Покритих льодом, і за величезних розмірів — понад чверть мільйона кілометрів у діаметрі, мають товщину не більше кілометра.
У другій половині минулого століття було відомо не більше двох десятків супутників, але з введенням в дію нових наземних та космічних список «компаньйонів» Сатурна став стрімко зростати. Тільки за допомогою космічних апаратів «Вояджер» та «Кассіні» було відкрито 12 супутників.
З 62 супутників Сатурна лише 53 мають власні імена, 23 з них регулярні, тобто обертаються навколо Сатурна по орбітах, що лежать в одній площині та в одному напрямку, решта – нерегулярні.
Параметри їх сильно витягнутих орбіт точно невідомі, як невідомо і те, обертаються вони чи ні. При цьому практично всі супутники планети мають приблизно однаковий склад – гірські породи та лід.
Наукові дослідження Сатурна
Спостерігаючи Сатурн у телескоп у 1609-1610 рр., помітив, що планета виглядає не як єдине небесне тіло, а як три тіла, що стосуються одне одного. Вчений висловив припущення, що Сатурн, ймовірно, має два великі супутники — у ті їх називали «компаньйонами».
Але через два роки Галілей повторив свої і з подивом виявив, що супутники планети… безвісти зникли.
Лише 1659 р. Християн Гюйгенс з допомогою потужнішого і досконалішого телескопа з'ясував, що «компаньйони» — нічим іншим як тонке плоске кільце, оперізує Сатурн з деякою відстані від поверхні планети. Тоді ж було відкрито найбільший супутник Сатурна — .
Гюйгенс першим припустив, що кільце Сатурна не є суцільним твердим тілом, а складається з безлічі дрібних і великих фрагментів, але колеги-академіки обрушилися на вченого, стверджуючи, що нічого подібного просто не може існувати в природі.
Починаючи з 1675 р. вивченням Сатурна займався директор Паризької обсерваторії Джованні Кассіні (1625-1712 рр.). Йому вдалося встановити, що кільце Сатурна не суцільне, а складається з двох кілець різних діаметрів, розділених чітко видимим проміжком, він отримав назву «щілина Кассіні».
Пізніше, у міру збільшення роздільної здатності телескопів, астрономи розділили кільця Сатурна на зовнішнє кільце А, відокремлене від нього щілиною Кассіні кільце і напівпрозоре внутрішнє кільце С.
У 1979 р. космічний апарат «Піонер-11» уперше пролетів поблизу Сатурна, а 1980 і 1981 рр. за ним пішли апарати «Вояджер-1» та «Вояджер-2». Ці апарати вперше в історії передали на детальні знімки структури кілець та з'ясували їхній склад.
Перед здивованими астрономами відкрилася чудова кольорова феєрія сотень і тисяч тонких кілець, у химерній послідовності «зібраних» навколо планети-гіганта.
Сатурн: царство гарячого льоду
Для астрономів минулого Сатурн був останнім рубежем, далеким, за яким знаходилася кришталева сфера з прикріпленими до неї нерухомими.
І справді: всі розташовані за орбітою Сатурна планети неможливо побачити неозброєним оком.
Названий на честь найдавнішого божества родючості та землеробства, батька Юпітера, якого невдячний син позбавив трону, Сатурн у дев'ять з половиною разів далі від Землі.
Такий же газовий гігант, як і Юпітер, він не виглядає особливо яскравим на небосхилі, та й рухається набагато повільніше – рік Сатурна триває 29,5 земних років.
При спостереженні в телескоп ця планета нагадує Юпітер - на її диску можна розрізнити такі ж темні і світлі смуги, що чергуються, паралельні екватору.
Колір Сатурна блідо-жовтий, із холодним блакитним відтінком.
Як і Юпітер, Сатурн не має твердої поверхні, зате найпомітніша деталь, що надає йому унікального вигляду, - гігантські яскраві кільця, що світяться, - добре видно з Землі.
Крижана карусель
Сучасним астрономам відомо, що у всіх чотирьох газових гігантів - Юпітера, Сатурна, Урана і є кільця, але у Сатурна вони найпомітніші, масивніші і вражаюче яскраві.
Кільця розташовані під кутом приблизно 28° до площини орбіти Сатурна, тому із Землі вони виглядають по-різному: залежно від взаємного розташування планет їх можна бачити то з ребра — і тоді вони практично зникають, то у всій красі.
Християн Гюйгенс мав рацію — кільця Сатурна справді складаються з мільярдів найдрібніших частинок, що опинилися на навколопланетній орбіті.
Але що вражає — при діаметрі близько 250 тис. км товщина кілець не досягає і двадцяти метрів, а якщо зібрати воєдино всю їхню речовину, то з неї вийшло б космічне тіло діаметром не більше 100 км.
Однак про кількість сатурнових кілець астрономи минулого навіть не здогадувалися.
Справді, існують кільце А, щілина Кассіні шириною близько 4 тис. км, найяскравіша кільце В і напівпрозоре кільце С, найближче до планети. При цьому кожне з них складається з тисяч вужчих кілець, що також чергуються зі щілинами і по-різному відбивають світло.
Навіть у щілини Кассіні розташовано кілька найтонших каблучок. Більшість частинок, з яких складаються кільця, мають розмір кілька сантиметрів, але зрідка в них зустрічаються тіла в кілька метрів і навіть до 1-2 км.
Фахівці вважають, що кільця майже повністю складаються з льоду з домішками.
Кільця обертаються навколо Сатурна, підкоряючись гравітації планети. Іноді їх склад оновлюється з допомогою «необережних» супутників, які наближаються до Сатурну настільки близько, що тяжіння планети просто їх «розриває частини».
На кільця впливає як гравітація, а й магнітне полі «господаря» — воно особливим чином орієнтує частки у багатьох кілець, і тоді них з'являються темні поперечні лінії, звані «спокої».
Як у Сатурна з'явилися кільця?
Походження кілець Сатурна все ще викликає запеклі суперечки.
