Содержание
История изучения
Впервые Сатурн упомянут в литературе в 1752 году Вольтером, а первые научные записи относятся к 700 году до нашей эры. В это время ассирийцы описали кольчатый объект, выделяющийся блеском на ночном небе. Древние астрономы дали планете имя – Звезда Ниниба.
В 400 году до нашей эры ученые Древней Греции приняли Сатурн за блуждающую звезду и назвали планету в честь бога сельского хозяйства Кроноса. Позже римляне дали планете закрепившееся современное название – Сатурн.
Кольца вокруг Планеты впервые рассмотрел Галилео Галилей. Но ему показалось, что он видит тройную планету. Крупнейший спутник Сатурна Титан был обнаружен в 1666 году Христианом Гюйгенсом. Он же отметил окружающие планету кольца.
А зазоры между кольцами А и В были отмечены Жаном Домиником Кассини в 1675 году. Чуть позже он открыл и некоторые из спутников планеты: Диону, Япет, Рею и Тефию.
Однако, к концу XVIII века англичанин Уильям Гершель открыл еще два крупных спутника – Энцелад и Мимас. Позднее были открыты Гиперион и Феба – единственный нерегулярный спутник, вращающийся в обратном направлении.
Масштабные научные исследования Сатурна начались в конце 20 века, когда на планету начались путешествия космических аппаратов. Первым в 1979 году в исследовательскую миссию отправился Пионер – 11. Он пролетел мимо Сатурна на расстоянии 20 тысяч километров и сделал качественные снимки. Корабль также обследовал кольца, отметив на них F и яркие узоры. Пионеру удалось измерить температуру Сатурна.
В 1980 году исследования продолжил корабль Вояджер. Он сделал 4 снимка поверхности Сатурна, а также его спутников и колец в высоком разрешении. Более крупный план получен в 1981 году после полета корабля Вояджер – 2. На сделанных им снимках удалось четко рассмотреть спутники Сатурна и найти ранее неизвестные.
В 2006 году аппарат нашел доказательства жидких водохранилищ, сохраненных в гейзерах спутника Энцланд. Позже ученым удалось обнаружить еще более 100 гейзеров. На снимках также ученые отметили новое кольцо, 8 новых спутников, моря и океаны на спутнике Титан.
14 января 2015 года зонд Гюйгенса совершил удачную посадку на поверхность Титана. Он детально изучил атмосферный слой спутника за 27 минутных спусков. В течение 1 часа 10 минут Гюйгенс передавал сведения с его мутной поверхности.
В первоначальные планы ученых входило продолжение миссии Кассини до 2008 года. Позже ее продлили до 2017 года.
26 апреля Кассини приступил к своей последней миссии, совершив более 20 пролетов между внутренним кольцом и самой планетой, предоставив первые фотографии с такого близкого расстояния. 15 сентября корабль погрузился в атмосферу Сатурна и полностью прекратил связь с Землей.
Расположение и размеры
Сатурн — шестая по счету от Солнца планета, а его ближние соседи — Юпитер (пятый от Солнца) и Уран (седьмой от Солнца). Среднее расстояние Сатурна от Солнца составляет 1,4 млрд км. За время полного оборота газового гиганта вокруг звезды максимальное расстояние увеличивается до 1 513 783 000 км, а минимальное уменьшается до – 1 353 500 000 км.
Сатурн обладает внушительными размерами. Экваториальный диаметр планеты равен 120 536 км, а полярный – 108 728 км. Площадь поверхности составляет 4,27 * 10’10 кв. км, а объем равен 8,27 * 10’14 куб. км. Радиус Сатурна превосходит земной в 9,3 раза, площадь в 82, объем в 765, масса в 95.
Орбита и движение
Большая полуось орбиты Сатурна имеет эллиптическую форму, поэтому планета приближается на 1,35 млрд км и отдаляется на 1,509 км от Солнца.
Орбитальный наклон равен 2,48 градусов по отношению к эклиптике, осевой – 26,73 градуса. Эти показатели приближены к земным, поэтому на Сатурне также происходит смена времен года.
