым удивительным явлением в атмосфере Сатурна является «Гигантский гексагон».
О его существовании не подозревали астрономы, наблюдавшие за планетой с Земли,- «Гигантский гексагон» расположен прямо на северном полюсе Сатурна. Он частично попал на один из снимков, переданных «Вояджером», а затем, спустя 25 лет, был полностью отснят космическим аппаратом «Кассини».
Благодаря удачному углу обзора ученым удалось рассмотреть глубинную структуру этого удивительного явления.
«Гигантский гексагон» представляет собой правильный шестиугольник с поперечным размером 25 тыс. км — на нем могут поместиться четыре Земли.
Это вихрь совершенно необычной формы, стремительно несущаяся вдоль сторон шестиугольника стена аммиачных облаков, уходящая в глубь атмосферы на расстояние до 100 км.
«Гексагон» вращается вместе с глубинными частями сатурнианской атмосферы и «не в такт» с движением ее внешних областей. Специалисты считают, что он представляет собой гигантскую «стоячую» , окружающую полюс планеты.
Автоматический космический зонд «Кассини», который в настоящее время является искусственным спутником Сатурна, передал новые изображения Северного планеты в инфракрасном диапазоне.
На этих кадрах исследователи обнаружили полярные сияния, каких никогда не наблюдали в Солнечной системе. Они окрашены в голубой цвет, а лежащие внизу облака — в красный.
Полярные сияния на Сатурне могут покрывать весь полюс, тогда как на Земле и Юпитере кольца полярных сияний только окружают магнитные полюса.
Естественные спутники Сатурна
В свите Сатурна выделяются несколько крупных небесных тел. Они обладают необычными свойствами, но все еще мало исследованы.
Ближайшим к планете крупным спутником является Мимас , открытый еще в 18 в. На его поверхности хорошо виден гигантский , образованный падением на поверхность Мимаса гигантского , едва не расколовшего спутник на части.
Следующий по удаленности спутник — Энцелад — самое светлое тело в Солнечной системе. Его поверхность отражает почти весь падающий на нее солнечный свет.
Исследователи считают, что она покрыта толстым слоем светлого инея. Сверкающий ледяной Энцелад внутри очень горячий — на его поверхности видны не только метеоритные кратеры, но и следы процессов. Поэтому там наблюдается удивительное явление — ледяные гейзеры.
Еще больше таких следов на поверхности спутника Дионы , а следующая за ней Рея имеет очень древнюю, сплошь усеянную метеоритными кратерами поверхность.
Довольно крупный спутник Тефия , открытый еще Дж. Кассини, расположен между орбитами Энелада и Дионы.
Уникальность его не только в огромном каньоне Итака, который словно след от сабельного удара рассекает три четверти окружности Тефии, но и в том, что свою орбиту Тефия делит с еще двумя небольшими спутниками — Телесто и Калипсо.
Двигаясь по одной орбите, все три спутника постоянно находятся как бы в вершинах равностороннего треугольника.
Титан , крупнейший из спутников Сатурна и второй после юпитерианского Ганимеда, больше планеты и вращается на расстоянии свыше миллиона километров от поверхности Сатурна.
Единственный из свиты Сатурна он окружен довольно плотной атмосферой и окутан облаками, состоящими из азота с примесью метана.
За Титаном следуют спутники поменьше, но и у них есть свои ярко выраженные особенности.
Так, у Япета одно полушарие отражает свет в 10 раз лучше, чем другое. Спутник движется «темным» полушарием вперед, и его цвет связан с тем, что оно в первую очередь подвергается воздействию мелких частиц льда и обломков пород.
По экватору Япет опоясывает странный гребень, делающий его похожим на косточку от персика.
Самый далекий из спутников Сатурна, имеющих диаметр более 200 км,- Феба . Остальные существенно меньше.
Феба примечательна тем, что имеет обратное вращение — нет, не вокруг собственной оси, а по орбите. По все еще неясной причине она движется в направлении противоположном движению остальных крупных спутников.
Исследователи предполагают, что Феба — , превращенная в спутник гравитацией Сатурна.
Рекордсмен ветров . Даже постоянные бури на Юпитере кажутся легким ветерком по сравнению с ветрами, дующими в атмосфере Сатурна. Автоматические межпланетные станции зарегистрировали на Сатурне самую высокую скорость ветра в Солнечной системе — 1800 км в час. Для сравнения: скорость самого свирепого земного урагана обычно не превышает 250 км в час.
Великий шестигранник . Ученые до сих пор не могут найти объяснение таинственному гигантскому образованию, расположенному на северном полюсе Сатурна. Это пятно в форме правильного шестиугольника, диаметр которого достигает 25 тысяч километров. Это явление остается одной из самых больших загадок нашей планетной системы.
Одним из прекрасных астрономических объектов для наблюдения бесспорно считается планета с кольцами – Сатурн. С этим утверждением трудно не согласиться, если хотя бы раз на окольцованного гиганта удалось взглянуть через объектив телескопа. Однако этот объект Солнечной системы интересен не только с точки зрения эстетики.
Почему шестая планета от Солнца имеет систему колец, и почему такой яркий атрибут достался именно ей? На эти и многие вопросы ученые-астрофизики и астрономы до сих пор пытаются получить ответ.
Краткая характеристика планеты Сатурн
Как и другие газовые гиганты нашего ближнего космоса, Сатурн представляет интерес для научного сообщества. Расстояние от Земли до него варьируется в диапазоне 1,20-1,66 млрд. километров. Для того чтобы преодолеть этот огромный и длинный путь космическим аппаратам, стартовавшим с нашей планеты, потребуется чуть более двух лет. Новейший автоматический зонд «Новые горизонты» добирался до шестой планеты два года и четыре месяца. При этом следует учитывать, что движение планеты вокруг Солнца подобно орбитальному движению Земли. Другим словами, орбита Сатурна имеет форму идеального эллипса. У него третий по величине эксцентриситет орбиты, после Меркурия и Марса. Расстояние от Солнца в перигелии составляет 1 353 572 956 км, тогда как в афелии газовый гигант немного отдаляется, находясь на расстоянии 1 513 325 783 км.
Даже на таком значительном удалении от центральной звезды шестая по счету планета ведет себя довольно резво, вращаясь вокруг собственной оси с громадной скоростью 9,69 км/с. Период вращения Сатурна составляет 10 часов и 39 минут. По этому показателю он уступает только Юпитеру . Столь высокая скорость вращения приводит к тому, что планета выглядит приплюснутой с полюсов. Визуально Сатурн напоминает волчок, вращающийся с ошеломляющей скоростью, который несется в просторах космоса со скоростью 9,89 км/с, совершая полный оборот вокруг Солнца почти за 30 земных лет. С того момента как Сатурн в 1610 году был открыт Галилеем, небесное тело только 13 раз обернулось вокруг главной звезды Солнечной системы.
Выглядит планета на ночном небосклоне, как достаточно яркая точка, видимая звездная величина которой варьируется в диапазоне от +1,47 до −0,24. Особенно хорошо видны кольца Сатурна, которые обладают высоким альбедо.
Любопытно и расположение Сатурна в космосе. Ось вращения этой планеты имеет почти такое же наклонение к оси эклиптике, как и у Земли. В связи с этим на газовом гиганте присутствуют времена года.
