Сатурн

Сатурн

Сату́рн — шестая планета Солнечной системы по удалённости от Солнца. Газовый гигант, второй по величине в Солнечной системе после Юпитера. Сатурн наиболее известен своими кольцами, состоящими из льда и космической пыли. Среднее расстояние между Сатурном и Солнцем составляет 1430 млн км (9,58 а. е.). Двигаясь со средней скоростью 9,69 км/с, Сатурн обращается вокруг Солнца за 10 759 суток (примерно 29,5 лет).

Сатурн состоит из водорода, гелия и следов других элементов. Внутренняя часть планеты состоит из небольшого ядра из камня и льда, окруженного тонким слоем металлического водорода, который окружен толстым внешним слоем газов. Скорость ветра на Сатурне может достигать 1800 км/ч, что намного быстрее, чем на Юпитере. Планета имеет магнитное поле.

Сатурн имеет большую систему планетарных колец, состоящую в основном из льда, смешанного с мелкими частицами космической пыли. Вокруг планеты обнаружено 83 естественных спутников. Титан, крупнейший спутник Сатурна и второй по величине в Солнечной системе (после Ганимеда), больше планеты Меркурий и является единственным естественным спутником в Солнечной системе со значительной атмосферой. В январе 2005 года космический модуль запущенный с Земли достиг поверхности Титана.

Назван в честь римского бога урожая и земледелия Сатурна, аналога титана Кроноса в древнегреческой мифологии. Символ планеты представляет собой стилизованное изображение серпа (♄).

Физические характеристики

Среднее расстояние между Сатурном и Солнцем составляет 1430 млн км (9,58 а. е.).. Со средней орбитальной скоростью 9,69 км/с Сатурну требуется около 10 759 земных дней (или около 29,5 лет), чтобы совершить один оборот вокруг Солнца. Из-за эксцентриситета 0,056 расстояние между Сатурном и Солнцем варьируется примерно на 155 000 000 км между перигелием и афелием.

Сатурн не вращается как твердое тело — в зависимости от широты определяются два периода вращения: Система I имеет период вращения 10 часов 14 минут 00 секунд (844,3°/сутки) и включает экваториальную зону от северной границы южной экваториальной пояса до южной границы северного экваториального пояса. Все остальные широты относятся к Системе II, период вращения которой составляет 10 часов 39 минут 24 секунды (810,76°/день). Система III основана на радионаблюдениях за планетой и имеет период вращения 10 часов 39 минут 22,4 секунды (810,8°/сутки). Поскольку период Системы III очень близок периоду Системы II, астрономы в большинстве случаев используют для расчётов Систему II. Приближаясь к Сатурну в 2004 году, космический аппарат Кассини-Гюйгенс обнаружил, что период Системы III увеличился до 10 часов 45 минут 45 секунд (с погрешностью ±36 секунд). Причина этого изменения неизвестна. Согласно последней информации, основанной на многочисленных измерениях, сделанных зондами «Кассини», «Вояджер» и «Пионер», в сентябре 2007 года было объявлено, что сутки на Сатурне составляет 10 часов 32 минуты и 35 секунд.

Сфероидальная форма Сатурна характеризуется сильным «уплощением» в районе полюса и «выпуклостью» в районе экватора. Разница между его экваториальным (120 536 км) и полярным (108 728 км) диаметрами составляет почти 10 %. Причиной этого является быстрое вращение и жидкое состояние планеты. Сатурн — единственная планета Солнечной системы, плотность которой меньше плотности воды — 0,69 г/см3. Однако ядро ​​планеты значительно плотнее легкой атмосферы. Масса Сатурна составляет всего 95 земных масс по сравнению с Юпитером, который весит в 318 раз больше массы Земли, но только на 20 % больше, чем Сатурн.

