Сатурн

Физические особенности

Сатурн - это продолговатый сфероид, означающий, что он сплющен на полюсах и раздувается вокруг экватора. Диаметр планеты на экваторе составляет 120 536 км (74 898 миль), а ее полярный диаметр (расстояние от северного полюса до южного) - 108 728 км (67 560 миль); разница составляет 9%. Сатурн имеет плоскую форму благодаря очень быстрому вращению, раз в 10,8 часа.

Сатурн - единственная планета в Солнечной системе, которая менее плотна, чем вода. Несмотря на то, что ядро планеты очень плотное, оно имеет газообразную атмосферу, поэтому средняя удельная плотность планеты составляет 0,69 г/см3. Это означает, что если бы Сатурн можно было разместить в большом бассейне воды, он бы плавал.

Атмосфера

Внешняя часть атмосферы Сатурна на 96% состоит из водорода, 3% гелия, 0,4% метана и 0,01% аммиака. Имеются также очень небольшие количества ацетилена, этана и фосфина.

Облака Сатурна показывают полосчатый рисунок, как и полосы облаков на Юпитере. Облака Сатурна гораздо слабее, а полосы на экваторе шире. Нижний слой облаков Сатурна состоит из водяного льда и имеет толщину около 10 км (6 миль). Температура здесь достаточно низкая, 250 K (-10°F, -23°C). Однако ученые с этим не согласны. Вышележащий слой толщиной около 77 км (48 миль) состоит из гидросульфидного льда аммония, а над ним слой аммиачных ледяных облаков толщиной 80 км (50 миль). Самый высокий слой состоит из водородных и гелиевых газов, который простирается от 200 км (124 миль) до 270 км (168 миль) над вершинами водяных облаков. Известно также, что Авроры образуются в Сатурне в мезосфере. Температура на вершинах облаков Сатурна крайне низкая - 98 K (-283 °F, -175 °C). Температура во внутренних слоях значительно выше, чем во внешних, из-за тепла, выделяемого внутренними слоями Сатурна. Ветры Сатурна одни из самых быстрых в Солнечной системе, достигая 1800 км/ч (118 миль/ч), что в десять раз быстрее, чем ветры на Земле.

Бури и пятна

Известно также, что атмосфера Сатурна образует облака овальной формы, похожие на более четкие пятна, которые видны в Юпитере. Эти овальные пятна являются циклоническими бурями, такими же, как циклоны, видимые на Земле. В 1990 году космический телескоп Хаббла обнаружил очень большое белое облако вблизи экватора Сатурна. Штормы, подобные тому, что случились в 1990 году, были известны как Великие белые пятна. Эти уникальные штормы существуют лишь на короткое время и происходят примерно каждые 30 земных лет, во время летнего солнцестояния в Северном полушарии. Большие белые пятна были обнаружены также в 1876, 1903, 1933 и 1960 годах. Если этот цикл продолжится, то примерно в 2020 году образуется еще одна буря.

Космический корабль "Вояджер-1" обнаружил у северного полюса Сатурна около 78° с.ш. гексагональный рисунок облаков. Позже зонд Кассини-Гюйгенса подтвердил это в 2006 году. В отличие от северного полюса, на южном полюсе не видно гексагональной структуры облаков. Зонд также обнаружил ураганоподобный шторм, зафиксированный на южном полюсе, на котором четко видна глазная стена. До этого открытия глазные стены были видны только на Земле.

Интерьер

Интерьер Сатурна похож на интерьер Юпитера. В его центре находится небольшое скалистое ядро размером с Землю. Он очень горячий; его температура достигает 15 000 K (26 540 °F (14 727 °C)). Сатурн настолько горяч, что выделяет в космос больше тепловой энергии, чем получает от Солнца. Над ним находится более толстый слой металлического водорода, глубиной около 30 000 км (18 641 миль). Над этим слоем находится область жидкого водорода и гелия. Ядро тяжелое, его масса примерно в 9-22 раза больше, чем у земного ядра.

Магнитное поле

Сатурн имеет естественное магнитное поле, которое слабее, чем у Юпитера. Как и у Земли, поле Сатурна - магнитный диполь. Поле Сатурна уникально тем, что оно абсолютно симметрично, в отличие от любой другой известной планеты. Это означает, что поле точно соответствует оси планеты. Сатурн генерирует радиоволны, но они слишком слабы, чтобы их можно было обнаружить с Земли. Луна Титан движется по орбите во внешней части магнитного поля Сатурна и выделяет плазму из ионизированных частиц в атмосфере Титана.

Рисунок Сатурна Роберта Гука в 1666 году.


Северное полярное шестиугольное облако, впервые обнаруженное "Вояджером 1", а затем - Кассини.


Сатурн по сравнению с размером Земли

Вращение и орбита

Среднее расстояние Сатурна от Солнца составляет более 1 400 000 000 км (869 000 000 миль), что примерно в девять раз больше расстояния от Земли до Солнца. Сатурну требуется 10 759 дней, или около 29,8 лет, чтобы облететь вокруг Солнца. Это известно как орбитальный период Сатурна.