Їх вважали залишками великої кількості дрібних супутників, зруйнованих тяжінням Сатурна, але вік кілець — їм понад 4,5 млрд років — дозволяє вважати, що вони є залишками протопланетного , з якого виник сам Сатурн і його численні супутники.
Поблизу планети існує така область, в якій згустки речовини, що досягли певного розміру, починають стикатися на великих швидкостях і подрібнюватись.
В результаті замість нового супутника виникає ціла хмара дрібних уламків, які поступово «втікають» на інші орбіти та беруть участь в утворенні кілець.
Незвичайна тонкість «крижаних» пояснюється тим, що в екваторіальній площині планети взаємне тяжіння частинок врівноважуються відцентровими силами, а в напрямку, перпендикулярному до екваторіальної площини, ці сили не діють, от частки і збираються в найтонше кільце.
Яка планета могла плавати на воді?
Сатурн, друга за величиною планета Сонячної системи, має найнижчу щільність.
Сатурн, який в основному складається з газів та рідини, має середню густину 0,69 г/см3, у той час як густина становить 1,0 г/см3.
Отже, якби якимось чином вдалося перенести шматочок Сатурна на Землю, він міг би плавати у басейні.
Якби знайшовся такий океан, у який можна було б занурити Сатурн, ми могли б переконатися, що гігантська планета… плаває! Зрозуміло, чому: речовина Сатурна загалом на третину легша за звичайну воду.
Водневий дзига
Гігантська планета, яка лише трохи поступається в розмірах Юпітеру, обертається з величезною швидкістю - повний оборот Сатурн здійснює за 10 год 34 хв. Діаметр Сатурна на екваторі становить понад 120 тис. км, а вісь планети, помітно сплюснутої у , нахилена під кутом 27 ° до площини її орбіти.
Водень з домішкою гелію, води, метану, аміаку - основні речовини, з яких складається Сатурн, причому водню там більше, ніж на Юпітері.
Його середня щільність набагато менша за щільність води, і якби існував океан відповідних розмірів, Сатурн спокійнісінько плавав би на його поверхні.
Зовнішні шари атмосфери планети здаються спостерігачеві спокійними і безтурботними — на них немає вихрових утворень, подібних до Великої Червоної плями на Юпітері. Однак це спокій, що здається.
За даними, швидкість на Сатурні місцями може досягати 1800 км/год, причому вирують такі «надурагани» не тільки у верхніх шарах атмосфери, але і до глибини в 2 тис. км.
У міру віддалення від зовнішніх шарів атмосфери тиск і температура зростає, водень перетворюється на рідкий стан.
У центральній області Сатурна знаходиться масивне ядро, що складається із заліза, гірських порід і водяного льоду, покритого тонким шаром металевого водню.
Лід, що існує при температурах у кілька тисяч градусів, це може здатися абсурдним. Однак лід сатурніанських надр не зовсім звичайний. Його молекулярна структура відрізняється від звичайного льоду приблизно так, як відрізняється структура алмазу від структури графіту, та властивості зовсім інші.
Стурбовані надра планети народжують потужне магнітне поле, яке можна знайти навіть на відстані мільйона кілометрів від Сатурна.
В атмосфері відбуваються потужні , палають , а збуджені маси водню випромінюють сильне ультрафіолетове випромінювання.
«Гігантський гексагон»
Найдивовижнішим явищем у атмосфері Сатурна є «Гігантський гексагон».
Про його існування не підозрювали астрономи, які спостерігали за планетою із Землі, - «Гігантський гексагон» розташований прямо на північному полюсі Сатурна. Він частково потрапив на один із знімків, переданих «Вояджером», а потім, через 25 років, був повністю відзнятий космічним апаратом «Кассіні».
Завдяки вдалому розі огляду вченим вдалося розглянути глибинну структуру цього дивовижного явища.
«Гігантський гексагон» є правильним шестикутником з поперечним розміром 25 тис. км — на ньому можуть поміститися чотири Землі.
Це вихор зовсім незвичайної форми, стіна аміачних хмар, що нестримно вздовж сторін шестикутника, що йде в глиб атмосфери на відстань до 100 км.
«Гексагон» обертається разом із глибинними частинами сатурніанської атмосфери та «не в такт» із рухом її зовнішніх областей. Фахівці вважають, що він є гігантською «стоячою», що оточує полюс планети.
Автоматичний космічний зонд «Кассіні», який нині є штучним супутником Сатурна, передав нові зображення Північної планети в інфрачервоному діапазоні.
На цих кадрах дослідники виявили полярні сяйва, яких ніколи не спостерігали у Сонячній системі. Вони пофарбовані в блакитний колір, а хмари, що лежать внизу, — у червоний.
Полярні сяйва на Сатурні можуть покривати весь полюс, тоді як на Землі та Юпітері кільця полярних сяйв лише оточують магнітні полюси.
Природні супутники Сатурна
У свиті Сатурна виділяються кілька великих небесних тіл. Вони мають незвичайні властивості, але все ще мало досліджені.
Найближчим до планети великим супутником є Мімас, відкритий ще 18 в. На його поверхні добре видно гігантський, утворений падінням на поверхню Мімаса гігантського, що ледь не розколов супутник на частини.
Наступний по віддаленості супутник Енцелад- Найсвітліше тіло в Сонячній системі. Його поверхня відбиває майже все падаюче на неї сонячне світло.
Дослідники вважають, що вона вкрита товстим шаром світлого інею. Блискучий крижаний Енцелад усередині дуже гарячий — на його поверхні видно не лише метеоритні кратери, а й сліди процесів. Тому там спостерігається дивовижне явище – крижані гейзери.
Ще більше таких слідів на поверхні супутника Діони, а наступна за нею Реямає дуже давню, суцільно усеяну метеоритними кратерами поверхню.
Досить великий супутник Тефія, відкритий ще Дж. Кассіні, розташований між орбітами Енелада та Діони.
Унікальність його не лише у величезному каньйоні Ітака, який ніби слід від шабельного удару розсікає три чверті кола Тефії, а й у тому, що свою орбіту Тефія ділить із ще двома невеликими супутниками — Телесто та Каліпсо.