Сатурн — это не самая большая планета Солнечной системы,а всего лишь второй по величине небесный объект в нашем ближайшем космосе после Юпитера Средний радиус планеты составляет 58,232 км., против 69 911 км. у Юпитера. При этом полярный диаметр планеты меньше экваториального значения. Масса планеты составляет 5,6846·10²⁶ кг, что в 96 раз больше массы Земли.
Ближайшие планеты к Сатурну – это его братья по планетарной группе — Юпитер и Уран. Первый относится к газовым гигантам, тогда как Уран причислен к ледяным гигантам. Для двух газовых гигантов Юпитера и Сатурна характерна огромная масса в сочетании с невысокой плотностью. Это связано с тем, что обе планеты представляют собой гигантские шарообразные сгустки сжиженного газа. Плотность Сатурна составляет 0,687 г/см³, уступая по этому показателю всем планетам Солнечной системы.
Для сравнения плотность у планет земной группы Марса , Земли, Венеры и у Меркурия составляет 3.94 г/см³, 5.515 г/см³, 5.25 г/см³ и 5.42 г/см³ соответственно.
Описание и состав атмосферы Сатурна
Поверхность планеты — понятие условное, у шестой планеты нет земной тверди. Вероятно, что поверхность — это дно водородно-гелиевого океана, где под воздействием чудовищного давления газовая смесь переходит в полужидкое и жидкое состояние. На сегодняшний момент нет технических средств, позволяющих исследовать поверхность планеты, поэтому все предположения о строении газового гиганта выглядят чисто теоретическими. Объектом изучения является атмосфера Сатурна, которая плотным одеялом окутывает планету.
Воздушная оболочка планеты в основном состоит из водорода. Именно водород и гелий являются теми химическими элементами, благодаря которым атмосфера находится в постоянном движении. Об этом свидетельствуют значительные по площади облачные образования, состоящие из аммиака. Ввиду того, что в составе воздушно-газовой смеси присутствует мельчайшие частицы серы, Сатурн со стороны имеет оранжевый окрас. Зона сплошной облачности начинается на нижней границе тропосферы — на высоте 100 км. от мнимой поверхности планеты. Температура в этой области варьируется в диапазоне 200-250⁰ Цельсия ниже нуля.
Более точные данные о составе атмосферы выглядят следующим образом:
- водород 96%;
- гелий 3%;
- метан составляет всего 0,4%;
- на аммиак приходится 0,01%;
- молекулярный водород 0,01%;
- 0,0007% приходится на этан.
По своей плотности и массивности облачность на Сатурне выглядит мощнее, чем на Юпитере. В нижней части атмосферы основными компонентами сатурнианской облачности являются гидросульфит аммония или вода, в различных вариациях. Наличие водяных паров в нижних частях атмосферы Сатурна, на высотах менее 100 км, допускает и температура, которая в данной области находится в пределах абсолютного нуля. Атмосферное давление в нижних частях атмосферы составляет 140 Кпа. По мере приближения к поверхности небесного тела температура и давление начинают расти. Газообразные соединения трансформируются, образуя новые формы. Из-за высокого давления водород принимает полужидкое состояние. Ориентировочно средняя температура на поверхности водородно-гелиевого океана составляет 143К.
Такое состояние воздушно-газовой оболочки стало причиной того, что Сатурн является единственной из планет Солнечной системы, которая отдает в окружающее космическое пространство больше тепла, чем получает его от нашего Светила.
Сатурн, находясь от Солнца на расстоянии в полтора миллиарда километров, получает в 100 раз меньше солнечного тепла, чем Земля.
Печка Сатурна объясняется работой механизма Кельвина-Гельмгольца. При падении температуры, снижается и давление в слоях атмосферы планеты. Небесное тело непроизвольно начинает сжиматься, превращая потенциальную энергию сжатия в тепло. Другое предположение, объясняющее интенсивное выделение Сатурном тепла, заключается в химической реакции. В результате конвекции в слоях атмосферы, происходит конденсация молекул гелия в слоях водорода, сопровождаемая выделением тепла.
Плотные облачные массы, разница температур в слоях атмосферы, способствуют тому, что Сатурн является одним из самых ветреных районов Солнечной системы. Бури и ураганы здесь на порядок сильнее и мощнее чем на Юпитере. Скорость воздушного потока в некоторых случаях достигает колоссальных значений 1800 км/ч. Тем более, сатурнианские штормы формируются стремительно. Зарождение урагана на поверхности планеты можно проследить визуально, в течение нескольких часов наблюдая за Сатурном в телескоп. Однако, вслед за быстрым зарождением, начинается длительный период буйства космической стихии.
Строение планеты и описание ядра
С ростом температуры и давления водород постепенно трансформируется в жидкое состояние. Примерно на глубине 20-30 тыс. км давление составляет 300ГПа. В таких условиях водород начинается металлизироваться. По мере углубления в недра планеты начинает увеличиваться доля соединений оксидов с водородом. Металлический водород составляет внешнюю оболочку ядра. Такое состояние водорода способствует возникновению электрических токов высокой интенсивности, образуя сильнейшее магнитное поле.
В отличие от внешних слоев Сатурна, внутренняя часть ядра представляет собой массивное образование диаметром 25 тыс. километров, состоящее из соединений кремния и металлов. Предположительно в этой области температуры достигают отметки в 11 тыс. градусов Цельсия. Масса ядра варьируется в диапазоне 9-22 масс нашей планеты.
Система спутников и кольца Сатурна
У Сатурна 62 спутника, причем большая часть из них имеет твердую поверхность и даже обладает собственной атмосферой. По своим размерам некоторые из них могут претендовать на звание планеты. Чего только стоят размеры Титана, который является одним из самых крупных спутников Солнечной системы и больше чем планета Меркурий . Это небесное тело, вращающееся вокруг Сатурна, имеет диаметр 5150 км. Спутник обладает собственной атмосферой, которая по своему составу сильно напоминает воздушную оболочку нашей планеты на ранней стадии формирования.
Ученые считают, что во всей Солнечной системе у Сатурна самая развитая система спутников. По информации, полученной с борта автоматической межпланетной станции «Кассини», Сатурн представляет собой едва ли не единственное в Солнечной системе место, где на его спутниках может быть существовать вода в жидком состоянии. На сегодняшний день исследованы только некоторые из спутников окольцованного гиганта, однако даже та информация, которая имеется, дает все основания считать эту наиболее отдаленную часть ближнего космоса пригодной для существования определенных форм жизни. В этом плане очень большой интерес для ученых-астрофизиков представляет пятый спутник — Энцелад
Главным украшением планеты, безусловно, являются его кольца. В системе принято выделять четыре главных кольца, имеющие соответствующие названия А, В, С и D. Ширина самого большого кольца В составляет 25500 км. Кольца разделяются щелями, среди которых самая большая — это деление Кассини, разграничивающая кольца А и В. По своему составу сатурнианские кольца представляют собой скопления мелких и крупных частиц водяного льда. Благодаря ледяной структуре нимбы Сатурна имеют высокое альбедо, и поэтому хорошо видны в телескоп.
В заключение
Достижения науки и техники в последние 30 лет позволили ученым более интенсивно проводить исследования далекой планеты с помощью технических средств. Вслед за первой информацией, полученной в результате полета американского космического аппарата «Pioneer 11», впервые пролетевшего вблизи газового гиганта в 1979 году, Сатурном занялись вплотную.