На "Вояджере 1" вращение Сатурна было измерено как 10 часов 14 минут на экваторе, 10 часов 40 минут ближе к полюсам и 10 часов 39 минут 24 секунды для внутренних районов планеты. Это известно как период вращения.

Кассини измерил вращение Сатурна как 10 часов 45 минут 45 секунд ± 36 секунд. Это примерно на шесть минут, или на один процент, больше, чем период радиовращения, измеренный космическими кораблями "Вояджер-1" и "Вояджер-2", которые летали на Сатурне в 1980 и 1981 годах.

Период вращения Сатурна рассчитывается по скорости вращения радиоволн, высвобождаемых планетой. Космический корабль Кассини-Гюйгенс обнаружил, что радиоволны замедлились, что говорит о том, что период вращения увеличился. Поскольку ученые не думают, что вращение Сатурна на самом деле замедляется, объяснение может заключаться в магнитном поле, которое вызывает радиоволны.

Планетарные кольца

Сатурн наиболее известен своими планетарными кольцами, которые легко увидеть с помощью телескопа. Существует семь названных колец: кольца A, B, C, D, E, F и G. Они были названы в том порядке, в котором они были обнаружены, который отличается от их порядка на планете. С планеты кольца: D, C, B, A, F, G и E.

Ученые считают, что кольца - это материал, оставшийся после того, как луна разбилась. Новая идея гласит, что это была очень большая луна, большая часть которой разбилась о планету. Это оставило большое количество льда, чтобы сформировать кольца, а также некоторые из лун, как Энцелад, которые, как полагают, сделаны из льда.

История

Кольца были впервые обнаружены Галилео Галилеем в 1610 году с помощью его телескопа. Они не были похожи на кольца Галилея, поэтому он назвал их "ручками". Он думал, что Сатурн - это три отдельные планеты, которые почти касались друг друга. В 1612 году, когда кольца были обращены к краю Земли, кольца исчезли, а затем вновь появились в 1613 году, еще больше запутав Галилея. В 1655 году Христиан Гюйгенс первым узнал, что Сатурн был окружен кольцами. Используя гораздо более мощный телескоп, чем у Галилея, он отметил, что Сатурн "окружен тонким, плоским, кольцом, ни к чему не прикасающимся...". В 1675 году Джованни Доменико Кассини обнаружил, что кольца планеты на самом деле были сделаны из меньших колец с прорезями. Самый большой зазор в кольцах был позже назван дивизионом Кассини. В 1859 году Джеймс Клерк Максвелл показал, что кольца не могут быть твердыми, а состоят из мелких частиц, каждая из которых вращается вокруг Сатурна по отдельности, в противном случае они станут неустойчивыми или разорвутся на части. Джеймс Киллер изучал кольца с помощью спектроскопа в 1895 году, который доказал теорию Максвелла.

Физические особенности

Кольца простираются от 6 630 км (4 120 миль) до 120 700 км (75 000 миль) над экватором планеты. Как доказал Максвелл, несмотря на то, что при взгляде сверху кольца кажутся твердыми и неповрежденными, они состоят из мелких частиц породы и льда. Их толщина составляет всего около 10 м (33 футов); они сделаны из кремнеземной породы, оксида железа и частиц льда. Самые мелкие частицы - это лишь пятна пыли, а самые крупные - это частицы размером с дом. Кольца C и D, похоже, также имеют "волну", как и волны в воде. Эти большие волны имеют высоту 500 м (1640 футов), но только медленно движутся на расстоянии около 250 м (820 футов) каждый день. Некоторые ученые считают, что волна вызвана лунами Сатурна. Другая идея заключается в том, что волны были вызваны кометами, ударившими по Сатурну в 1983 или 1984 году.

Самыми большими пробелами в кольцах являются дивизион Кассини и дивизион Encke, которые видны с Земли. Самым большим является дивизион Кассини, ширина которого составляет 4800 км (2 983 миль). Однако, когда в 1980 году космические корабли "Вояджера" посетили Сатурн, они обнаружили, что кольца представляют собой сложную структуру, состоящую из тысяч тонких щелей и колец. Ученые полагают, что это вызвано гравитационной силой некоторых лун Сатурна. Крошечный лунный панорамный спутник вращается внутри колец Сатурна, создавая зазор внутри колец. Другие кольца сохраняют свою структуру благодаря гравитационной силе пастушьих спутников, таких как Прометей и Пандора. Другие зазоры образуются из-за силы гравитации большой луны, расположенной дальше. Луна Мимас отвечает за расчистку промежутка Кассини.

Последние данные с космического корабля "Кассини" показали, что кольца имеют свою собственную атмосферу, свободную от атмосферы планеты. Атмосфера колец состоит из газообразного кислорода, и она образуется, когда ультрафиолетовый свет Солнца разбивает водяной лед в кольцах. Химическая реакция также происходит между ультрафиолетовым светом и молекулами воды, образуя водородный газ. Атмосфера кислорода и водорода вокруг колец находится на очень большом расстоянии друг от друга. Наряду с кислородом и газообразным водородом, кольца имеют тонкую атмосферу, состоящую из гидроксида. Этот анион был открыт космическим телескопом Хаббла.