Скорость вращения Сатурна равна 9,69 км/с, но может меняться в зависимости от его расположения в пространстве на один проход вокруг светила планета тратит 29,457 лет.
Структура и поверхность
Строение Сатурна представляет собой газовые слои, ближе к центру водород приобретает форму металла, в середине планеты – раскаленное вещество. Средняя плотность планеты – 0.687 г/см. Если поместить Сатурн в водоем, он не утонет.
Привычной землянину твердости поверхности здесь не отыскать. Поэтому, решив прогуляться по планете, любой представитель земного мира рискует провалиться вниз, пока не наступит его смерть от высокого давления и экстремальной температуры.
Внешний слой поверхности представлен молекулярным водородом на 93% и гелием (6%). Оставшийся процент приходится на аммиак, метан, ацетилен и прочие примеси. Формирующие облачность и полосы, присутствующие на планете.
Тропосфера подразделяется на три важные зоны, в рамках которых происходит формирование погоды. Они различны по температурному режиму.
Подробный состав слоев:
- видимая часть включает в себя облака аммиака и находится на 100 км ниже;
- после этого следует слой, состоящий из серных сульфидов;
- далее следуют облака с нулевой температурой.
Конечно, постоять на поверхности и ощутить рельеф Сатурна не получится. Но если бы была возможность постоять на поверхности, человек смог бы ощутить 91% земной гравитации.
То есть человек, который весит на Земле 100 кг, на поверхности «чужой» планеты будет иметь массу тела в 91 кг.
Ученые полагают, что по структуре Сатурн напоминает Юпитер. У него также скалистое ядро, окруженное водородом и гелием с незначительной примесью летучих веществ. Ядро Сатурна достаточно плотное, поскольку нагрев, плотность и давление при приближении к нему возрастают.
По составу ядро напоминает земное, но обладает повышенной плотностью за счет наполнения металлическим водородом. Расчеты 2004 года свидетельствуют, что масса ядра больше земной от 9 до 22 раз, диаметр 25000 км. Ядро окружено плотным слоем жидкого водорода.
Ширина колец огромна – внешний край последнего, обозначенного буквой E, находится на расстоянии 480 000 км от центра планеты, а только его ширина достигает 300 000 км. Но есть еще более широкие, хотя они настолько разреженные, что заметить их почти невозможно.
Так, кольцо Феба, открытое в 2009 году, имеет диаметр 13 миллионов километров! При этом толщина этих структур очень мала – от десятка метров до километра. Поэтому они довольно прозрачные – через них могут просвечивать звезды.
В некоторых местах между отдельными кольцами есть пустые промежутки разной ширины. У них есть названия – деление Энке, щель Кассини и прочие. В этих промежутках количество частиц гораздо меньше.
Атмосфера и температура
Основное вещество верхнего слоя Сатурна – водород. Его доля составляет 96,3%. 3,25% приходится на гелий, 0,45% занимают смесь других веществ: фосфина, этана, ацетилена, аммиака, метана и пропан.
Над поверхностью находится слой облаков, разделенный на верхний и нижний уровни. Первый заполнен аммиачными кристаллами, а ближе к поверхности располагается смесь воды и гидросульфида аммония. На облака воздействуют ультрафиолетовые лучи, которые запускают процесс метанового фотолиза. Его результатом является начало химических реакций углеводорода.
Атмосфера Сатурна состоит из линий, которые становятся шире ближе к экватору. Также ее можно разделить на два слоя. В верхнем давление меняется от 0,5 до 2 бар, а температура от -173 до -113 градусов Цельсия.
В нижнем эти параметры варьируются в диапазонах 10-20 бар и от -3 до 57 градусов Цельсия соответственно. Между слоями находится прослойка, состоящая из ледяных облаков. Там происходит плавное изменение температур и давления.
Иногда в атмосфере образуются овальные пятна, которые по цвету белее, чем остальные облака, из-за чего они легко различимы на поверхности. Ученые пока не смогли объяснить их природу, но наблюдения показывают, что образование пятен имеет закономерность.
Например, когда на северном полушарии газового гиганта начинается летнее солнцестояние, в этой области планеты появляется Большое Белое Пятно.