Миссию «Пионера» в начале 80-х годов продолжили два «Вояджера», первый и второй. Акцент в исследованиях был сделан на спутники Сатурна. В 1997 году земляне впервые получили достаточный объем информации о Сатурне и системе этой планеты благодаря миссии АМС «Кассини-Гюйгенс». В программе полета была запланирована посадка зонда «Гюйгенс» на поверхность Титана, которая была успешно осуществлена 14 января 2005 года.
Феба
Феба вращается вокруг планеты в направлении, обратном направлению вращения всех других спутников и вращению Сатурна вокруг оси. Она имеет, в общих чертах, сферическую форму и отражает около 6% солнечного света. Кроме Гипериона, это единственный спутник, не повернутый к Сатурну вечно одной стороной. Все эти особенности позволяют весьма обосновано сказать, что Феба – относительно поздно захваченный в гравитационные сети Сатурна астероид.
Гиперион
Гиперион имеет неправильную форму астероида. Каждый раз, когда гигантский Титан и Гиперион сближаются, Титан гравитационными силами меняет ориентацию Гипериона, что видно по изменяющемуся блеску Гиперона. Неправильная форма Гипериона и следы давней бомбардировки его метеоритами позволяют считать его телом, относительно недавно попавшим в систему Сатурна.
Спутник Сатурна Гиперион. Фото с сайта: http://ru.wikipedia.org/wiki/
Гиперион – седьмой спутник Сатурна, открытый в 1848 г. почти одновременно Бондом в Кембридже и Ласселем в Ливерпуле. Отстоит от центра Сатурна на 25 радиусов этой планеты и обращается вокруг нее за 21 сутки и 7 часов по эллиптической орбите, плоскость которой почти совпадает с плоскостью экватора Сатурна.
Считается, что продолжительность суток на Гиперионе не постоянна из-за того, что спутник обращается вокруг Сатурна по сильно вытянутой эллиптической орбите, а также от того, что обладает весьма несферической формой. Кроме того, Гиперион находится в орбитальном резонансе с Титаном: отношение периодов обращения этих спутников вокруг Сатурна равно 4:3. В результате продолжительность суток может различаться на десятки процентов в течение нескольких недель.
Вот что происходит при столкновении двух "полновесных" шарообразных космических тел. С их поверхности слетает кора, частично оплавляется и образуются шрамы – ударные кратеры огромного размера. Но ядра и мантия этих тел обладают упругостью, поэтому ударившиеся шары отскакивают друг от друга, деля количество кинетической энергии между собой. Меньшее и более легкое тело отскакивает дальше. Но часть кинетической энергии затрачивается на деформации тел, их нагревание и частичное оплавление в месте соударения. В результате суммарная кинетическая энергия двух тел до соударения больше, чем при соударении. Соудареня космических тел снижают скорости их движения и меняют направления движения.
Поверхность Гипериона покрыта кратерами с зазубренными краями. Считается, что это следы катастрофических столкновений Гиперона с другими телами. Небольшие различия цвета поверхности, по-видимому, отражают различия в составе. На дне большинства кратеров находится тёмное вещество. Возможно, это осевшая на поверхность после соударений пыль и обломки. На поверхности есть и яркие детали. Скорее всего, толщина слоя темного вещества – всего несколько десятков метров, а под ним находится лед. Плотность Гипериона очень мала, он, вероятно, на 60 % состоит из обычного водяного льда с небольшой примесью камней. Считается, что в теле Гиперона много пустот – до 40% его обьема или даже больше.
Гиперион вокруг Сатурна обращается практически по той же орбите, что и Титан. Вполне возможно, что в прошлом он был спутником Титана. А вообще форма этого спутника весьма загадочна. Такие ячейки с крутыми стенками могут возникать в результате быстрой возгонки льда. На дне кратера скапливается темное вещество, оно интенсивно поглощает свет и нагревается, передавая тепло льду, отчего лед в безвоздушном пространстве, не переходя в жидкую фазу, испаряется.
Пандора и Елена
Один из новых спутников Сатурна – Елена – недавно обнаружена с помощью телескопов на фотографиях. Она движется на 60 градусов впереди своего большего соседа по орбите – Дионы. На поверхности Елены на общем светлом фоне аидны серые полосы. Как правило, это вершины и крутые склоны. Похоже, что Елена покрыта слоем снега, который скапливается в ложбинах и на дне ям, но сносится с вершин и гребней.
Есть и ещё небольшие спутники Сатурна, вращающиеся по очень низким орбитам. Один из них близок к орбите Дионы, второй располагается между орбитами Тефии и Дионы, и третий – между Дионой и Реей. Все три были обнаружены на фотографиях «Вояджера-2», но наблюдениями в телескопы их существование пока не подтверждено.
Спутник Сатурна Пандора. Фото с сайта: http://galspace.spb.ru/foto.php?foto_page=29
Пандора была обнаружена в 1980 г. Стюардом Колинзом на фотографиях с "Вояджер 1". В 1985 г. названа в честь персонажа греческой мифологии. Размеры ее 110х88х62 км, форма неправильная. Плотность 0,6 г/см 3 – меньше, чем плотность воды. На пандоре очень холодно – всего 78° К. Она совершает полный оборот вокруг Сатурна за 15 часов и 5 минут на расстоянии 141 700 км от поверхности планеты (точнее, от внешнего края его атмосферы). Своей гравитацией Пандора вызывает возмущения в кольцах Сатурна, особо заметные во внешнем кольце F. Скорее всего, Пандора – это огромная глыба льда.
Спутник сатурна Елена. На фотографии Елены четко различаются овраги. Происхождение их остается загадкой. Скорее всего, они образовались, когда Елена была частью более крупного космического тела. Фото с сайта: http://www.sql.ru/
Спутник Сатурна Елена была открыта в 1980 г. астрономами Пьером Лаке и Жаном Лекашо. Линейные размеры ее 36х32х30 км. В общем, это большая многокилометровая глыба льда, образовавшаяся в результате столкновения планетоидов в поясе Койпера. Елена относится к категории троянских спутников, она делит орбиту с более крупным спутником Дионой. Относительно гравитационной системы "Сатурн-Диона" Елена находится в окрестности точки Лагранжа L4.
Вот и закончилось наше путешествие на Сатурн и его спутники. Мы увидели много нового и пока необъяснимого в этом далеком холодном мире Бога Времени. Усомнились в некоторых догмах современной планетологии, попытались понять ход формирования гравитационной системы Сатурна иначе, чем это делается астрономами и астрофизиками, находящимися в плену гипотезы формирования Солнечной системы из газо-пылевого облака в результате таинственной конденсации быстро вращающегося облака в диск, а затем его сказочного расслоения. Мир, в котором мы побывали, – очень негостеприимный, жить там невозможно. Но этот мир есть, и он влияет на нас. Это бездна, перед которой теряется даже наш разум. Уютно в этом мире Космоса могут чувствовать себя только роботы и автоматы, если конечно, они когда-нибудь смогут чувствовать.
При написании данной странички была также использована информация с сайтов:
1. Википедия. Адрес доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/
2. Сайт "Лента Ру". Адрес доступа: Lenta.ru\NASA\Cassini
3. Сайт: "Космос". Адрес доступа: http://kosmos-x.net.ru/news/pod_poverkhnostju_titana_ est_okean/2012-07-01-1684
4. Словарь Брокгауза и Ефрона. Адрес доступа: http://dic.academic.ru/dic.nsf/brokgauz_ efron/
Сатурн
Общие сведения о Сатурне
Сатурн, шестая от Солнца и вторая по размерам после Юпитера планета- гигант Солнечной системы. Назван в честь одного из самых почитаемых римских богов – покровителя земли и посевов, который был низвергнут со своего трона Юпитером.