Пресс-сайт

Космический зонд "Вояджера" обнаружил элементы в форме лучей, называемые спицами. Их также увидел телескоп Хаббла. Зонд Кассини сфотографировал спицы в 2005 году. Они видны как темные, когда находятся под солнечным светом, и выглядят светлыми, когда находятся против неосвещенной стороны. Сначала считалось, что спицы сделаны из микроскопических частиц пыли, но новые данные свидетельствуют о том, что они сделаны из льда. Они вращаются одновременно с магнитосферой планеты, поэтому считается, что они имеют связь с электромагнетизмом. Однако, причины образования спиц до сих пор неизвестны. Они кажутся сезонными, исчезают во время солнцестояния и появляются снова во время равноденствия.

Спицы в кольцах Сатурна, сфотографированные "Вояджером 2".

Луны

У Сатурна 53 названных луны, и еще девять, которые еще изучаются. Многие из лун очень маленькие: 33 - менее 10 км (6 миль) в диаметре и 13 - менее 50 км (31 миля). Семь лун достаточно велики, чтобы быть почти идеальной сферой, вызванной их собственной гравитацией. Этими лунами являются Титан, Реа, Иапет, Дион, Тетис, Энцелад и Мимас. Титан - самая большая луна, больше планеты Меркурий, и это единственная луна в Солнечной системе с густой, плотной атмосферой. Иперион и Фиби - следующие по величине луны, больше 200 км (124 миль) в диаметре.

В декабре 2004 и январе 2005 г. искусственный спутник под названием "Кассини-Гюйгенс" сделал много близких фотографий "Титана". Одна часть этого спутника, известная как зонд Гюйгенса, затем приземлилась на "Титан". Названный в честь голландского астронома Кристиана Гюйгенса, он стал первым космическим аппаратом, приземлившимся во внешней Солнечной системе. Зонд был предназначен для плавания в случае, если он приземлится в жидкости. Энцелад, шестая по величине луна, составляет около 500 км (311 миль) в диаметре. Это один из немногих объектов внешней Солнечной системы, демонстрирующих вулканическую активность. В 2011 году ученые обнаружили электрическую связь между Сатурном и Энцеладом. Это вызвано ионизированными частицами от вулканов на малой Луне, взаимодействующими с магнитными полями Сатурна. Подобные взаимодействия вызывают северное сияние на Земле.

Развертывание

Впервые Сатурн был исследован космическим кораблем "Пионер-11" в сентябре 1979 года. Он пролетел почти 20 000 км (12 427 миль) над вершинами облаков планеты. Он сделал снимки планеты и нескольких ее лун, но с низким разрешением. Он открыл новое тонкое кольцо, называемое F-кольцо. Он также обнаружил, что темные промежутки кольца выглядят светлыми при взгляде на Солнце, что показывает, что промежутки не пустые от материала. Космический корабль измерил температуру лунного Титана.

В ноябре 1980 года "Вояджер 1" посетил Сатурн и сделал снимки планеты, колец и лун в более высоком разрешении. На этих снимках можно было увидеть особенности поверхности Луны. Voyager 1" подошел близко к Титану и получил много информации о его атмосфере. В августе 1981 года "Вояджер-2" продолжил изучение планеты. Фотографии, сделанные космическим зондом, показали, что происходят изменения колец и атмосферы. Космические аппараты "Вояджера" обнаружили ряд лун, вращающихся вблизи колец Сатурна, а также обнаружили новые пробелы в кольцах.

1 июля 2004 года зонд Кассини-Гюйгенс вышел на орбиту вокруг Сатурна. До этого он пролетел близ Фиби, делая снимки ее поверхности в очень высоком разрешении и собирая данные. 25 декабря 2004 года зонд Гюйгенса отделился от зонда Касини, а затем спустился к поверхности Титана и приземлился там 14 января 2005 года. Он приземлился на сухую поверхность, но обнаружил, что на Луне существуют крупные тела жидкости. Зонд Кассини продолжал собирать данные с "Титана" и ряда ледяных лун. Он обнаружил свидетельства того, что на Луне Энцелада извергались воды из его гейзеров. В июле 2006 г. Кассини также доказал, что у Титана есть углеводородные озера, расположенные вблизи его северного полюса. В марте 2007 г. он обнаружил крупное углеводородное озеро размером с Каспийское море вблизи своего северного полюса.

Кассини наблюдал молнию в Сатурне с начала 2005 года. Мощность молнии была измерена как в 1000 раз сильнее, чем молния на Земле. Астрономы считают, что молния, наблюдаемая в Сатурне, является самой сильной из когда-либо виденных.

Рисунок Кассини на орбите вокруг Сатурна...


Сатурн, как видно из космического корабля Кассини в 2007 году.

Связанные страницы

• Список планет