Каков период обращения сатурна вокруг солнца. Температура на планетах солнечной системы

Сатурн – вторая по размерам планета в нашей Солнечной системе и шестая планета от Солнца. Сатурн, точно так же как и Уран, Юпитер и Нептун, относятся к газовым гигантам. Свое название планета получила в честь бога земледелия.

В большей степени планета состоит из водорода, с незначительными примесями гелия и следами метана, воды, аммиака и тяжелых элементов. Что касается внутренней части, то она представляет собой незначительное ядро, включающее никель, железо и лед, покрытое газообразным внешним слоем и небольшим слоем металлического водорода. Внешняя атмосфера кажется при наблюдении из космоса однородной и спокойной, хотя иногда прослеживаются долговременные образования. У Сатурна есть планетарное магнитное поле, которое занимает промежуточное положение по напряженности между мощным полем Юпитера и магнитным полем Земли. Скорость ветра на планете может достигать до 1800 км/час, что намного больше чем на Юпитере.

Сатурн имеет заметную систему колец, которая главным образом состоит из частичек льда, имеющих меньшее количество пыли и тяжелых элементов. На данный момент вокруг Сатурна обращается 62 известных спутника. Самым крупным из них является Титан. Среди всех спутников он второй по размерам (после Ганимеда).

На орбите Сатурна располагается автоматическая межпланетная станция под названием «Кассини». Ученые запустили ее еще в 1997 году. А в 2004 году она достигла системы Сатурна, к задачам которой относятся изучение структуры колек и динамики магнитосферы и атмосферы.

Название планеты

Планета Сатурн была названа в честь римского бога земледелия. Позже он был отождествлен с предводителем титанов – Кроносом. Поскольку титан Кронос пожирал своих детей, он не пользовался популярностью среди греков. У римлян же бог Сатурн был в почете и уважении. Согласно древней легенде, он научил человечество обрабатывать землю, строить дома и выращивать растения. О временах его предполагаемого правления говорят «золотой век человечества», в его честь организовывались празднования, которые получили название Сатурналии. Рабы во время этих торжеств на незначительное время получали свободу. В индийской мифологии планете соответствует Шани.

Происхождение Сатурна

Стоит отметить, что происхождение Сатурна объясняют две главные гипотезы (точно так же, как и с Юпитером). Согласно гипотезе «концентрации», похожий состав Сатурна и Солнца заключается в том, что у этих небесных тел есть большая часть водорода. В результате малая плотность объясняется тем, что на изначальных стадиях развития Солнечной системы в газопылевом диске сформировались массивные «сгущения», которые дали начало планетам. Получается, что планеты и Солнце формировались схожим образом. Но как бы там ни было, эта гипотеза не объясняет различия состава Солнца и Сатурна.

Гипотеза «аккреции» говорит, что процесс образования Сатурна состоял из двух этапов. Сперва в течение двухсот миллионов лет шел процесс образования твердых плотных тел, которые напоминали планеты земной группы. В период этого этапа из области Сатурна и Юпитера диссипировалась некоторая часть газа, что в будущем сказалось на различии химических составов Солнца и Сатурна. После чего начался 2 этап, во время которого самые крупные тела смогли достигнуть удвоенной массы Земли. В течение нескольких сотен тысяч лет проходил процесс аккреции газа на эти тела из первичного протопланетного облака. Температура на втором этапе наружных слоев планеты достигала 2000 °C.

Сатурн среди прочих планет

Как уже было сказано выше, Сатурн относится к числу газовых планет: он не имеет твердой поверхности и в основном состоит из газов. Полярный радиус планеты – 54 400 км, экваториальный – 60 300 км. Среди остальных планет Сатурн отличается наибольшим сжатием. Вес планеты превышает массу Земли в 95,2 раза, но ее средняя плотность меньше плотности воды. Хотя массы Сатурна и Юпитера отличаются более чем в три раза, их экваториальный диаметр отличается только на 19%. Что касается плотности остальных газовых планет, то она существенно больше и составляет 1,27-1,64 г/см3 . Ускорение свободного падения вдоль экватора – 10,44 м/с2 , что сопоставимо с показателями Нептуна и Земли, но гораздо меньше, чем у Юпитера.

