Сатурн - шестая планета Солнечной системы - был известен людям с глубокой древности. Вместе с Юпитером, Ураном и Нептуном он входит в число планет-гигантов Солнечной системы. Сатурн удален от Солнца на расстояние 1,43 миллиарда км, что в 9,5 раз превышает расстояние от Солнца до Земли, и делает один оборот вокруг Солнца за 29,4 года.

Снимок Сатурна со станции Кассини

Снимок Сатурна со станции Кассини (для увеличения нажмите на картинку)

Сатурн - во многом уникальная планета. Его масса в 95 раз превышает массу Земли, а диаметр примерно в 9 раз больше земного диаметра. Это приводит к удивительно низкой средней плотности - 0,69 г/куб.см, что меньше плотности воды. Если бы в космосе был бы гигантский океан, Сатурн мог бы в нем плавать! Плотности всех прочих планет Солнечной системы значительно или немного, но больше плотности воды. Низкая средняя плотность и очень высокая скорость вращения (Сатурн делает один оборот за 10 часов 47 минут) приводят к самому высокому в Солнечной системе сжатию планеты: 0,1076. Его экваториальный радиус почти на 11% больше полярного радиуса! Это сжатие делает диск планеты не круглым, а сплюснутым, и хорошо заметно в телескоп.

Вид Сатурна в современный телескоп

Вид Сатурна в современный телескоп (слева) и в телескоп времён Галилея (справа) (для увеличения нажмите на картинку)


В отличие от Земли и других планет земной группы, у Сатурна нет твердой поверхности. То, что мы видим как "поверхность", является верхушками облаков. Верхний слой облаков на Сатурне состоит из замерзшего аммиака, ниже расположены облака из гидросульфида аммония. По мере погружения в глубину водородная атмосфера Сатурна становится все плотнее и горячее, пока, наконец, на расстоянии около половины радиуса и давлении около 3 млн. атмосфер молекулярный водород не переходит в металлическую форму.

Самым знаменитым украшением Сатурна, конечно, являются его кольца. Кольца Сатурна образованы множеством ледяных валунов, камней и снежинок, вращающихся вокруг планеты.

Толщина колец составляет всего несколько сотен метров, а ширина - десятки тысяч километров. Кольца Сатурна, как и кольца других планет-гигантов, расположены в плоскости экватора планеты. Поскольку ось вращения Сатурна на 26,7 градусов наклонена к плоскости его орбиты, с Земли мы видим кольца то широко раскрытыми, и тогда они хорошо видны, то с ребра, и тогда их не удается разглядеть даже в самые хорошие телескопы.

Затмение Солнца Сатурном

Затмение Солнца Сатурном 15 сентября 2006. Фото межпланетной станции Кассини с расстояния 2,2 млн км. На фотографии слева, над самым ярким кольцом видна маленькая голубая точка — Земля (для увеличения нажмите на картинку)

Атмосфера Сатурна состоит из водорода (96,3% по числу частиц), гелия (3%) и метана (0,004%), т.е. гелия там (по массе) всего около 6%. Сатурн обладает наиболее чистой водородной атмосферой из всех планет Солнечной системы. Кроме водорода, гелия и метана, в атмосфере присутствуют этан, ацетилен, аммиак, фосфин, а также такие экзотические на Земле вещества, как арсин AsH3 и герман GeH4. Однако количество примесей очень невелико, на уровне десятимиллионных долей от числа частиц и ниже. Средняя молекулярная масса атмосферы Сатурна составляет всего 2,135 г/моль.

Полярное сияние над северным полюсом Сатурна

Британские астрономы обнаружили в атмосфере Сатурна новый тип полярного сияния, которое образует кольцо вокруг одного из полюсов планеты (для увеличения нажмите на картинку)

Тропопауза (температурный минимум) расположена на уровне давления около 0,1 атм. при температуре 82К. Выше тропопаузы лежит стратосфера - область атмосферы, где температура растет с высотой. В стратосфере на уровне давлений 0,001-0,01 атм. и высотой 180-300 км над основным облачным слоем расположена оптически тонкая надоблачная дымка из мелких (размер 0,1-0,25 мкм) частиц замерзшего аммиака. В видимом и ИК-свете дымка почти прозрачна, но в ультрафиолетовом диапазоне ее оптическая толщина достигает 0,6 (это значит, что она ослабляет свет почти в 2 раза). Еще выше лежит мезопауза - область атмосферы с постоянной температурой (~140K). Начиная с уровня давлений 10-7 атм. температура атмосферы начинает быстро повышаться и к термосфере достигает 800К.