Наблюдения Сатурна с Земли
Людям Сатурн известен с самых древних времён. Ведь на ночном небе он – один из самых ярких объектов, видимый как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звёздной величины (в зависимости от расстояния до Земли).
К тому же только у Сатурна при наблюдении с Земли в телескоп (причём даже в самый простой) видны кольца, хотя обнаружены они у всех планет- гигантов...
История исследования Сатурна
орбитальное движение и вращение Сатурна
Вокруг Солнца Сатурн обращается по чуть наклонённой к плоскости эклиптики орбите, с эксцентриситетом 0,0541 и скоростью 9,672 км./с, делая полный оборот за 29,46 земных лет. Среднее расстояние планеты от Солнца – 9,537 а.е., при максимальном 10 а.е. и минимальном – 9 а.е..
Угол между плоскостями экватора и орбиты достигает 26°73". Период вращения вокруг оси – звёздные сутки – 10 часов 14 минут (на широтах до 30°). На полюсах период вращения на 26 минут дольше – 10 часов 40 минут. Это связано с тем, что Сатурн – не твёрдое тело, как Земля, например, а огромный газовый шар. В связи с такими особенностями своего строения, которое, кстати не является уникальным, планета не имеет твёрдой поверхности, поэтому радиус Сатурна определяется по положению наиболее высоких облаков в его атмосфере. Исходя из измерения этого положения выяснилось, что экваториальный радиус Сатурна, равный 60268 км. на 5904 км. больше полярного, т.е. полярное сжатие планетного диска составляет 1/10.
Строение и физические условия на Сатурне
Облака на Сатурне, в основном, аммиачные, белого цвета, и более мощные чем на Юпитере, поэтому и « полосатость» Сатурна меньше. Под аммиачными облаками лежат менее мощные, и не заметные из космоса облака из аммония (NH 4 +).
Облачный слой Сатурна не постоянен, а, наоборот, очень изменчив. Это связано с его вращением, которое, в основном, происходит с запада на восток (как и вращение планеты вокруг своей оси). Вращение это довольно сильное, ведь и ветры на Сатурне не слабые – со скоростями до 500 м/с. Направление ветров – восточное.
Скорость ветра, а соответственно и скорость вращения облачного слоя, уменьшается при движении от экватора к полюсам, причём на широтах больших чем 35° направления ветров чередуются, т.е. наряду с ветрами восточных направлений присутствуют ветры западных направлений.
Преобладание восточных потоков указывает на то, что ветры не ограничены слоем верхних облаков, они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2000 километров. Кроме того, измерения «Вояджера- 2» показали, что ветра в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора! Есть предположение, что симметричные потоки как- то связаны под слоем видимой атмосферы.
Кстати, при изучении снимков атмосферы Сатурна, было выяснено, что здесь, также как на Юпитере, могут образовываться мощные атмосферные вихри, размеры которых правда не такие гигантские, как у Большого Красного Пятна, которое видно даже с Земли, но всё же достигают в диаметре тысяч километров. Формируются столь мощные вихри, похожие на земные циклоны, в областях подъёма тёплого воздуха.
Было также выявлено различие между северным и южным полушариями Сатурна.
Заключается это различие в более чистой атмосфере над северным полушарием, вызванной почти полным отсутствием высоких облаков. Почему верхние слои атмосферы в северном полушарии настолько свободны от облаков, не известно, но предполагается что это может быть связано с более низкими температурами (~82 К)...
Масса Сатурна огромна – 5,68 10 26 кг, что в 95,1 раз превосходит массу Земли. Однако, средняя плотность, равная всего 0,68 г./см. 3 , почти на порядок меньше, чем плотность Земли и меньше плотности воды, что является уникальным случаем среди планет Солнечной системы.
Объясняется это составом газовой оболочки планеты, который в целом не отличается от солнечного, ибо абсолютно доминирующим химическим элементом на Сатурне является водород, правда в различных агрегатных состояниях.
Так, атмосфера Сатурна почти полностью состоит из молекулярного водорода (~95%), с небольшим количеством гелия (не более 5%), примесей метана (CH 4), аммиака (NH 3), дейтерия (тяжёлый водород) и этана (СН 3 СН 3). Обнаружены следы присутствия аммиачного и водного льда.
Ниже слоя атмосферы, при давлении ~100000 баров, простирается океан жидкого молекулярного водорода.
Ещё ниже – в 30 тыс. км. от поверхности, где давление достигает одного миллиона бар, водород переход в металлическое состояние. Именно в этом слое, при движении металла, создаётся мощное магнитное поле Сатурна, о котором будет рассказано ниже.
Ниже слоя металлического водорода находится жидкая смесь воды, метана и аммиака, при высоком давлении и температуре. Наконец в самом центре Сатурна лежит небольшое по размерам, но массивное каменное или леденисто- каменное ядро, температура которого ~20000 К.
Магнитосфера Сатурна
Вокруг Сатурна существует обширное магнитное поле с магнитной индукцией на уровне видимых облаков на экваторе 0,2 Гс, создаваемое движением вещества в слое металлического водорода. Отсутствие же у Сатурна наблюдаемого с Земли магнитно- тормозного радиоизлучения астрономы объяснили влиянием колец. Эти предположения подтвердились при пролёте мимо планеты АМС « Пионер- 11» . Приборы, установленные на межпланетной станции, зарегистрировали в околопланетном пространстве Сатурна образования, типичные для планеты, обладающей ярко выраженным магнитным полем: головную ударную волну, границу магнитосферы (магнитопаузу), радиационные пояса. Внешний радиус магнитосферы Сатурна в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса планеты, а расстояние до ударной волны – 26 радиусов.
Радиационные пояса Сатурна настолько обширны, что охватывают не только кольца, но и орбиты некоторых внутренних спутников планеты. Как и ожидалось, во внутренней части радиационных поясов, которая "перегорожена" кольцами Сатурна, концентрация заряженных частиц очень мала. Это происходит оттого, что заряженные частицы, двигаясь от полюса к полюсу, проходят через систему колец и поглощаются там льдом и пылью. В результате внутренняя часть радиационных поясов, которая в отсутствие колец была бы в системе Сатурна наиболее интенсивным источником радиоизлучения, оказывается ослабленной.
Но всё же концентрация заряженных частиц во внутренних областях радиационных поясов позволяет образовываться в полярных областях Сатурна полярным сияниям, которые похожи на те, что мы можем видеть и на Земле. Причина их образования та же – бомбардировка заряженными частицами атмосферы.
В результате этой бомбардировки происходит свечение атмосферных газов в ультрафиолетовом диапазоне (110- 160 нанометров). Электромагнитные волны такой длины поглощаются атмосферой Земли, и могут наблюдаться только космическими телескопами.
Кольца Сатурна
Ну а теперь перейдём к одной из наиболее характерных деталей строения Сатурна – его огромному плоскому кольцу.
Кольцо вокруг Сатурна впервые наблюдал Г. Галилей в 1610 г, но из- за низкого качества телескопа он принял видимые по краям планеты части кольца за спутники планеты.