Рухаючись по одній орбіті, всі три супутники постійно перебувають у вершинах рівностороннього трикутника.
Титан, найбільший з супутників Сатурна і другий після юпітеріанського Ганімеда, більший за планету і обертається на відстані понад мільйон кілометрів від поверхні Сатурна.
Єдиний із почту Сатурна він оточений досить щільною атмосферою і оповитий хмарами, що складаються з азоту з домішкою метану.
За Титаном йдуть менші супутники, але й у них є свої яскраво виражені особливості.
Так, у Япетаодна півкуля відбиває світло в 10 разів краще, ніж інше. Супутник рухається "темною" півкулею вперед, і його колір пов'язаний з тим, що воно в першу чергу піддається впливу дрібних частинок льоду та уламків порід.
За екватором Япет оперізує дивний гребінь, що робить його схожим на кісточку від персика.
Найдальший із супутників Сатурна, що мають діаметр понад 200 км, - Феба. Інші значно менше.
Феба примітна тим, що має зворотне обертання - ні, не навколо власної осі, а по орбіті. З досі незрозумілої причини вона рухається у протилежному русі інших великих супутників.
Дослідники припускають, що Феба - , перетворена на супутник гравітацією Сатурна.
Рекордсмен вітрів. Навіть постійні бурі на Юпітері здаються легким вітерцем у порівнянні з вітрами, що дмуть у атмосфері Сатурна. Автоматичні міжпланетні станції зареєстрували на Сатурні найвищу швидкість вітру в Сонячній системі - 1800 км/год. Для порівняння: швидкість найлютішого земного урагану зазвичай не перевищує 250 км на годину.
Великий шестигранник. Вчені досі не можуть знайти пояснення таємничої гігантської освіти, розташованої на північному полюсі Сатурна.Це пляма у формі правильного шестикутника, діаметр якого сягає 25 тисяч кілометрів. Це залишається однією з найбільших загадок нашої планетної системи.
Сатурн - шоста планета від Сонця і друга за величиною планета Сонячної системи згідно з параметрами діаметра та маси. Найчастіше Сатурн і називають братськими планетами. При порівнянні стає зрозуміло, чому Сатурн і Юпітер були позначені як родичі. Від складу атмосфери до особливостей обертання дві планети дуже схожі. Саме на честь такої схожості, у римській міфології Сатурнбув названий на честь отця бога Юпітера.
Унікальною особливістю Сатурна є той факт, що дана планета є найменш щільною у Сонячній системі. Незважаючи на наявність у Сатурна щільного, твердого серцевини, великий газоподібний зовнішній шар планети доводить середній показник щільності планети лише до 687 кг/м3. В результаті виходить, що щільність Сатурна менше, ніж у води і якби він був розміром з сірникову коробку, то легко поплив би за течією весняного струмка.
Орбіта та обертання Сатурна
Середня орбітальна відстань Сатурна становить 1,43 х 109 км. Це означає, що Сатурн знаходиться в 9,5 разів далі від Сонця, ніж відстань від Землі до Сонця. Як результат сонячному світлу потрібно приблизно годину і двадцять хвилин, щоб дістатися планети. Крім того, з огляду на відстань Сатурна від Сонця, тривалість року на планеті становить 10,756 земної доби; тобто близько 29,5 земних років.
Ексцентриситет орбіти Сатурна є третім за величиною після і. Внаслідок наявності такого великого ексцентриситету, відстань між перигелієм планети (1,35 х 109 км) та афелієм (1,50 х 109 км) є дуже суттєвою — близько 1,54 X 108 км.
Нахил осі Сатурна, який становить 26.73 градуси, дуже схожий на земний, і це пояснює наявність на планеті таких самих сезонів, як і на Землі. Однак через віддаленість Сатурна від Сонця, він отримує значно менше сонячного світла протягом року і тому сезони на Сатурні є набагато більш «змазаними», ніж на Землі.
Говорити про обертання Сатурна так само цікаво як про обертання Юпітера. Володіючи швидкістю обертання приблизно 10 годин 45 хвилин, Сатурн у цьому показнику поступається тільки Юпітеру, який є планетою, що швидко обертається, в Сонячній системі. Такі екстремальні темпи обертання впливають на форму планети, надаючи їй форму сфероїда, тобто сферу, яка дещо випирає в районі екватора.
Другий дивовижною особливістю обертання Сатурна є різні швидкості обертання між різними видимими широтами. Дане явище утворюється внаслідок того, що переважною речовиною у складі Сатурна є газ, а не тверде тіло.
Кільцева система Сатурна є найвідомішою у Сонячній системі. Самі кільця складаються в основному з мільярдів крихітних частинок льоду, а також пилу та іншого комічного сміття. Такий склад пояснює, чому кільця видно з Землі в телескопи – лід має дуже високий показник відбиття сонячного світла.
Існує сім широких класифікацій серед кілець: А, В, С, D, Е, F, G. Кожне кільце отримало свою назву згідно з англійським алфавітом у порядку періодичності виявлення. Найбільш видимими із Землі кільцями є A, B і C. Насправді кожне кільце – це тисячі дрібніших кілець, що буквально притискаються один до одного. Але між основними кільцями є прогалини. Пробіл між кільцями А і В є найбільшим із цих прогалин і становить 4700 км.
Основні кільця починаються з відривом приблизно 7000 км над екватором Сатурна і сягають ще 73000 км. Цікаво відзначити, що, незважаючи на те, що це дуже суттєвий радіус, фактична товщина кілець не більше одного кілометра.
Найпоширенішою теорією пояснення освіти кілець є теорія у тому, що у орбіті Сатурна, під впливом приливних сил, розпався середнього розміру супутник, а сталося це на той час, що його орбіта стала занадто близька Сатурну.
- Сатурн шоста планета від Сонця та остання з планет, відомих давнім цивілізаціям. Вважається, що її вперше спостерігали жителі Вавилону.