Внутреннее строение Сатурна, согласно современным воззрениям науки, похоже на Юпитер — каменистое ядро ​​в центре, покрытое слоями (изнутри наружу) металлического водорода и молекулярного водорода. Имеются следы воды и кристаллов аммиака, а также метана, этана и некоторых других веществ. Общая масса этих элементов оценивается примерно в 19-31 раз больше, чем у Земли, с наибольшей концентрацией в ядре. Температура внутри достигает 12 000 К; планета излучает в 2,6 раза больше тепла, чем получает от Солнца, что свидетельствует о высокой температуре ядра. Основным способом получения этого тепла считается механизм Кельвина-Гельмгольца (медленное сжатие под действием силы тяжести). Часть тепла может производиться внутри путем «осаждения» гелия в основном водородной среде (гелий тяжелее водорода) и энергии, высвобождаемой из-за трения между атомами.

Для атмосферы Сатурна характерны облачные пояса, похожие на юпитерианские, но более бледные и широкие на экваторе. Облачные пояса Сатурна были впервые исследованы зондами «Вояджер». Однако впоследствии увеличение разрешения наземных телескопов позволило наблюдать эти пояса и с Земли. Атмосфера Сатурна характеризуется штормами и турбулентностью, как и атмосфера Юпитера. В 1990 году телескоп «Хаббл» заметил большое белое облако вблизи экватора планеты, которое не было замечено в наблюдениях, сделанных зондами «Вояджер». Ещё один меньший шторм наблюдался в 1994 году. При наблюдениях в инфракрасном диапазоне был обнаружен полярный вихрь (разновидность турбулентности), который характеризуется тем, что он значительно теплее окружающей атмосферы, и не имеет аналогов в Солнечной системе. В то время как температура Сатурна обычно составляет около −185 ° C, температура вихря составляет около −122 ° C.

Сатурн имеет магнитное поле простой сферической формы магнитного диполя. Его сила составляет 0,2 Гаусса (20 мкТл) на экваторе, что составляет примерно 1/20 магнитного поля вокруг Юпитера и немного слабее, чем у Земли. В результате его магнитосфера намного меньше, чем у Юпитера, и простирается немного за пределы орбиты Титана. Скорее всего, магнитное поле создается слоем металлизированного водорода (называемым динамо металлизированного водорода), подобно магнитному полю на Юпитере.

Кольца Сатурна

Кольца Сатурна были впервые замечены Галилео Галилеем в 1610 году, но первоначально он ошибочно полагал, что это большие спутники вблизи планеты. В 1655 году Христиан Гюйгенс наблюдал и правильно описал кольца, используя гораздо более мощный телескоп, чем у Галилея. В 1675 году Джованни Доменико Кассини обнаружил, что кольца состоят из множества узких колец с промежутками между ними. В 1859 году Джеймс Кларк Максвелл доказал, что кольца не могут быть твердыми, иначе они «сломаются». Он предполагает, что кольца состоят из множества частиц, вращающихся вокруг планеты. В 1895 году его теория была подтверждена в Ликской обсерватории.

Кольца Сатурна можно наблюдать в обычный любительский телескоп или в бинокль с хорошим увеличением. Они простираются на высоте от 6 630 до 120 700 км над экватором планеты и состоят из силикатных пород, оксида железа и частиц льда, размер которых варьируется от песчинок до размера небольших автомобилей.

Две основные теории объясняют происхождение колец. Согласно первой теории, предложенной Эдвардом Рошем, они являются остатками спутника, подошедшего слишком близко к Сатурну и уничтоженного приливными силами планеты. Согласно варианту этой теории, спутник был разрушен в результате столкновения с другим небесным телом — астероидом или кометой. Согласно второй теории, кольца представляют собой остатки первичного вещества в солнечной туманности. Эта теория не получила широкого признания из-за преобладающего среди ученых мнения о том, что кольца Сатурна нестабильны в долгосрочной перспективе и поэтому образовались относительно недавно. Самые большие разрывы в кольцах, такие как трещина Кассини и трещина Энке, можно наблюдать с Земли.