Ниже тропопаузы (на уровнях давления 0,1-0,4 атм.) расположен слой оптически толстой дымки, нивелирующей рисунок нижележащих облаков. Эта дымка наиболее плотна в области экватора и становится тоньше к полюсам. Самые высокие облака в атмосфере Сатурна наблюдаются именно над экватором на уровне давления 0,07 атмосфер и высоте около 100 км над основным уровнем облаков. На широтах 20-30 градусов дымка опускается на 15 км ниже, в область давления 0,13 атм. Основной уровень облаков на Сатурне расположен при давлении 1,4 атм. и температуре около 150К.

Недавние наблюдения Сатурна с помощью АМС Кассини на волне 5 мкм (ИК-диапазон) позволили также увидеть и глубокие облака, расположенные значительно ниже основного облачного слоя, на уровне давления около 2 атм. Эти облака оказались сложены достаточно крупными частицами (радиус > 5 мкм), состоящими из гидросульфида аммония или водяного льда. Сравнение скорости движения "глубоких облаков" с обычными показало увеличение скорости ветра с глубиной примерно на 1,8 м/сек на км.

Скорости ветра на Сатурне достигают 400-500 м/сек. Ветры дуют параллельно экватору в прямом направлении. Скорости ветра значительно различаются на разных широтах. В зонах взаимодействия ветровых течений образуются штормовые системы и вихри аналогично Большому Красному Пятну на Юпитере.

Еще одной интересной особенностью атмосферной циркуляции на Сатурне является постоянный вихрь циклонического типа около южного полюса, с максимальной скоростью ветра около 160 м/сек на 87 градусе южной широты. Этот вихрь был обнаружен на снимках, полученных Кассини в июле и августе 2004 года. Закручиваясь в огромной воронке, воздух опускается вниз и нагревается, что приводит к повышению измеряемых температур в этой области. Температура тропосферы повышается от 88К на широте 70 градусов южной широты до 91К на полюсе.

Магнитное поле Сатурна интересно тем, что ось магнитного диполя с точностью до 1 градуса совпадает с осью вращения планеты, а центр диполя совпадает с центром масс Сатурна с точностью до 0,01 радиуса. Напряженность магнитного поля на экваторе на уровне верхушек облаков составляет 0,2 Гаусс (57% от земного).

Структура магнитосферы Сатурна

Структура магнитосферы Сатурна

Как и все газовые гиганты в Солнечной системе, Сатурн имеет систему колец. Однако в отличие от колец Юпитера, Урана и Нептуна кольца Сатурна роскошные, широкие и яркие, что делает эту планету излюбленным объектом для художников, рисующих на космическую тему.

Кольца Сатурна

Кольца Сатурна, главные обозначены

Кольца сложены бесчисленным множеством ледяных частиц размером от многоэтажного дома до снежинки, вращающихся вокруг Сатурна. Ширина колец составляет несколько сотен тысяч километров, тогда как их толщина - всего несколько сотен метров. Каждое из колец состоит из множества (нескольких сотен) узких индивидуальных "колечек".

Кольцо D очень слабое и наиболее близко к Сатурну. За ним следует кольцо С, еще называемое "креповым". Кольца А и В - самые яркие, массивные и непрозрачные, они сложены из относительно крупных (метровых) глыб и отбразывают на поверхность Сатурна глубокие черные тени. Кольца А и В разделяет деление Кассини. Внутри деления Кассини (как и внутри других делений) пространство не пусто: там тоже есть ледяные частицы, просто их гораздо меньше. Кольцо F - узкое колечко за внешним краем кольца А, его "пасут" 2 спутника: Прометей и Пандора. Кольца G и E - очень слабые. Можно уже считать доказанным, что частицы, слагающие кольцо Е, были выброшены гейзерами Энцелада, непрерывно извергающими в пространство мелкую ледяную пыль.

Внешний край кольца А

Внешний край кольца А и тонкая нить кольца F. Снимок был получен Кассини 13 апреля 2005 года 

Если собрать вместе все вещество колец, получится спутник диаметром около 400 км (т.е. размером с Мимас).