Сатурн є однією із п'яти планет, які можна побачити неозброєним оком. Також він є п'ятим за яскравістю об'єктом у Сонячній системі.
У римській міфології Сатурн був батьком Юпітера, царя богів. Подібне співвідношення має в ракурсі схожості планет з однойменною назвою, зокрема за розміром та складом.
Сатурн виділяє більше енергії, ніж отримує від Сонця. Вважається, що така особливість обумовлена гравітаційним стиском планети і тертям великої кількості гелію, що знаходиться в її атмосфері.
Сатурну потрібно 29,4 земних років для повного обороту орбітою навколо Сонця. Такий повільний рух щодо зірок став приводом для давніх ассирійців позначити планету як «Lubadsagush», що означає «найстаріший із старих».
На Сатурні дмуть найшвидші вітри в нашій Сонячній системі. Швидкість цих вітрів було виміряно, максимальний показник — близько 1800 кілометрів на годину.
Сатурн є найменш щільною планетою у Сонячній системі. Планета в основному складається з водню і має щільність менше, ніж у води, що технічно означає, що Сатурн плаватиме.
У Сатурна понад 150 супутників. Всі ці супутники мають крижану поверхню. Найбільшими є Титан і Рея. Дуже цікавим супутником є Енцелад, оскільки вчені впевнені, що під крижаною корою його ховається водяний океан.
- Супутник Сатурна Титан є другим за величиною супутником у Сонячній системі після супутника Юпітера під назвою Ганімед. Титан має складну та щільну атмосферу, що складається в основному з азоту, водяного льоду та каменю. Заморожена поверхня Титану має рідкі озера з метану та рельєф, покритий рідким азотом. Через це дослідники вважають, що якщо Титан і є гаванню для життя, то це життя докорінно відрізнятиметься від земного.
Сатурн є найбільш плоскою із восьми планет. Його полярний діаметр становить 90% його екваторіального діаметра. Це відбувається через те, що планета з низькою щільністю має високу швидкість обертання - оберт навколо своєї осі займає у Сатурна 10 годин і 34 хвилини.
На Сатурні виникають бурі овальної форми, які за своєю структурою подібні до тих, що відбуваються на Юпітері. Вчені вважають, що такий малюнок хмар навколо північного полюса Сатурна може бути справжнім зразком існування атмосферних хвиль у верхніх хмарах. Також над південним полюсом Сатурна існує вихор, який за своєю формою дуже нагадує ураганні бурі, що відбуваються на Землі.
В об'єктивах телескопів Сатурн, як правило, видно у блідо-жовтому кольорі. Це тому, що його верхні шари атмосфери містить кристали аміаку. Нижче цього верхнього шару є хмари, які в основному складаються з водяного льоду. Ще нижче, шари крижаної сірки та холодні суміші водню.
Сатурн – друга за розмірами планета у нашій Сонячній системі та шоста планета від Сонця. Сатурн, так само як і Уран, Юпітер та Нептун, відносяться до газових гігантів. Свою назву планета одержала на честь бога землеробства.
Більшою мірою планета складається з водню, з незначними домішками гелію та слідами метану, води, аміаку та важких елементів. Що стосується внутрішньої частини, то вона є незначним ядром, що включає нікель, залізо і лід, покрите зовнішнім зовнішнім шаром і невеликим шаром металевого водню. Зовнішня атмосфера здається при спостереженні з космосу однорідною та спокійною, хоча іноді простежуються довготривалі утворення. Сатурн має планетарне магнітне поле, яке займає проміжне положення за напруженістю між потужним полем Юпітера і магнітним полем Землі. Швидкість вітру на планеті може досягати до 1800 км/год, що набагато більше, ніж на Юпітері.
Сатурн має помітну систему кілець, яка головним чином складається з частинок льоду, що мають меншу кількість пилу та важких елементів. На даний момент навколо Сатурна звертається 62 відомих супутника. Найбільшим із них є Титан. Серед усіх супутників він другий за розмірами (після Ганімеда).
На орбіті Сатурна розташовується автоматична міжпланетна станція під назвою "Кассіні". Вчені запустили її ще 1997 року. А в 2004 році вона досягла системи Сатурна, до завдань якої належать вивчення структури колекцій та динаміки магнітосфери та атмосфери.
Назва планети
Планета Сатурна було названо на честь римського бога землеробства. Пізніше його ототожнили з ватажком титанів – Кроносом. Оскільки титан Кронос пожирав своїх дітей, він не популярний серед греків. У римлян же бог Сатурн був у пошані та повазі. Згідно з давньою легендою, він навчив людство обробляти землю, будувати будинки та вирощувати рослини. Про часи його передбачуваного правління говорять «золоте століття людства», на його честь організовувалися святкування, що отримали назву Сатурналії. Раби під час цих урочистостей на незначний час отримували волю. В індійській міфології планеті відповідає Шані.
Походження Сатурна
Варто відзначити, що походження Сатурна пояснюють дві основні гіпотези (так само, як і з Юпітером). Згідно з гіпотезою «концентрації», схожий склад Сатурна і Сонця полягає в тому, що ці небесні тіла мають більшу частину водню. В результаті мала щільність пояснюється тим, що на початкових стадіях розвитку Сонячної системи в газопиловому диску сформувалися масивні згущення, які дали початок планетам. Виходить, що планети та Сонце формувалися схожим чином. Але як би там не було, ця гіпотеза не пояснює відмінності складу Сонця та Сатурна.
Гіпотеза «акреції» каже, що процес утворення Сатурна складався із двох етапів. Спочатку протягом двохсот мільйонів років відбувався процес утворення твердих щільних тіл, які нагадували планети земної групи. У період цього етапу з області Сатурна та Юпітера диссипувалася деяка частина газу, що в майбутньому позначилося на відмінності хімічних складів Сонця та Сатурна. Після цього почався 2 етап, під час якого найбільші тіла змогли досягти подвоєної маси Землі. Протягом кількох сотень тисяч років проходив процес акреції газу на ці тіла з первинної протопланетної хмари. Температура другого етапу зовнішніх верств планети досягала 2000 °C.