Правильное описание кольца Сатурна дал нидерландский учёный Х. Гюйгенс в 1659 году, а французский астроном Джованни Доменико Кассини в 1675 году показал, что оно состоит из двух концентрических составляющих – колец A и B, разделённых тёмным промежутком (так называемым «делением Кассини»).
Много позже (в 1850 г.) американский астроном У. Бонд открыл внутреннее слабо светящееся кольцо C, которое из- за тёмного цвета иногда называют « креповым» , а в 1969 г. было обнаружено ещё более слабое и близкое к планете кольцо D, яркость которого не превышает 1/20 яркости самого яркого среднего кольца.
Помимо вышеперечисленных у Сатурна обнаружено ещё 3 кольца – E, F и G; все они слабые и плохо различимы с Земли, поэтому и открыты были во время полётов космических кораблей « Вояджёр- 1» и « Вояджёр- 2» .
Кольца чуть белее желтоватого диска Сатурна. Расположены они в плоскости экватора планеты в следующем порядке от верхнего облачного слоя: D, C, B, A, F, G, E. Порядок обозначения колец объясняется историческими причинами, поэтому он не совпадает с алфавитным...
Если внимательно рассматривать кольца Сатурна, то окажется, что их, на самом деле, гораздо больше. Разделены наблюдаемые кольца тёмными кольцевыми промежутками – щелями (или делениями), где вещества очень мало. Та из щелей, которую можно увидеть в средний телескоп с Земли (между кольцами А и В), названа щелью Кассини. В ясные ночи можно увидеть и менее заметные щели.
Так чем же объясняется такая структура колец Сатурна? И почему они вообще есть у Сатурна? Что ж, попытаемся ответить на эти вопросы. И начнём с рассмотрения второго, т.к. без ответа на него нельзя ответить на первый вопрос.
Причина, по которой Сатурн на расстоянии около 10 5 км имеет именно кольца, а не спутник, состоит в приливной силе. Было показано, что если бы спутник и образовался на таком расстоянии, то он был бы разорван под действием приливной силы на мелкие осколки. В эпоху формирования планет-гигантов вокруг них на некотором этапе возникли уплощённые облака протопланетной материи, из которой потом образовались спутники. В зоне колец приливная сила воспрепятствовала образованию спутника. Таким образом, кольца Сатурна, вероятно, являются остатками допланетной материи, и состоят из образований, размеры которых могут быть от мелких песчинок до фрагментов порядка нескольких метров.
Есть и иная теория образования колец, по которой они – остатки разрушенных кометами и метеоритами неких больших спутников Сатурна, образовавшихся несколько миллиардов лет назад. Хотя не исключено, что и в настоящее время имеются источники пополнения колец веществом. Так, плотность вещества в кольце E возрастает по направлению к орбите спутника Сатурна Энцелада. Вполне возможно, что Энцелад и является источником вещества для этого кольца.
Природа структуры колец, по- видимому, резонансная. Так, деление Кассини – это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг Сатурна ровно вдвое меньше, чем у ближайшего крупного спутника Сатурна – Мимаса. Из- за такого совпадения Мимас своим притяжением как бы раскачивает частицы, движущиеся внутри деления, и в конце концов выбрасывает их оттуда. Однако, как мы уже рассказывали выше, кольца Сатурна скорее похожи на « граммофонную пластинку» и объяснить такую их структуру резонансами с периодами обращения спутников Сатурна уже невозможно.
Поэтому, вероятно, подобная структура – результат механически неустойчивого распределения частиц по плоскости колец, вследствие чего возникают круговые волны плотности – наблюдаемая тонкая структура.
Первым высказал подобное предположение знаменитый немецкий философ Иммануил Кант, который объяснял тонкую структуру колец Сатурна столкновением частиц, вращающихся дифференциально вокруг планеты согласно законам Кеплера. Именно дифференциальное вращение, согласно Канту, является причиной расслоения диска на серию тонких колечек.
Позднее французский астроном Симон Лаплас доказал высказанную Кантом неустойчивость 2- ух видимых с Земли колец Сатурна.
Также, вычислив условия равновесия колец Сатурна, Лаплас доказал, что их существование возможно лишь при быстром вращении планеты вокруг оси, что впоследствии и было доказано наблюдениями В. Гершеля, обратившего внимание на заметное полярное сжатие Сатурна.
В 1857- 59 гг. кольца Сатурна описал в своих работах англичанин Максвелл Джеймс Клерк, показавший, что устойчивым существование кольца вокруг планеты может быть только в том случае, если оно состоит из совокупности отдельных не связанных между собой малых тел: сплошное твёрдое или жидкое кольцо было бы разорвано силой притяжения планеты.
Несколько позже – в 1885 году форму колец Сатурна описала русский математик С. В. Ковалевская, подтвердившая вывод Максвелла о том, что кольца Сатурна представляют собой не единое целое, а состоят из отдельных, небольших по размерам тел.
В конце 19 в. этот теоретический вывод Максвелла и Ковалевской был эмпирически подтверждён независимо друг от друга А. А. Белопольским (Россия), Дж. Килером (США) и А. Деландром (Франция), которые сфотографировали спектр Сатурна с помощью щелевого спектрографа и на основе эффекта Доплера- Физо обнаружили, что внешние части кольца Сатурна вращаются медленнее, чем внутренние.
Измеренные скорости оказались равными тем, которые имели бы спутники Сатурна, если бы они находились на тех же расстояниях от планеты. Отсюда ясно: кольца Сатурна по существу представляют собой колоссальное скопление мелких твёрдых частиц, самостоятельно обращающихся вокруг планеты. Размеры частиц столь малы, что их не видно не только в земные телескопы, но и с борта космических аппаратов. Лишь с помощью сканирования радиолучом на волне 3,6 см. колец A, C и деления Кассини, во время прохода мимо Сатурна « Вояджёра- 1» , удалось установить их размеры. Оказалось, что средний поперечник частиц кольца А равен 10 метрам, частиц деления Кассини – восьми, а кольца С – всего 2 метрам.
В остальных кольцах Сатурна, за исключением кольца B, частицы намного меньше по размерам, и их число незначительно. По сути кольца эти состоят из пылинок с поперечником около десятитысячных долей мм.
Надо сказать, что частицы в кольце B образуют странные радиальные образования – « спицы» , расположенные над плоскостью кольца. Не исключено, что « спицы» удерживаются силами электростатического отталкивания. Любопытно отметить, что изображения таинственных « спиц» были найдены на некоторых зарисовках Сатурна, сделанных ещё в прошлом веке. Но тогда никто не придал им значения.
Кроме спиц космические « Вояджёры» обнаружили неожиданным эффект, а именно многочисленные кратковременные всплески радиоизлучения, поступающего от колец. Это было не что иное, как сигналы от электростатических разрядов – своего рода молний. Источник электризации частиц, по- видимому, столкновения между ними. Была открыта и окутывающая кольца газообразная атмосфера из нейтрального атомарного водорода.
По интенсивности линии Лайсан- альфа (1216 А) в ультрафиолетовой части спектра « Вояджёрами» было подсчитано число атомов водорода в кубическом сантиметре атмосферы. Их оказалось примерно 600...