Спутники Сатурна, как и спутники других планет-гигантов, можно разделить на три ярко выраженные группы. К первой группе относятся внутренние спутники: Пан, Дафния, Атлас, Прометей, Пандора, Эпиметей и Янус. Все они являются ледяными глыбами неправильной формы, размеры любого из них не превышают 200 км. Они вращаются вокруг Сатурна по круговым орбитам практически в плоскости экватора планеты и делают один оборот всего за несколько часов.

Спутники Сатурна

Спутники Сатурна 

Все внутренние спутники тесно связаны с кольцами и находятся в динамическом взаимодействии с ними. Пан, Дафния и Атлас являются частью кольца А, Прометей и Пандора "пасут" кольцо F. Спутники Эпиметей и Янус находятся в уникальном гравитационном "танце" друг с другом. Орбита одного из них всего на 100 км ближе к Сатурну, чем орбита другого. Более близкий спутник движется чуть быстрее, и раз в 4 года догоняет более далекий. Во время сближения они гравитационно взаимодействуют друг с другом и меняются орбитами: более близкий спутник переходит на чуть более отдаленную орбиту, а более далекий - на чуть более близкую. Через 4 года все повторяется снова. Последний раз такой "обмен орбитами" произошел 21 января 2006 года, а в следующий раз это произойдет в 2010 году.

Мимас, фотография, сделанная «Кассини»

Мимас на фоне атмосферы Сатурна, фотография, сделанная «Кассини» 

Ко второй группе спутников относятся крупные спутники Сатурна: Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан и Япет. Каждый из них является самостоятельным миром с неповторимыми особенностями и уникальной историей, а Титан по своим размерам, массе и наличию плотной атмосферы достоин называться планетой.

Титан в натуральных цветах

Титан в натуральных цветах

Между орбитами Мимаса и Энцелада проходят орбиты Метоны и Паллены, размеры которых не превышают 3-4 км. По орбите Тефии, опережая ее и отставая на 60 градусов (иначе говоря, в лагранжевых точках орбиты Тефии, где положение небольших спутников устойчиво), движутся Телесто и Калипсо, две ледяные глыбы размером 24 и 19 км соответственно. По орбите Дионы движутся Елена и Полидевк, размерами 32 и 4 км.

По всей видимости (но это лично мое мнение, оно не общепринято), сравнительно недавно (скажем, в течение последнего полумиллиарда лет) в системе Сатурна произошло катастрофическое событие: спутник-спутниковое рассеяние или сближение планеты с крупным объектом из пояса Койпера, в результате которого один из спутников столкнулся с другим и/или погрузился глубоко в область Роша Сатурна и разрушился. Система Сатурна наполнилась огромным количеством крупных и мелких ледяных глыб, летающих по самым разным орбитам. За прошедшее время подавляющая часть их упала на планету или на поверхности спутников, часть образовала знаменитые кольца Сатурна, а часть (очень небольшая, чьи орбиты случайно оказались устойчивы) образовала небольшие спутники вроде Метоны, Паллены, Телесто, Калипсо, Елены, Полидевка и Гипериона.

Гиперион 

Гиперион (для увеличения нажмите на картинку)

Наконец, третью группу спутников Сатурна образуют небольшие тела, захваченные Сатурном за все время его существования. Это Кивиок, Иджирак, Феба, Палиак, Скади, Альбиорикс, Эррипо, Сиарнак, Тарвос, Мундилфари, Нарви, Суттунг, Трюм, Имир и еще 20 спутников, открытых за последние год-два и еще не получивших собственные имена. Из них только Феба достигает размера 240 км, размеры остальных составляют всего несколько (у некоторых - несколько десятков) км. Эти спутники летают по самым окраинам системы Сатурна, двигаясь по нерегулярным орбитам с большими эксцентриситетами и наклонами к плоскости экватора планеты. Многие из них обладают обратным движением. Самый удаленный из них делает один оборот вокруг Сатурна за 3,4 года.

Изображение Фебы

Изображение Фебы

По материалам: www.allplanets.ru



Наши партнёры

Яндекс.Метрика Портал о космосе
Рейтинг астрономических ресурсов от ASTROLAB.ru Каталог сайтов «ua24.biz»
galSpace.spb.ru. Исследование Солнечной системы

Помощь сайту

Сайт существует на личные средства автора

Если Вам не безразлична популяризация астрономии и науки в целом, или Вам понравился сайт, можете отблагодарить нас небольшим денежным вознаграждением, мы будем во много признательными. Деньги пойдут на оплату серверов и обслуживание сайта.

Яндекс деньги  410012805014526

Webmoney руб. R525025832630

Webmoney грн. U394365417305