Сатурн серед інших планет
Як вже було сказано вище, Сатурн належить до газових планет: він не має твердої поверхні і в основному складається з газів. Полярний радіус планети – 54400 км, екваторіальний – 60300 км. Серед інших планет Сатурн вирізняється найбільшим стиском. Вага планети перевищує масу Землі в 95,2 рази, але її середня щільність менша за щільність води. Хоча маси Сатурна та Юпітера відрізняються більш ніж утричі, їх екваторіальний діаметр відрізняється лише на 19%. Що ж до щільності інших газових планет, вона значно більше і становить 1,27-1,64 г/см3 . Прискорення вільного падіння вздовж екватора - 10,44 м/с2, що можна порівняти з показниками Нептуна і Землі, але набагато менше, ніж у Юпітера.
Обертання та орбітальні характеристики Сатурна
Середня відстань між Сонцем та Сатурном – 1430 млн км. Рухаючись зі швидкістю 9,69 км/с, планета обертається навколо Сонця за 29,5 року (10759 діб). Відстань від Сатурна до нашої планети змінюється не більше від 8,0 а. е. (119 млн км) до 11,1 а. е. (1660 млн км), середня відстань у період їх протистояння приблизно 1280 млн км. Юпітер і Сатурн знаходяться майже в точному резонансі 2:5 до Сонця в афелії та перигелії 162 млн км.
Диференціальне обертання атмосфери планети подібно до обертання атмосфер Венери і Юпітера, а також Сонця. А. Вілльямс першим виявив, що швидкість обертання Сатурна може змінюватися не лише за глибиною та широтою, а й за часом. Аналіз змінності обертання екваторіальної зони за 200 років показав, що головний внесок у цю змінність робить річний і піврічний цикли.
Атмосфера та будова Сатурна
Верхні шари атмосфери на 96,3% складаються з водню та на 3,25% з гелію. Є домішки аміаку, метану, етану, фосфіну та деяких інших газів. У верхній частині атмосфери аміачні хмари потужніші за юпітеріанські, у той час як хмари нижньої частини складаються з води або гідросульфіду амонію.
Згідно з даними "Вояджерів", на планеті дмуть сильні вітри. Апаратам вдалося зареєструвати швидкість вітрів 500 м/с. Здебільшого вони дмуть у східному напрямку. Їхня сила слабшає одночасно з віддаленням від екватора (можуть з'являтися західні атмосферні течії). Дослідження показали, що циркуляція атмосфери може відбуватися у шарі верхніх хмар, а й у глибині до 2000 км. Більше того, за вимірами «Вояджера-2» стало відомо, що вітри у північній та південній півкулі симетричні щодо екватора. Існує припущення, що симетричні потоки зв'язуються під шаром видимої атмосфери.
Іноді в атмосфері Сатурна з'являються стійкі утворення, які є надпотужними ураганами. Такі самі об'єкти простежуються і інших газових планетах Сонячної системи. Приблизно 1 раз на 30 років на Сатурні з'являється «Великий Білий овал», який востаннє бачили у 2010 році (не такі великі урагани формуються частіше).
Під час штормів та бур на Сатурні спостерігаються сильні розряди блискавки. Викликана ними електромагнітна активність коливається з роками від практично повної відсутності до надпотужних електричних бур.
Апарат «Кассіні» 28 грудня 2010 року сфотографував шторм, що нагадував сигаретний дим. Черговий сильний шторм було зафіксовано астрономами 20 травня 2011 року.
Внутрішня будова
У глибині атмосфери планети зростають температура і тиск, а водень перетворюється на рідкий стан, але цей перехід поступовий. На глибині 30 тис. км водень стає металевим (3 млн атмосфер – тиск). Магнітне поле створюється циркуляцією електричних струмів у металевому водні. Воно не настільки потужне, як у Юпітера. У центральній частині планети знаходиться потужне ядро з важких і твердих матеріалів - металів, силікатів і льоду. Його вага становить приблизно від 9 до 22 мас нашої планети. Температура ядра – 11700°C. Не можна не відзначити і той факт, що енергія, що випромінюється Сатурном у космос, у два з половиною рази більша за енергію, яку він отримує від Сонця. Значна частина цієї енергії генерується завдяки механізму Кельвіна – Гельмгольця. Коли температура падає, відповідно зменшується тиск у ній, вона знижується, а енергія перетворюється на тепло. Але такий механізм не може бути єдиним джерелом енергії Сатурна. Вчені припускають, що додаткова частина тепла з'являється завдяки конденсації і падіння крапель гелію через шар водню вглиб ядра. Як наслідок, потенційна енергія крапель переходить у теплову. Область ядра, за оцінками вчених, має діаметр приблизно 25 тис. км.
Супутники Сатурна
Найбільші супутники Сатурна - Енцелад, Мімас, Діона, Тефія, Титан, Рея та Япет. Вперше вони були відкриті 1789 року, але й досі залишаються головними об'єктами дослідження. Їхні діаметри варіюються від 397 до 5150 км. Розподіл за масами відповідає розподілу за діаметрами. Найменшими ексцентриситетами орбіти мають Тефія та Діона, найбільшим – Титан. Всі супутники з відомими параметрами розташовуються вище за синхронну орбіту, що призводить до їх повільного видалення.
Станом на 2010 рік відомо 62 супутники Сатурна. Причому 12 з них відкриті за допомогою космічних апаратів: Кассіні, Вояджер-1, Вояджер-2. Більшість супутників, крім Феби та Гіперіона, характеризуються синхронним власним обертанням – кожен із них завжди повернений однією стороною до Сатурна. Інформації щодо обертання дрібних супутників немає. Діоні та Тефії супроводжують по два супутники в точках Лагранжа L4 та L5.
Протягом 2006 року команда вчених під чуйним керівництвом Девіда Джуітта, яка працює на Гаваях, виявила за допомогою телескопа Субару дев'ятьох супутників Сатурна. Вони віднесли їх до нерегулярних супутників, які відрізняються ретроградною орбітою. Час їхнього обертання навколо Сатурна варіюється від 862 до 1300 днів.