Показатели температуры на Сатурне неравномерны. От верхнего края газовой планеты до ее глубин степень нагрева сильно отличается:
- Наружные ледяные облака с большим содержанием аммиака представляют самую низкую температуру поверхности Сатурна, которая находится в пределах от -173 до -177 градусов по Цельсию.
- Следующая атмосферная оболочка включает гидросульфидный лед с примесью аммония. В ее толщине наблюдается разница в распределении давления, от которого зависит и большая разница температур: от – 3 в самых плотных участках, до -93 в разряженных.
- Самый нижний слой находится под максимальным давлением, которое можно сравнить с наблюдаемым на больших глубинах мирового океана. Здесь плотный газовый состав нагревается до +83 градусов.
На планете есть участки с комфортной для землян температурой, составляющей +21 градус, но давление там в 10 раз сильнее земного. Самый центр металлического ядра, предположительно раскален до +11800 градусов.
Кольца Сатурна
Образования вокруг планеты, называемые кольцами – своеобразная визитная карточка Сатурна. На самом деле нечто подобное есть у всех планет – гигантов – у Юпитера, Урана и Нептуна.
Но их колечки очень слабые и с Земли их нельзя увидеть. Их обнаружили лишь в непосредственной близости с помощью космических зондов.
Сейчас у Сатурна известно 7 более-менее широких колец. Самые большие обозначаются в таком порядке от планеты – D, C, B, A, F, G, и E. Это довольно крупные образования, которые видны в крупный телескоп с Земли. Лишь E невидимо с Земли, так как слишком разреженное и было обнаружено зондами.
Кольца С, B и A хорошо видны в любительские телескопы – именно в таком порядке они расположены от центра планеты. Между B и A расположена щель Кассини – большой промежуток, также хорошо заметный в любительские телескопы.
О происхождении колец Сатурна существовало немало теорий, но наиболее новой и вероятной представляется одна. Согласно ей, они образовались из-за поглощения Сатурном своих крупных спутников.
Когда планеты только сформировались, 4.5 миллиардов лет назад, у Сатурна было несколько крупных спутников, каждый из которых был больше Луны. Постепенно они приближались к планете, разрушались, а их тяжелые минеральные обломки падали на планету.
Но много их мелких частей, преимущественно из ледяной оболочки, оставались на орбите. Их начальные размеры составляли 1-50 км. Всё больше дробясь из-за многочисленных столкновений, они образовали ту мелкую ледяную пыль, которая собралась в виде диска вокруг планеты.
Детальное изучение колец продолжается до наших дней. В 2006 году ученые выяснили, что внешнее кольцо Е образовалось благодаря спутнику Энцеладу, орбита которого проходит как раз там.
На Энцеладе есть такое явление, как ледяные гейзеры, когда вода выбрасывается из его недр через трещины в коре. Они могут достигать высоты до 500 км, выбрасывая 250 кг водяного пара в секунду. Ледяная пыль образуется из этого пара и обозначает орбиту спутника.
Есть версия, что спутник Сатурна Титан относится как раз к тем первичным спутникам, которые и породили кольца. Титан — последний из них и единственный, который не разрушился. Все остальные исчезли, а их разрушенные ледяные оболочки образовали тот великолепный диск, которые мы видим сейчас. Хотя пару миллиардов лет назад он был гораздо более впечатляющим.
Спутники
В общем учеными обнаружено 62 спутника Сатурна. 53 из них даны имена, остальные буквенно-цифровые обозначения. Все спутники подразделяются на регулярные и нерегулярные. К первой категории относятся и внутренние, и внешние объекты. Ко вторым причисляют объекты, которые имеют нерегулярную орбиту. К таковым можно отнести Фебу. Она вращается в направлении, противоположном планетарному движению.
К внешним объектам относятся:
- Гиперион — отличается меньшими размерами в сравнении с перечисленными выше. Его диаметр составляет 360 км. Он хаотично вращается вокруг своей оси. Движется он вокруг Сатурна по эллиптической орбите. Вся поверхность этого тела испещрена кратерами от падения метеоров. Сверху поверхность белая, поскольку Гиперион покрыт коркой льда. На дне кратеров присутствует порода или вещество темного цвета. Считается, что на 50% это тело состоит из льда, а еще на 50% — из горных пород и примесей металлов.