В результате исследования спектра колец выяснилось также, что частицы их составляющие по- видимому либо покрыты льдом (или инеем), либо состоят из льда, причём водяного. В последнем случае массу всех колец можно оценить в 10 23 г, т.е. на 6 порядков меньше массы самой планеты. Однако, анализ траектории космического корабля « Пионер- 11» показал, что масса колец ещё меньше и не достигает даже 1,7 миллионной массы Сатурна.
Температура колец очень низкая – порядка 80 К (-193° C). Частицы во всех кольцах двигаются с практически одинаковыми скоростями (около 10 км/с), иногда сталкиваясь друг с другом...
В течение 29,5 лет с Земли кольца Сатурна дважды видны в максимальном раскрытии и дважды наступают периоды, когда Солнце и Земля находятся в плоскости колец, и тогда кольца освещаются Солнцем «с ребра». В этот период кольца почти совсем не видны, что свидетельствует об их очень малой толщине: порядка 1- 4 (до 20) км. Сквозь кольца можно даже увидеть звёзды, хотя свет их при этом заметно ослабевает.
Спутники Сатурна
Наряду с системой колец у Сатурна есть ещё и целая система спутников, которых в настоящее время известно 60.
Первый спутник обнаружил ещё в 1655 году Христиан Гюйгенс, и это был огромный Титан – единственный спутник Сатурна, имеющий плотную атмосферу, а своими размерами превосходящий Меркурий.
Несколько позже – в 1671 году, Жан- Доминик Кассини открывает ещё один спутник – Япет. Спустя год он же открывает Рею, а в 1684 году – Диону и Тефию. После этих открытий, в течении более сотни лет, сведений о новых спутниках Сатурна не поступало. И казалось что так будет вечно. Но, в 1789 году сразу два спутника Сатурна были обнаружены Уильямом Гершелем. Это были Мимас и Энцелад.
Спустя ещё шестьдесят лет, а именно в 1848 г., был открыт Гиперион, в 1898- ом – Феба. Следом за ними – в 1966 году, были открыты Эпитемий и Джуна. После этого число открытых спутников Сатурна, в связи с увеличившейся разрешающей способностью наземных телескопов, стало стремительно возрастать, и к 1997 году, в котором состоялся запуск космического корабля « Cassini» , достигло 18. К этому числу « Cassini» добавил ещё четыре новых спутника, обнаруженных после его прибытия к Сатурну.
Всего к настоящему времени у Сатурна известно 52 официально подтверждённых спутника, каждый из которых имеет своё название. Наряду с ними имеются и другие, пока неподтверждённые спутники, которые имеют небольшие размеры и более одного раза не наблюдались. Одни из них лежат в пределах орбиты Дионы, другие – между орбитами Дионы и Тефии, третьи – между орбитами Дионы и Реи.
Все спутники, кроме огромного Титана, сложены в основном из водяного льда, с небольшой примесью скальных пород, на что указывает их невысокая плотность (порядка 1400- 2000 кг/м 3). У наиболее крупных из них, таких как Мимас, Диона, Рея, формируется каменистое ядро, занимающее по массе до 40% от массы всего спутника. Строение же Титана походит на строение больших спутников Юпитера: тоже твёрдое каменистое ядро и ледяная оболочка.
Спутники Сатурна, как впрочем и спутники других планет- гигантов, можно разделить на две группы – регулярные и иррегулярные. Регулярные спутники движутся по почти круговым орбитам, лежащим недалеко от планеты вблизи её экваториальной плоскости. Все регулярные спутники обращаются в одном направлении – в направлении вращения самой планеты. Это указывает на то, что сформировались эти спутники в газопылевом облаке, окружавшем планету в период её формирования. Правда из этого правила есть два исключения – Япет и Феба.
В отличие от них, иррегулярные спутники обращаются далеко от планеты по хаотическим орбитам, ясно указывающим, что эти тела были захвачены планетой из числа пролетавших мимо неё астероидов или ядер комет.
Регулярные спутники Сатурна, которых всего известно 18, имеют синхронное вращение (циклический сдвиг), и поэтому всегда повёрнуты к планете одной стороной. Исключением из этого правила является Гиперион, имеющий хаотическое собственное вращение, и Феба, вращающаяся в противоположную сторону.
Вообще же можно сказать, что каждый спутник Сатурна уникален, и каждый из них заслуживает внимания. Взять вот, например, Титан – огромный спутник, чей диаметр – 5150 километров, позволяет ему считаться вторым по величине спутником в Солнечной системе. К тому же только у Титана имеется плотная красно- оранжевая атмосфера, толщиной почти 600 км.. Причём атмосфера эта, по своему составу, напоминает атмосферу древней Земли, т.к. на 95% состоит из азота. Имеются следы присутствия в ней аргона, метана, кислорода, водорода, этана, пропана и других газов. Метан, кстати, на Титане может находиться во всех 3- х агрегатных состояниях, поэтому, неудивительно существование на спутнике метанового океана, озёр и рек. Да и обычный, водный океан на Титане тоже существует, правда, не на поверхности, а на глубине в несколько километров. На это указывает большая изменчивость деталей поверхности Титана, которые в разное время наблюдаются в разных местах.
Такое возможно только если предположить, что под поверхностью находится мощный слой жидкой воды. Таким образом, Титан – пятый космический объект в пределах Солнечной системы на котором найдена жидкая вода...
Не менее интересен чем Титан и другой спутник Сатурна – Япет. Его передняя (по ходу движения) полусфера сильно отличается по отражательной способности от задней. Одна из них столь же яркая как снег, другая – такая же тёмная как чёрный бархат. Это связано с тем, что передняя часть Япета сильно загрязнена пылью, которая падая на его поверхность при движении другого спутника – Фебы, вызывает сильное её почернение.
Феба же спутник тоже уникальный, т.к. единственный вращается вокруг планеты в противоположную сторону. К тому же её поверхность очень тёмная – самая тёмная среди всех спутников Сатурна.
А вот самая яркая поверхность у Энцелада, который по этому показателю – первый в Солнечной системе (его альбедо близко к 1, как у свежевыпавшего снега). У Энцелада также наибольшая тектоническая и вулканическая активность, причём вулканы Энцелада не простые, а ледяные. Из- за них его поверхность покрыта слоем инея, и потому такая яркая.
Очень интересен и ещё один спутник Сатурна – Гиперион, единственный из больших спутников имеющий неправильную форму, вызванную столкновением с неким массивным космическим телом. Возможно, а скорее даже вероятно, именно этим столкновением вызвано хаотическое вращение Гипериона вокруг своей оси, скорость которого меняется в течение месяца на десятки процентов.
От столкновения с каким- то большим космическим телом образовался и 130 километровый кратер Гершель на поверхности другого спутника Сатурна – Мимаса. Вал, окружающий этот кратер так высок, что явственно заметен даже на фотографиях. Надо сказать, что подобные гигантские кратеры на спутниках Сатурна не редкость. Так на поверхности Дионы обнаружен кратер с диаметром около 100 км., а на поверхности Реи – второго по размерам спутника Сатурна, есть кратеры диаметром вплоть до 300 км. Рея, кстати, интересна ещё и тем, что единственная из всех спутников, причём не только Сатурна, имеет кольца. Обнаружено это было 7 марта этого года, во время полёта космического корабля « Cassini» . Кольцо у Реи, по- видимому, всего одно, и состоит из раздробленных осколков столкнувшегося с Реей в далёком прошлом астероида или кометы. Диаметр этого кольца до нескольких тысяч километров и расположено оно почти вплотную к спутнику. Дополнительное облако пыли может расширяться до 5900 км. от центра спутника.