Перші знімки високої якості були отримані із зображенням одного із супутників Тефії лише у 2015 році.
Одним із чудових астрономічних об'єктів для спостереження безперечно вважається планета з кільцями – Сатурн. З цим твердженням важко не погодитись, якщо хоча б раз на окільцьованого гіганта вдалося поглянути через об'єктив телескопа. Однак цей об'єкт Сонячної системи цікавий не лише з погляду естетики.
Чому шоста планета від Сонця має систему кілець і чому такий яскравий атрибут дістався саме їй? На ці та багато питань вчені-астрофізики та астрономи досі намагаються отримати відповідь.
Коротка характеристика планети Сатурн
Як і інші газові гіганти нашого ближнього космосу, Сатурн є цікавим для наукової спільноти. Відстань від Землі до нього варіюється в діапазоні 1,20-1,66 млрд кілометрів. Для того, щоб подолати цей величезний і довгий шлях космічним апаратам, що стартували з нашої планети, потрібно трохи більше двох років. Новий автоматичний зонд «Нові горизонти» діставався шостої планети два роки і чотири місяці. При цьому слід враховувати, що рух планети навколо Сонця подібний до орбітального руху Землі. Інакше кажучи, орбіта Сатурна має форму ідеального еліпса. Він має третій за величиною ексцентриситет орбіти, після Меркурія і Марса. Відстань від Сонця в перигелії становить 1353572956 км, тоді як в афелії газовий гігант трохи віддаляється, перебуваючи на відстані 1513325783 км.
Навіть на такому значному віддаленні від центральної зірки шоста планета поводиться досить жваво, обертаючись навколо своєї осі з величезною швидкістю 9,69 км/с. Період обертання Сатурна становить 10 годин та 39 хвилин. За цим показником він поступається лише Юпітеру. Така висока швидкість обертання призводить до того, що планета виглядає плескатою з полюсів. Візуально Сатурн нагадує дзигу, що обертається з приголомшливою швидкістю, що мчить у просторах космосу зі швидкістю 9,89 км/с, здійснюючи повний оберт навколо Сонця майже за 30 земних років. З того моменту, як Сатурн у 1610 році був відкритий Галілеєм, небесне тіло лише 13 разів обернулося навколо головної зірки Сонячної системи.
Виглядає планета на нічному небосхилі як досить яскрава точка, видима зіркова величина якої варіюється в діапазоні від +1,47 до -0,24. Особливо добре видно кільця Сатурна, які мають високий альбедо.
Цікавим є і розташування Сатурна в космосі. Вісь обертання цієї планети має майже такий же спосіб осі екліптики, як і у Землі. У зв'язку з цим на газовому гіганті присутні пори року.
Сатурн - це не найбільша планета Сонячної системи, а лише другий за величиною небесний об'єкт у нашому найближчому космосі після Юпітера Середній радіус планети становить 58,232 км., проти 69 911 км. у Юпітера. При цьому полярний діаметр планети менший за екваторіальне значення. Маса планети становить 5,6846·10²⁶ кг, що у 96 разів більше за масу Землі.
Найближчі планети до Сатурна – це його брати планетарною групою — Юпітер і Уран. Перший відноситься до газових гігантів, тоді як Уран зарахований до крижаних гігантів. Для двох газових гігантів Юпітера та Сатурна характерна величезна маса у поєднанні з невисокою щільністю. Це з тим, що обидві планети є гігантські кулясті згустки зрідженого газу. Щільність Сатурна становить 0,687 г/см³, поступаючись цим показником всім планетам Сонячної системи.
Для порівняння щільність у планет земної групи Марса, Землі, Венери та у Меркурія становить 3.94 г/см³, 5.515 г/см³, 5.25 г/см³ та 5.42 г/см³ відповідно.
Опис та склад атмосфери Сатурна
Поверхня планети — поняття умовне, шоста планета не має земної тверді. Ймовірно, що поверхня — це дно воднево-гелієвого океану, де під впливом жахливого тиску газова суміш переходить у рідкий та рідкий стан. На сьогоднішній момент немає технічних засобів, які дають змогу досліджувати поверхню планети, тому всі припущення про будову газового гіганта виглядають суто теоретичними. Об'єктом вивчення є атмосфера Сатурна, яка щільною ковдрою огортає планету.
Повітряна оболонка планети переважно складається з водню. Саме водень та гелій є тими хімічними елементами, завдяки яким атмосфера перебуває у постійному русі. Про це свідчать значні за площею хмарні утворення, що складаються з аміаку. Зважаючи на те, що у складі повітряно-газової суміші присутні найдрібніші частинки сірки, Сатурн з боку має помаранчеве забарвлення. Зона суцільної хмарності починається на нижній межі тропосфери – на висоті 100 км. від уявної поверхні планети. Температура в цій галузі варіюється в діапазоні 200-250⁰ Цельсія нижче нуля.
Точніші дані про склад атмосфери виглядають так:
- водень 96%;
- гелій 3%;
- метан становить лише 0,4%;
- на аміак припадає 0,01%;
- молекулярний водень 0,01%;
- 0,0007% посідає етан.
За своєю щільністю та масивністю хмарність на Сатурні виглядає потужнішою, ніж на Юпітері. У нижній частині атмосфери основними компонентами сатурніанської хмарності є гідросульфіт амонію або вода у різних варіаціях. Наявність водяної пари в нижніх частинах атмосфери Сатурна, на висотах менше 100 км, допускає і температура, яка в цій галузі знаходиться в межах абсолютного нуля. Атмосферний тиск у нижніх частинах атмосфери становить 140 КПа. У міру наближення до поверхні небесного тіла температура та тиск починають зростати. Газоподібні сполуки трансформуються утворюючи нові форми. Через високий тиск водень приймає напіврідкий стан. Орієнтовно середня температура поверхні воднево-гелиевого океану становить 143К.