- Титан — самый крупный объект, обладающий высокой плотностью и вращающийся вокруг Сатурна. Полное обращение вокруг планеты он совершает за 16 суток. Диаметр Титана — 5150 км. Тело окружает атмосфера высокой плотности, которая состоит из азота и других газов. Температура атмосферы составляет -170…-180°C.
- Япет — третий по размеру спутник. Его диаметр составляет 1468 км. До присвоения названия он долго был известен как Сатурн VIII. Это тело имеет низкую плотность. Большая его часть представлена льдом. По поверхности проходит горный хребет. Передняя часть объекта черная, а задняя — белая.
- Рея — гигант, входящий в число самых крупных объектов, вращающихся вокруг Сатурна. Его диаметр составляет 1528 км. Поверхность этого тела покрыта слоем плотного льда. Считается, что замерзшая вода составляет 1/3 объема Реи. Остальной объем представлен горными породами.
К внутренним спутникам Сатурна относится ряд космических тел, приближенных к планете и имеющих стабильную орбиту, это:
- Тефия;
- Диона;
- Телесто;
- Елена;
- Мимас;
- Янус;
- Калипсо;
- Полидевк;
- Энцелад.
Наиболее изученные и интересные внутренние объекты:
- Мимас был назван в честь одного из титанов древнегреческой мифологии. Это большое тело, диаметр которого составляет 400 км. Форма — округлая, т.к. луна имеет выраженное гравитационное поле. Это свойство объекта влияет на кольца планеты.
- Януса объект вытянутой формы с диаметром 195 км. Полный оборот вокруг Сатурна космическое тело совершает за 17 дней.
- Энцелад отличается небольшими размерами. Его диаметр — 50 км. Поверхность этого объекта покрыта льдом. Последние исследования показали, что в области Южного полюса бьет фонтан воды.
- Диона является крупным объектом округлой формы. Его диаметр — 1132 км. Поверхность космического тела покрыта толстым слоем льда, хребтами и разломами. У этого объекта есть атмосфера.
Как найти на небе
Чтобы разглядеть Сатурн, нужно внимательно изучить карту звездного неба. Планета находится в постоянном движении и не всегда бывает видна ночью. Далее нужно найти место с минимальным световым загрязнением.
С помощью карты нужно определить нахождение эклиптики – воображаемой линии, проходящей через зодиакальные созвездия и помогающей определить расположение планет. На участке неба, где должен быть Сатурн, нужно искать звезду (а планеты похожи на звезды, если смотреть невооруженным глазом), что светит ярко и не мигает – это и будет искомая планета.
Частые вопросы
Чтобы наблюдать облачные пояса Сатурна, потребуется телескоп диаметром не менее 100-125 мм, для более серьезных исследований нужен уже 200-мм аппарат. Предпочтение стоит отдавать апохроматическим рефракторам – они дают контрастные и потрясающие по качеству изображения. Лучшая оптика для наблюдения за Сатурном – телескопы «АПО киллер» системы Максутова-Кассегрена, которые были сконструированы специально в целях наблюдения планет. Нежелательны телескопы центральным экранированием – диаметр их объектива большой, но контраст цветов нарушен. Кольца можно увидеть даже в бинокль, внешне они напоминают отростки.
Многие ученые считают, что на Титане может зародиться жизнь, но совсем не такая, как на Земле. Гипотезы о возможном зарождении жизни появились в 2011 году, после исследований вод океана на спутнике Энцелад.
Среднее расстояние от Сатурна до Земли – 8,5 а.е. Имея аппарат, способный развить скорость до 300 000 км в секунду, туда можно было бы добраться за полтора часа. Но современным космическим аппаратам для этого требуется в среднем 6-7 лет: Корабль Пионер-11 летел 6 с половиной лет, Вояджер-2 – 4 года, Кассини потребовалось долгих 6 лет и 9 месяцев, а Новые Горизонты долетел за рекордные 2 года и 4 месяца.