Вращение и орбитальные характеристики Сатурна

Среднее расстояние между Солнцем и Сатурном – 1430 млн км. Двигаясь со скоростью 9,69 км/с, планета обращается вокруг Солнца за 29,5 года (10 759 суток). Расстояние от Сатурна до нашей планеты меняется в пределах от 8,0 а. е. (119 млн км) до 11,1 а. е. (1660 млн км), среднее расстояние в период их противостояния примерно 1280 млн км. Юпитер и Сатурн находятся почти в точном резонансе 2:5 до Солнца в афелии и перигелии составляет 162 млн км.

Дифференциальное вращение атмосферы планеты подобно вращению атмосфер Венеры и Юпитера, а также Солнца. А. Вилльямс первым обнаружил, что скорость вращения Сатурна может меняться не только по глубине и широте, но и по времени. Анализ переменности вращения экваториальной зоны за 200 лет показал, что главный вклад в эту переменность вносит годовой и полугодовой циклы.

Атмосфера и строение Сатурна

Верхние слои атмосферы на 96,3% состоят из водорода и на 3,25% из гелия. Есть примеси аммиака, метана, этана, фосфина и некоторых других газов. В верхней части атмосферы аммиачные облака мощнее юпитерианских, в то время как облака нижней части состоят из воды или гидросульфида аммония.

Согласно с данными «Вояджеров», на планете дуют сильные ветра. Аппаратам удалось зарегистрировать скорость ветров в 500 м/с. В основном они дуют в восточном направлении. Их сила ослабевает одновременно с отдалением от экватора (могут появляться западные атмосферные течения). Исследования показали, что циркуляция атмосферы может проходить в слое верхних облаков, но и на глубине до 2000 км. Более того, по измерениям «Вояджера-2» стало известно, что ветры в северном и южном полушарии симметричны относительно экватора. Существует предположение, что симметричные потоки имеют связь под слоем видимой атмосферы.

Иногда в атмосфере Сатурна появляются устойчивые образования, которые представляют собой сверхмощные ураганы. Точно такие же объекты прослеживаются и на остальных газовых планетах Солнечной системы. Примерно 1 раз в 30 лет на Сатурне появляется «Большой Белый овал», который в последний раз видели в 2010 году (не такие крупные ураганы формируются чаще).

Во время штормов и бурь на Сатурне наблюдаются сильные разряды молнии. Вызванная ими электромагнитная активность колеблется с годами от практически полного отсутствия до сверхмощных электрических бурь.

Аппарат «Кассини» 28 декабря 2010 года сфотографировал шторм, который напоминал сигаретный дым. Очередной сильный шторм был зафиксирован астрономами 20 мая 2011 года.

Внутреннее строение

В глубине атмосферы планеты растут температура и давление, а водород переходит в жидкое состояние, но этот переход постепенный. На глубине в 30 тыс. км водород становится металлическим (3 млн атмосфер – давление). Магнитное поле создается циркуляцией электрических токов в металлическом водороде. Оно не настолько мощное, как у Юпитера. В центральной части планеты находится мощное ядро из тяжелых и твердых материалов – металлов, силикатов и предположительно льда. Его вес примерно составляет от 9 до 22 масс нашей планеты. Температура ядра – 11 700°C. Нельзя не отметить и тот факт, что энергия, излучаемая Сатурном в космос, в два с половиной раза больше энергии, которую он получает от Солнца. Существенная часть этой энергии генерируется благодаря механизму Кельвина – Гельмгольца. В то время, когда температура падает, соответственно уменьшается давление в ней, она понижается, а энергия переходит в тепло. Но такой механизм не может выступать единственным источником энергии Сатурна. Ученые предполагают, что дополнительная часть тепла появляется благодаря конденсации и последующему падению капель гелия через слой водорода вглубь ядра. Как следствие, потенциальная энергия капель переходит в тепловую. Область ядра, по оценкам ученых, имеет диаметр примерно 25 тыс. км.

Спутники Сатурна

Крупнейшие спутники Сатурна – Энцелад, Мимас, Диона, Тефия, Титан, Рея и Япет. Впервые они были открыты в 1789 году, но и по сей день остаются главными объектами исследования. Их диаметры варьируются от 397 до 5150 км. Распределение по массам отвечает распределению по диаметрам. Наименьшими эксцентриситетами орбиты обладают Тефия и Диона, наибольшим – Титан. Все спутники с известными параметрами располагаются выше синхронной орбиты, что приводит к их медленному удалению.