Такий стан повітряно-газової оболонки став причиною того, що Сатурн є єдиною із планет Сонячної системи, яка віддає в навколишній космічний простір більше тепла, ніж отримує його від нашого Світила.
Сатурн, перебуваючи від Сонця на відстані півтора мільярда кілометрів, отримує у 100 разів менше сонячного тепла, ніж Земля.
Піч Сатурна пояснюється роботою механізму Кельвіна-Гельмгольця. При падінні температури знижується і тиск у шарах атмосфери планети. Небесне тіло мимоволі починає стискатися, перетворюючи потенційну енергію стискування на тепло. Інше припущення, що пояснює інтенсивне виділення Сатурном тепла, полягає у хімічній реакції. В результаті конвекції в шарах атмосфери відбувається конденсація молекул гелію в шарах водню, що супроводжується виділенням тепла.
Щільні хмарні маси, різниця температур у шарах атмосфери, сприяють тому, що Сатурн є одним із найвітряніших районів Сонячної системи. Бурі та урагани тут на порядок сильніші та потужніші ніж на Юпітері. Швидкість повітряного потоку у деяких випадках досягає колосальних значень 1800 км/год. Тим більше, що сатурніанські шторми формуються стрімко. Зародження урагану поверхні планети можна простежити візуально, протягом кількох годин спостерігаючи за Сатурном в телескоп. Проте, за швидким зародженням, починається тривалий період буйства космічної стихії.
Будова планети та опис ядра
Зі зростанням температури та тиску водень поступово трансформується у рідкий стан. Приблизно на глибині 20-30 тис. км. тиск становить 300ГПа. У таких умовах водень починає металізуватися. У міру поглиблення надра планети починає збільшуватися частка сполук оксидів з воднем. Металевий водень становить зовнішню оболонку ядра. Такий стан водню сприяє виникненню електричних струмів високої інтенсивності, утворюючи сильне магнітне поле.
На відміну від зовнішніх шарів Сатурна, внутрішня частина ядра є масивним утворенням діаметром 25 тис. кілометрів, що складається з сполук кремнію і металів. Імовірно, у цій галузі температури досягають позначки в 11 тис. градусів Цельсія. Маса ядра варіюється в діапазоні 9-22 маси нашої планети.
Система супутників та кільця Сатурна
У Сатурна 62 супутника, причому більша частина з них має тверду поверхню і навіть має власну атмосферу. За своїми розмірами деякі можуть претендувати на звання планети. Чого тільки варті розміри Титану, який є одним із найбільших супутників Сонячної системи та більш ніж планета Меркурій. Це небесне тіло, яке обертається навколо Сатурна, має діаметр 5150 км. Супутник має власну атмосферу, яка за своїм складом сильно нагадує повітряну оболонку нашої планети на ранній стадії формування.
Вчені вважають, що у всій Сонячній системі Сатурн має найрозвинутішу систему супутників. За інформацією, отриманою з борту автоматичної міжпланетної станції «Кассіні», Сатурн є чи не єдиним у Сонячній системі місцем, де на його супутниках може існувати вода в рідкому стані. На сьогоднішній день досліджено лише деякі із супутників окільцьованого гіганта, проте навіть та інформація, яка є, дає всі підстави вважати цю найбільш віддалену частину ближнього космосу придатною для існування певних форм життя. У цьому плані дуже великий інтерес для вчених-астрофізиків має п'ятий супутник — Енцелад
Головною окрасою планети, безумовно, є його обручки. У системі прийнято виділяти чотири головні кільця, що мають відповідні назви А, В, С і D. Ширина найбільшого кільця становить 25500 км. Кільця поділяються щілинами, серед яких найбільша - це розподіл Кассіні, що розмежовує кільця А і В. За своїм складом сатурніанські кільця є скупченнями дрібних і великих частинок водяного льоду. Завдяки крижаній структурі німби Сатурна мають високе альбедо, тому добре видно в телескоп.
На закінчення
Досягнення науки та техніки в останні 30 років дозволили вченим інтенсивніше проводити дослідження далекої планети за допомогою технічних засобів. Слідом за першою інформацією, отриманою в результаті польоту американського космічного апарату «Pioneer 11», що вперше пролетів поблизу газового гіганта 1979 року, Сатурном зайнялися впритул.
Місію «Піонера» на початку 80-х років продовжили два «Вояджери», перший і другий. Акцент у дослідженнях було зроблено на супутники Сатурна. У 1997 році земляни вперше отримали достатній обсяг інформації про Сатурн та систему цієї планети завдяки місії АМС «Кассіні-Гюйгенс». У програмі польоту було заплановано посадку зонда «Гюйгенс» на поверхню Титану, яка була успішно здійснена 14 січня 2005 року.
Феба
Феба обертається навколо планети у напрямку, зворотному напрямку обертання всіх інших супутників та обертання Сатурна навколо осі. Вона має, загалом, сферичну форму і відбиває близько 6% сонячного світла. Крім Гіперіона, це єдиний супутник, не повернутий до Сатурна вічно однією стороною. Всі ці особливості дозволяють вельми обґрунтовано сказати, що Феба – відносно пізно захоплений гравітаційними мережами Сатурна астероїд.
Гіперіон
Гіперіон має неправильну форму астероїду. Щоразу, коли гігантський Титан і Гіперіон зближуються, Титан гравітаційними силами змінює орієнтацію Гіперіона, що видно по блиску Гіперона, що змінюється. Неправильна форма Гіперіона і сліди давнього бомбардування його метеоритами дозволяють вважати його тілом, яке відносно недавно потрапило до системи Сатурна.
Супутник Сатурна Гіперіон. Фото із сайту: http://ru.wikipedia.org/wiki/
Гіперіон - сьомий супутник Сатурна, відкритий в 1848 майже одночасно Бондом в Кембриджі і Ласселем в Ліверпулі. Відстоїть від центру Сатурна на 25 радіусів цієї планети і обертається навколо неї за 21 добу та 7 годин еліптичною орбітою, площина якої майже збігається з площиною екватора Сатурна.