Спутники

Сатурн имеет большое количество естественных спутников (на март 2023 года известно 83, исключая огромное количество тел, составляющих кольца). Некоторые спутники очень малы: 34 из них имеют диаметр менее 10 км, а ещё 13 — менее 50 км в диаметре. Кроме того, есть 3 небесных тела, которые считаются спутниками, но могут быть просто большими пылевыми телами в кольцах планеты. Крупнейшие спутники — Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан и Япет — были открыты к 1789 году, однако и по сегодняшний день остаются основными объектами исследований.

Самый большой спутник — Титан — единственный спутник в Солнечной системе, о котором достоверно известно, что у него плотная атмосфера. По сравнению с другими спутниками Сатурна Титан огромен. После Солнца, восьми планет и спутника Юпитера Ганимеда Титан является самым массивным объектом в Солнечной системе. Диаметр Титана на 50 % больше, чем у Луны. Титан содержит около 90 % массы вещества вокруг Сатурна и его колец. Второй по величине спутник планеты — Рея, которая, как считается, имеет разреженную систему колец. Большинство спутников Сатурна названы в честь титанов из греческой мифологии.

История изучения

Сатурн — одна из пяти планет Солнечной системы, легко видимых невооружённым глазом с Земли. Около 700 года до н. э. пoявляютcя пepвыe дpeвниe зaпиcи o Caтуpнe. Пpинaдлeжaт accиpийцaм, oпиcывaющим кoльчaтый oбъeкт, oтмeчaющийcя блecкoм в нoчнoм нeбe. Имeнуют «Звeздoй Hинибa». В июле 1610 года Галилео Галилей зaмeчaeт кoльцa планеты, нo eму кaжeтcя, чтo он видит тpoйную плaнeту. В 1665 году Xpиcтиaн Гюйгeнc oтмeчaeт кoльцa и кpупнeйший cпутник — Tитaн.

Первым космическим аппаратом отправленным к планете был запущенный 1 ceнтябpя 1979 гoда «Пионер-11», который прошел на высоте 20 000 км от верхнего слоя облаков газового гиганта. Им были сделаны фотографии с низким разрешением самой планеты и некоторых её естественных спутников.

В ноябре 1980 года планету посетил «Вояджер-1». Аппарат отправил на Землю первые фотографии планеты, её колец и спутников в высоком разрешении. Были обнаружены многие особенности спутников Сатурна. Было сделано множество открытий, зонд не смог зафиксировать детали рельефа Титана. Почти год спустя, в августе 1981 года, «Вояджер-2» продолжил изучение системы Сатурна. Были сделаны новые, ещё более качественные снимки. «Вояджер-2» исследовал верхние слои атмосферы планеты, чтобы измерить её температуру и плотность.

Космический аппарат «Кассини-Гюйгенс» был запущен к Сатурну в 1997 году и после семилетнего полета достиг системы Сатурна и 1 июля 2004 года и вышел на орбиту вокру гпланеты. Основными целями миссии, которая первоначально планировалась на четыре года, были изучение структуры и динамики колец и спутников, динамики атмосферы и магнитосферы Сатурна, а также детальное изучение крупнейшего спутника Сатурна — Титана.

До выхода на орбиту Сатурна в июне 2004 года зонд проходил над Фебой и передавала на Землю снимки высокого разрешения и другие данные. Американский космический аппарат также несколько раз пролетал вблизи Титана. Он получил изображения большого озера и его береговой линии, а также значительного количества гор и островов. Затем, 14 января 2005 года, от него отделился специальный европейский зонд «Гюйгенс» и опустился на поверхность Титана на парашюте. Спуск занял 2 часа 28 минут. Во время спуска «Гюйгенс» взял пробы атмосферы. Согласно интерпретации данных, полученных зондом «Гюйгенс», верхняя часть облака состояла из метанового льда, а нижняя — из жидкого метана и азота. Вместе с тем «Кассини-Гюйгенс» открыл большое количество новых спутников планеты.