По состоянию на 2010 год известно 62 спутника Сатурна. Причем 12 из них открыты посредством космических аппаратов: «Кассини», «Вояджер-1», «Вояджер-2». Большинство спутников, кроме Фебы и Гипериона, характеризуются синхронным собственным вращением - каждый из них всегда повернут одной стороной к Сатурну. Информации о вращении мелких спутников нет. Дионе и Тефии сопутствуют по два спутника в точках Лагранжа L4 и L5.

На протяжении 2006 года команда ученых под чутким руководством Дэвида Джуитта, работающая на Гавайях, выявила с помощью телескопа Субару девять спутников Сатурна. Они отнесли их к нерегулярным спутникам, отличающимся ретроградной орбитой. Время их вращения вокруг Сатурна варьируется от 862 до 1300 дней.

Первые снимки высокого качества были получены с изображением одного из спутников Тефии только в 2015 году.

Из истории. Сатурн, наверное, наиболее красивая планета, если смотреть на нее в телескоп или изучать снимки «Вояджеров» и "Кассини". Сказочные кольца Сатурна нельзя спутать ни с какими другими объектами Солнечной системы.
Планета известна с самых древних времен. Максимальная видимая звездная величина Сатурна +0,7m. Эта планета – значительно слабее по блеску, чем Венера, Юпитер и Марс. Его тусклый свет, имеющий матово-белый оттенок, а также очень медленное движение по небу создали планете дурную славу: рождение под знаком Сатурна издревле считалось плохим предзнаменованием.
Атмосфера. В телескоп средней силы хорошо заметно, что шар Сатурна сильно сплюснут - еще сильнее, чем Юпитер. Его сжатие составляет порядка 10 %. На "поверхности" планеты выделяются параллельные экватору полосы, правда менее четкие, чем у юпитера. В этих полосах можно рассмотреть многочисленные, хотя и неяркие детали, именно по ним Уильям Гершель определил период вращения Сатурна. Он оказался очень коротким 10 ч 16 мин. Изредка на диске планеты появляются и более заметные детали. Так, в феврале 1876 г. на экваторе Сатурна возникло большое белое пятно, обращавшееся с периодом 10 ч 14 мин на экваторе и 10 ч 38 мин на умеренных широтах. Незначительная разница не должна удивлять: как и у Солнца и Юпитера, скорость вращения атмосферы Сатурна в экваториальных зонах больше, чем близ полюсов.
Светло-желтый Сатурн внешне выглядит скромнее своего соседа - оранжевого Юпитера. У него нет столь красочного облачного покрова, хотя структура атмосферы почти такая же. Как и Юпитер, Сатурн в основном состоит из водорода и гелия. Только содержание гелия в его атмосфере ниже: он более равномерно распределен по всей массе планеты. Вследствие меньшей силы тяготения атмосфера Сатурна глубже Юпитерианской. Видимо, у Сатурна мощнее верхний слой светлых перистых аммиачных облаков, что делает его не таким "цветным" и полосатым.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Название:
Плотность:
Период вращения:	10 часов 40 мин 30 с
Ср расст от Земли:
Период обращения:
Эксцентриситет орбиты:
Наклон орбиты:

Сатурн имеет одну интересную особенность: он – единственная планета в Солнечной системе, чья плотность меньше плотности воды (700 кг на кубический метр). Если бы было возможно создать огромный океан, Сатурн смог бы в нем плавать! Ускорение свободного падения на уровне облачной поверхности составляет g = 9,44 м/с2. АМС «Вояджер-1» выяснил, что около 7 % объема верхней атмосферы Сатурна – гелий (по сравнению с 11 % в атмосфере Юпитера), в то время как почти все остальное – водород. Поскольку предполагается, что условия формирования обеих планет одинаковы, то количество гелия на Сатурне должно быть примерно таким же, как и на Юпитере и Солнце. Недостаток этого элемента в верхней атмосфере может означать, что более тяжелый гелий, возможно, медленно опускается к ядру Сатурна. При этом выделяется тепловая энергия, которая излучается в космос. Минимальная температура на Сатурне – 82 К – измерена радиолучом «Вояджера-2».
Температура поверхности по измерениям теплового потока, исходящего из планеты в инфракрасной области спектра, определяется от - 190 до - 150 °С (что выше равновесной температуры - 193 °С), соответствующей получаемому от Солнца потоку тепла. Это свидетельствует о том, что в тепловом излучении Сатурна есть доля собственного глубинного тепла, что подтверждается и измерениями радиоизлучения.
Вдоль экватора планеты проходит гигантское атмосферное течение шириной в десятки тысяч километров, скорость его достигает 500 м/с. Ветра дуют, большей частью, в восточном направлении (напомним, что как и большинство планет, Сатурн вращается с запада на восток). Сила ветров ослабевает при удалении от экватора. Также, при удалении от экватора, появляется все больше западных течений. Преобладание восточных потоков (по направлению осевого вращения) указывает на то, что ветры не ограничены слоем верхних облаков, они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2000 километров. Кроме того, измерения «Вояджера-2» показали, что ветра в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора! Есть предположение, что симметричные потоки как-то связаны под слоем видимой атмосферы. Зависимость скорости ветров на Сатурне от широты. В атмосфере Сатурна часто наблюдаются штормы, хотя и не такие мощные, как знаменитое Красное Пятно. В частности, обнаружено пятно размером около 1250 км. Магнитное поле Сатурна более слабое по сравнению с Юпитером. Напряженность магнитного поля на уровне видимых облаков на экваторе 0,2 Гс (на поверхности Земли магнитное поле равно 0,35 Гс). Магнитосфера Сатурна отличается от юпитерианской. У Сатурна ось вращения совпадает с осью диполя. Некоторые заряженные частицы, двигаясь от полюса к полюсу, проходят через систему колец и поглощаются там льдом и пылью. Поэтому в области колец магнитосфера Сатурна очень пуста – в ней очень мало заряженных частиц.
Хотя пятна атмосферных вихрей на Сатурне уступают по размерам юпитерианскому Большому Красному Пятну, но и там наблюдаются грандиозные штормы, видимые даже с Земли.
Снимки, переданные АМС "Вояджер-1", обнаружили несколько десятков поясов и зон, а также различные конвективные облачные образования: несколько сот светлых пятен диаметром 2000 - 3000 км, коричневые образования овальной формы шириной ~10000 км и красное овальное облачное образование (пятно) у 55° ю. ш. Протяженность красного пятна на Сатурне 11 000 км, по размерам оно примерно равно белым овальным образованиям на Юпитере. Красное пятно на Сатурне относительно стабильно. Оно окружено темным кольцом. Полагают, что оно может представлять собой "верх" конвективной ячейки. Считают, что полосы в атмосфере Сатурна обусловлены температурными перепадами. Число полос достигает нескольких десятков, то есть намного больше, чем наблюдают с Земли, и больше, чем было обнаружено в атмосфере Юпитера. Ученые ожидали найти на Сатурне условия, сравнимые с условиями на Юпитере, поскольку в метеорологических явлениях обеих планет доминирующим фактором является нагрев за счет внутреннего источника тепла, а не поглощения солнечной энергии. Однако атмосферы Сатурна и Юпитера оказались весьма различными. Например, на Юпитере наибольшие скорости ветра зарегистрированы вдоль границ полос, а на Сатурне - вдоль центральной части полос, в то время как на границах полос и зон ветер практически отсутствует. В поясах и зонах атмосферы Юпитера чередуются западные и восточные потоки, которые разделяются областями сдвига. В отличие от этого,на Сатурне обнаружен западный поток в очень широкой полосе от 40° с. ш. до 40° ю. ш. Согласно одной гипотезе, ветры обусловлены циклическим подъемом и опусканием больших облаков аммиака. Южная полярная область Сатурна сравнительно светлая. В северной полярной области обнаружена темная шапка. Возможно, это указывает на сезонные изменения, которых на Сатурне не ожидали. Один профиль температуры, полученный для северного полушария Сатурна, показывает, что темные пятна соответствуют сравнительно высокой температуре, а большие светлые области - несколько более низкой. На Юпитере светлые полосы считают-восходящими потоками, темные полосы - нисходящими.