Да, Рея спутник конечно интересный, но вернёмся к разговору о кратерах. Как уже было сказано 100- 200 километровые кратеры на спутниках Сатурна – не редкость, но даже они – ничто по сравнению с кратером Одиссей, диаметром 400 км., который лежит на поверхности Тефии. На этом спутнике, кстати, обнаружен и гигантский каньон Итака, протянувшийся на 3 тысячи километров, что больше чем диаметр спутника (~2000 км.).
Но не только этим интересна Тефия. Она ещё и как бы «пасёт» два других спутника – Телесто и Калипсо, расположенных на 60° впереди и позади Тефии. Спутником- пастухом является и Диона, « пасущая» Елену и Полидевка. Места в пространстве, которые занимают эти « пасущиеся» спутники называют лагранжевые. Подобным образом, кстати, двигаются астероиды Троянцы вместе с Юпитером.
Некоторые же из спутников оказывают своё влияние на кольца Сатурна – это т.н. спутники- пастухи. Таковы, например, Прометей и Пандора, взаимодействующие с кольцевым материалом кольца F, и не позволяющие этому материалу выйти за пределы кольца, или Атлас, движущийся у внешнего края кольца А; он не даёт частицам кольца выходить за пределы этого края. Кольцо F кстати очень необычное. Так, бортовые камеры « Вояджёра- 1» показали, что кольцо состоит из нескольких колечек общей шириной 60 км., причем два из них перевиты друг с другом, как шнурок. Вызвана столь необычная конфигурация взаимодействием колечек с двумя спутниками, движущихся непосредственно вблизи кольца F, – один у внутреннего края, другой – у внешнего. Притяжение этих спутников не дает крайним частицам уходить далеко от его середины – спутники как бы « пасут» частицы. Они же, как показали расчёты, вызывают движение частиц по волнистой линии, что и создает наблюдаемые переплетения компонентов кольца. Но « Вояджёр- 2» , прошедший близ Сатурна девятью месяцами позже, не обнаружил в кольце F ни переплетений, ни каких- либо других искажений формы, в частности, и в непосредственной близости от пастухов. Таким образом, форма кольца оказалась изменчивой. Чем вызвано такое странное поведение колечек – не известно...
Общие сведения о Сатурне
Эта планета более других планет-гигантов похожа на Юпитер. Ее масса в 95 раз и экваториальный радиус (60370 км) в 9,5 раза превышают земные, а сжатие составляет 1:10, т. е. полярный радиус в 8,5 раза больше земного. Ускорение силы тяжести на Сатурне в 1,15 раза превышает земное, а критическая скорость равна 37 км/с. Ось вращения планеты наклонена под углом в 26°45", и если бы она по своей природе походила на Землю и находилась значительно ближе к Солнцу, то на ней сменялись бы сезоны года. Но структура Сатурна такая же, как у Юпитера, и он тоже вращается зонально с периодами в 10ч 14м (экваториальный пояс) и в 10ч 39м (умеренные пояса). О газообразной структуре планеты свидетельствует и ее небольшая средняя плотность, равная 0,69 г/см3, т. е., образно говоря, если бы Сатурн оказался в воде, то он плавал бы на ее поверхности. Из-за меньшей (в сравнении с Юпитером) массы давление в недрах Сатурна нарастает медленнее, и, по-видимому, слой жидкого водорода в смеси с гелием начинается на глубине, равной половине радиуса планеты, где температура достигает 10000°С, а давление - 3-109 гПа (3-106 атм.). Ниже, на глубине 0,7-0,8 радиуса, имеется, слой металлической фазы водорода, электрические токи в котором порождают магнитное поле планеты, а под этим слоем находится расплавленное силикатно-металлическое ядро, масса которого в 9 раз больше массы Земли, или почти 0,1 массы Сатурна.
Сатурн получает от Солнца в 92 раза меньше энергии, чем Земля, кроме того, 45% этой энергии он отражает. Поэтому температура его верхних слоев должна быть около -190°С, но она близка к -170°С. Объясняется это тем, что из горячих недр планеты поступает тепла в два раза больше, чем от Солнца. Радиоизлучение Сатурна сравнительно небольшое, что свидетельствует о наличии у него магнитного поля и радиационного пояса, более слабых, чем у Юпитера. Это подтверждено автоматической станцией «Пионер-11», которая 1 сентября 1979 г. пролетела на расстоянии 21 400 км от поверхности Сатурна и обнаружила его магнитное поле, ось которого почти совпадает с осью вращения планеты. Радиационный пояс состоит из нескольких зон, разделенных широкими полостями, не содержащих электрически заряженных частиц. У Сатурна есть еще две луны - их сфотографировал зонд «Кассини». Факт, что такие мелкие планеты (3 и 4 км в диаметре) уцелели до сих пор, означает, что мелкие кометы, которые обычно угрожают им, встречаются в Солнечной системе не так уж часто. Всего спутников у шестой планеты теперь 33 с поперечниками от 34 до 5150 км. Как и у Юпитера, эти спутники занумерованы в порядке последовательности их открытия.
На фотографиях, полученных автоматическими станциями, видно, что поверхности крупных спутников покрыты множеством кратеров самых различных размеров.
Все спутники Сатурна обращаются вокруг него в прямом направлении, и
только самый далекий, девятый спутник Феба, отстоящий от планеты
почти на 13 млн. км, имеет обратное движение и завершает один оборот
по орбите за 550 суток.
Кольца Сатурна
У Сатурна имеется кольцо, открытое еще в 1656 г. голландским физиком X. Гюйгенсом (1629-1695), а точнее, семь тонких плоских концентрических колец, которые отделены друг от друга темными промежутками и обращаются вокруг планеты в плоскости ее экватора. Внешнее кольцо, обозначаемое буквой А, менее ярко, чем отделенное от него щелью Кассини кольцо B, внутри которого находится третье кольцо С, из-за своей малой яркости называемое креповым и видимое только в сильные телескопы; оно отделено от кольца В делением Максвелла. Внешние и внутренние радиусы этих колец соответственно равны 138000 и 120000 км (А), 116000 и 90000 км (В), 89000 и 72000 км (С).
Сохраняя свое направление в пространстве, кольца через каждые 14,7 года (половина периода обращения Сатурна вокруг Солнца) бывают повернуты к Земле ребром и не видны; только их тень узкой темной полоской падает на диск планеты. Это явление называется исчезновением колец. Последнее их исчезновение было в 1994 г.
Сатурн, шестая по расстоянию от Солнца большая планета Солнечной системы; астрономический знак ћ С. относится к числу планет-гигантов. Большая полуось орбиты С. (его среднее расстояние от Солнца) составляет 9,54 а. е., или 1,43 млрд. км. Эксцентриситет орбиты С. 0,056 (наибольший среди планет-гигантов). Угол наклона плоскости орбиты С. к плоскости эклиптики равен 2°29’. Полный оборот вокруг Солнца (сидерический период обращения) С. совершает за 29,458 лет со средней скоростью 9,64 км/сек. Синодический период обращения равен 378,09 сут. На небе С. выглядит как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звёздной величины (в среднем противостоянии). Большая изменчивость блеска связана с существованием вокруг С. колец; угол между плоскостью колец и направлением на Землю меняется в пределах от 0 до 28°, и земной наблюдатель видит кольца под разным углом, что и определяет изменение блеска С. Видимый диск С. имеет форму эллипса с осями 20,7” и 14,7” (в среднем противостоянии). В верхнем соединении с Солнцем видимые размеры С. на 25% меньше, а блеск на 0,48 звёздной величины слабее. Визуальное альбедо С. равно 0,69.