Вважається, що тривалість доби на Гіперіоні не постійна через те, що супутник звертається навколо Сатурна сильно витягнутою еліптичною орбітою, а також від того, що має досить несферичну форму. Крім того, Гіперіон знаходиться в орбітальному резонансі з Титаном: відношення періодів обігу цих супутників навколо Сатурна дорівнює 4:3. В результаті тривалість доби може різнитися на десятки відсотків протягом кількох тижнів.
Ось що відбувається при зіткненні двох "повноважних" кулястих космічних тіл. З їхньої поверхні злітає кора, частково оплавляється і утворюються шрами - ударні кратери величезного розміру. Але ядра і мантія цих тіл мають пружність, тому кулі, що вдарилися, відскакують один від одного, ділячи кількість кінетичної енергії між собою. Найменше і легше тіло відскакує далі. Але частина кінетичної енергії витрачається на деформації тіл, їх нагрівання та часткове оплавлення у місці зіткнення. В результаті сумарна кінетична енергія двох тіл до зіткнення більше, ніж при зіткненні. Співударення космічних тіл знижують швидкості їх руху та змінюють напрямки руху.
Поверхня Гіперіона покрита кратерами із зазубреними краями. Вважається, що це сліди трагічних зіткнень Гіперона з іншими тілами. Невеликі відмінності кольору поверхні, очевидно, відбивають розбіжності у складі. На дні більшості кратерів знаходиться темна речовина. Можливо, це осілий на поверхню після зіткнень пил та уламки. На поверхні є яскраві деталі. Швидше за все, товщина шару темної речовини – лише кілька десятків метрів, а під ним знаходиться крига. Щільність Гіперіона дуже мала, він, ймовірно, на 60% складається із звичайного водяного льоду з невеликою домішкою каміння. Вважається, що в тілі Гіперона багато порожнеч - до 40% його обсягу або навіть більше.
Гіперіон навколо Сатурна звертається практично з тієї ж орбіті, як і Титан. Цілком можливо, що у минулому він був супутником Титану. А взагалі форма цього супутника дуже загадкова. Такі осередки з крутими стінками можуть виникати в результаті швидкого сублімації льоду. На дні кратера накопичується темна речовина, вона інтенсивно поглинає світло і нагрівається, передаючи тепло льоду, через що лід у безповітряному просторі, не переходячи в рідку фазу, випаровується.
Пандора та Олена
Один із нових супутників Сатурна – Олена – нещодавно виявлений за допомогою телескопів на фотографіях. Вона рухається на 60 градусів попереду свого більшого сусіда по орбіті – Діони. На поверхні Олени на загальному світлому фоні аїдні сірі смуги. Як правило, це вершини та круті схили. Схоже, що Олена вкрита шаром снігу, який скупчується у улоговинах та на дні ям, але зноситься з вершин та гребенів.
Є ще невеликі супутники Сатурна, що обертаються по дуже низьких орбітах. Один із них близький до орбіти Діони, другий розташовується між орбітами Тефії та Діони, і третій – між Діоною та Реєю. Усі три були виявлені на фотографіях «Вояджера-2», але спостереженнями у телескопи їхнє існування поки що не підтверджено.
Супутник Сатурна Пандора. Фото із сайту: http://galspace.spb.ru/foto.php?foto_page=29
Пандора була виявлена 1980 р. Стюардом Колінзом на фотографіях з "Вояджер 1". У 1985 р. названо на честь персонажа грецької міфології. Розміри її 110х88х62 км, форма неправильна. Щільність 0,6 г/см 3 - менше щільності води. На пандорі дуже холодно - всього 78 ° К. Вона здійснює повний оберт навколо Сатурна за 15 годин і 5 хвилин на відстані 141700 км від поверхні планети (точніше, від зовнішнього краю його атмосфери). Своєю гравітацією Пандора викликає обурення у кільцях Сатурна, особливо помітні у зовнішньому кільці F. Швидше за все, Пандора – це величезна брила льоду.
Супутник сатурна Олена. На фотографії Олени чітко розрізняються яри. Походження їх залишається загадкою. Найімовірніше, вони утворилися, коли Олена була частиною більшого космічного тіла. Фото із сайту: http://www.sql.ru/
Супутник Сатурна Олена була відкрита у 1980 р. астрономами П'єром Лаке та Жаном Лекашо. Лінійні розміри її 36х32х30 км. Загалом, це велика багатокілометрова брила льоду, що утворилася в результаті зіткнення планетоїдів у поясі Койпера. Олена належить до категорії троянських супутників, вона ділить орбіту з більшим супутником Діоною. Щодо гравітаційної системи "Сатурн-Діона" Олена знаходиться на околиці точки Лагранжа L4.
Ось і закінчилася наша подорож на Сатурн та його супутники. Ми побачили багато нового і поки незрозумілого у цьому далекому холодному світі Бога Часу. Засумнівалися в деяких догмах сучасної планетології, спробували зрозуміти хід формування гравітаційної системи Сатурна інакше, ніж це робиться астрономами і астрофізиками, що знаходяться в полоні гіпотези формування Сонячної системи з газо-пилової хмари в результаті таємничої конденсації хмари, що швидко обертається, в диск, а потім . Світ, у якому ми побували, – дуже негостинний, жити там неможливо. Але цей світ є і він впливає на нас. Це безодня, перед якою губиться навіть наш розум. Затишно в цьому світі Космосу можуть почуватися лише роботи та автомати, якщо звичайно, вони колись зможуть відчувати.
При написанні цієї сторінки була також використана інформація з сайтів:
1. Вікіпедія. Адреса доступу: http://ua.wikipedia.org/wiki/
2. Сайт "Стрічка Ру". Адреса доступу: Lenta.ru \ NASA \ Cassini
3. Сайт: "Космос". Адреса доступу: http://kosmos-x.net.ru/news/pod_poverkhnostju_titana_ est_okean/2012-07-01-1684
4. Словник Брокгауза та Єфрона. Адреса доступу: http://dic.academic.ru/dic.nsf/brokgauz_ efron/