Эллиптичность диска С. отражает его сфероидальную форму, которая является следствием быстрого вращения С.: период его вращения вокруг своей оси равен 10 ч 14 мин на экваторе, 10 ч 38 мин на умеренных широтах и 10 ч 40 мин на широте около 60°. Ось вращения С. наклонена к плоскости его орбиты на 63°36’. В линейной мере экваториальный радиус С. составляет 60 100 км, полярный - 54 600 км (точность около 1%), а сжатие равно 1:10,2. Объём С. превышает объём Земли в 770 раз, а масса С. в 95,28 раз больше земной (5,68·10226 кг), так что средняя плотность С. составляет 0,7 г/см3 - вдвое меньше плотности Солнца. По отношению к Солнцу масса С. составляет 1:3499. Ускорение силы тяжести на поверхности С. на экваторе равно 9,54 м/сек2. Параболическая скорость (скорость убегания) на поверхности С. достигает 37 км/сек.
На диске С. видно мало деталей, даже при рассматривании его в наилучших условиях. Видны лишь параллельные экватору светлые и тёмные полосы, на которые изредка накладываются тёмные или светлые пятна, с помощью которых и определяется вращение С.
Температура поверхности С. по измерениям теплового потока, исходящего из планеты в инфракрасной области спектра, определяется от - 190 до - 150 °С (что выше равновесной температуры - 193 °С), соответствующей получаемому от Солнца потоку тепла. Это свидетельствует о том, что в тепловом излучении С. есть доля собственного глубинного тепла, что подтверждается и измерениями радиоизлучения.
Различие угловых скоростей вращения С. на разных широтах свидетельствует о том, что наблюдаемая с Земли его поверхность есть лишь верхний облачный слой атмосферы. О внутреннем строении С. можно составить некоторое представление на основании теоретических исследований. Наблюдаемые возмущения в движении спутников С., будучи сопоставлены со сжатием его фигуры и средней плотностью, позволяют определить приблизительный ход давления и плотности в недрах С. (см. Планеты). Очень малая средняя плотность С. говорит за то, что он, как и другие планеты-гиганты, состоит преимущественно из лёгких газов - водорода и гелия, которые преобладают и на Солнце. Предположительно в состав С. входят водород (80%), гелий (18%), более тяжёлых элементов, сконцентрированных в ядре планеты, всего лишь 2%. Водород до глубин около половины радиуса находится в молекулярной фазе, а глубже под влиянием колоссальных давлений переходит в фазу металлическую. В центре С. температура близка к 20 000 К.
Химический состав атмосферы, находящейся над облачным слоем С., определяется по линиям поглощения в спектре планеты. Главную её часть составляет молекулярный водород (40 км-атм), безусловно присутствует метан CH4 (0,35 км-атм), предполагается существование аммиака (NH3), хотя возможно, что в форме аэрозолей он присутствует в облаках. Имеются основания предполагать, что и в атмосфере С. есть гелий, спектроскопически не проявляющий себя в доступной нам области спектра. Магнитное поле у С. не обнаружено.
Примечательной особенностью планеты являются кольца Сатурна - концентрические образования различной яркости, как бы вложенные друг в друга, и образующие единую плоскую систему небольшой толщины, располагающуюся в экваториальной плоскости С. Кольцо вокруг С. впервые наблюдал Г. Галилей в 1610, но из-за низкого качества телескопа он принял видимые по краям планеты части кольца за спутники С. Правильное описание кольца С. дал Х. Гюйгенс (1659), а Дж. Кассини вскоре показал, что оно состоит из двух концентрических составляющих - колец А и В, разделённых тёмным промежутком (так называемым «делением Кассини»). Много позже (в 1850) американский астроном У. Бонд открыл внутреннее слабо светящееся кольцо (С), а в 1969 было обнаружено ещё более слабое и близкое к планете кольцо D. Яркость кольца D не превышает 1/20 яркости самого яркого кольца - кольца В. Кольца расположены на следующих расстояниях от планеты: А - от 138 до 120 тыс. км, В - от 116 до 90 тыс. км, С - от 89 до 75 тыс. км и D - от 71 тыс. км почти до поверхности С.
Природа колец С. стала ясной после того, как английский физик Дж. Максвелл (в 1859) и русский математик С. В. Ковалевская (в 1885) разными методами доказали, что устойчивым существование кольца вокруг планеты может быть только в том случае, если оно состоит из совокупности отдельных малых тел: сплошное твёрдое или жидкое кольцо было бы разорвано силой притяжения планеты.
Этот теоретический вывод в конце 19 в. был эмпирически подтвержден независимо друг от друга А. А. Белопольским (Россия), Дж. Килером (США) и А. Деландром (Франция), которые сфотографировали спектр С. с помощью щелевого спектрографа и на основе эффекта Доплера - Физо обнаружили, что внешние части кольца С. вращаются медленнее, чем внутренние. Измеренные скорости оказались равными тем, которые имели бы спутники С., если бы они находились на тех же расстояниях от планеты.
В течение 29,5 лет с Земли кольца С. дважды видны в максимальном раскрытии и дважды наступают периоды, когда Солнце и Земля находятся в плоскости колец, и тогда кольца либо освещаются Солнцем «с ребра», либо оно для земного наблюдателя видно «с ребра». В этот период кольца почти совсем не видны, что свидетельствует об их очень малой толщине. Разные исследователи, основываясь на визуальных и фотометрических наблюдениях и их теоретической обработке, приходят к заключению, что средняя толщина колец составляет от 10 см до 10 км. Конечно, кольцо такой толщины увидеть с Земли «с ребра» невозможно. Размеры твёрдых тел в кольцах оцениваются от 10-1 до 103 см с преобладанием глыб диаметром около 1 м, что подтверждается и наблюдаемым отражением радиоволн от колец С.
Химический состав вещества колец, по-видимому, одинаков у всех четырёх составляющих, различна в них только степень заполнения пространства глыбами. Спектр колец С. существенно отличен от спектра самого С. и освещающего их Солнца; спектр указывает на повышенную отражательную способность колец в ближней инфракрасной области (2,1 и 1,5 мкм), что соответствует отражению от льда H2O. Можно считать, что тела, образующие кольца С., либо покрыты льдом или инеем, либо состоят из льда. В последнем случае массу всех колец можно оценить в 1024 г, т. е. на 5 порядков меньше массы самой планеты. Температура колец С., по-видимому, близка к равновесной, т. е. к 80 К.
С. имеет десять спутников. Один из них - Титан - имеет размеры, сравнимые с размерами планет; его диаметр равен 5000 км, масса 2,4×10-4 массы С., он обладает атмосферой, имеющей в своём составе метан. Самый близкий к планете спутник - Янус, открытый в 1966: он обращается вокруг планеты за 18 ч, на среднем расстоянии 160 тыс. км; его диаметр около 220 км. Самый далёкий спутник - Феба; обращается вокруг С. в обратном направлении на расстоянии около 13 млн. км (см. Спутники планет).
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.