При пролете около Сатурна АМС "Вояджер-1" обнаружила явления, которые, по-видимому, представляют собой интенсивные всплески радиоизлучения в районе планеты. Всплески происходили во всем регистрируемом частотном диапазоне и, возможно, исходят от колец планеты. Согласно другим предположениям, всплески могли быть порождены молниями в атмосфере планеты. Приборы АМС регистрировали скачок напряжения, в 10 6 раз превышающий то, что обусловила бы столь же удаленная вспышка молнии в земной атмосфере.
Ультрафиолетовый спектрометр зарегистрировал в южной полярной области Сатурна полярные сияния, охватывающие область протяженностью свыше 8000 км и сравнимые по интенсивности с такими явлениями на Земле.
Получены новые сведения об облаке нейтрального водорода, окружающего Сатурн в той же плоскости, в которой лежат кольца планеты и обращаются ее спутники. Ранее ученые предполагали, что это облако тороидальной формы расположено вдоль орбиты Титана и имеет своим источником атмосферу Титана, где происходит диссоциация метана с освобождением водорода. Однако ультрафиолетовый.спектрометр АМС "Вояджер-1" показал, что облако расположено не вдоль орбиты Титана, а простирается с расстояния 1,5 млн. км от Сатурна (несколько дальше орбиты Титана) до расстояния 480 тыс. км от нее (район орбиты Реи). Общая масса облака 25000 т, что согласуется с имеющимися теориями; плотность всего 10 атомов в 1 см 3 .
Молнии. Космический аппарат "Кассини", находящийся на орбите Сатурна, обнаружил на нем молнии и новый радиационный пояс, а также сияние вокруг крупнейшего спутника планеты. 5 августа 2005 радиоприборы и плазменно-волновое научное оборудование "Кассини" обнаружили радиоволны, образуемые молнией. Радиосигналы от этой молнии весьма эпизодичны и порой сопровождаются лишь слабой вспышкой, которой может и вообще не быть. Это позволяет предположить, что в средних и высоких широтах происходит ряд различных, возможно, недолговечных бурь. "Кассини" помог сделать ученым и еще одно открытие - с помощью магнитосферического прибора для формирования изображения чуть выше вершин облаков Сатурна обнаружен простирающийся вокруг планеты новый радиационный пояс. Визуальный и инфракрасный картографический спектрометр на борту "Кассини" зафиксировал на Титане дневное и ночное сияние, образуемое выбросами метана и окиси углерода в плотную атмосферу спутника. Освещенное Солнцем флуоресцентное метановое сияние в верхних слоях атмосферы Титана ожидалось, ночное же сияние стало сюрпризом.
Океан и ядро. Ниже атмосферы простирается океан жидкого молекулярного водорода. На глубине около половины радиуса планеты давление в нем достигает 3 млн атмосфер, и водород уже не может существовать в молекулярном состоянии. Он становится металлическим, хотя и по-прежнему жидким. Течения в этом металлическом океане генерируют доволь сильное магнитное поле Сатурна. В центре планеты находится массивное ядро (до 20 земных масс) из камня, железа и, возможно... льда.
Откуда взяться льду в центре Сатурна, где температура около 20 тыс. градусв? Ведь хорошо знакомая нам кристаллическая форма воды - обыкновенный лед - плавится уже при температуре 0 С при нормальном атмосферном давлении. Еще "нежнее" кристаллические формы аммиака, метана, углекислого газа, которые ученые также называют льдом. Например, твердая углекислота (сухой лед, используемый в различных эстрадных шоу) при нормальных условиях сразу же переходит в газообразное состояние, минуя жидкою стадию.
Но одно и то же вещество может образовывать различные кристаллические решетки. В частности, науке известны кристаллические модификации воды, отличающиеся друг от друга не меньше, чем печная сажа - от химически тождественного ей алмаза. Например, так называемый лед VII имеет плотность, почти вдвое превосходящую плотность обычного льда, и при больших давлениях его можно нагревать до нескольких сот градусов! Поэтому не стоит удивляться тому, что в центре Сатурна при давлении в миллионы атмосфер присутствует лед, т.е. в данном случае смесь из кристаллов воды, метана и аммиака.

Сатурна по размерам примерно в три раза меньше магнитосферы Юпитера и простирается в направлении Солнца примерно на 1 млн. км. АМС "Вояджер-1" зарегистрировала ударную волну на расстоянии 26,2 R S от Сатурна. Магнитопаузу АМС пересекла несколько раз, последний раз на расстоянии 22,9 R S . Таким образом, установлено, что орбита Титана лежит в пределах магнитосферы планеты.

Кольцевая система Сатурна (нащвания колец и промежутков - "щелей")
Название	Расстояние от центра планеты в радиусах (км) планеты		Ширина (км)	Толщина (км)	Оптическая глубина	Общая масса (кг)	Альбедо
C "Креповое кольцо"
Щель Максвелла
Щель Кассини
Щель Энкеa

Сатурн – шестая от Солнца планета Солнечной системы, одна из планет-гигантов. Характерная особенность Сатурна, его украшение, – система колец, состоящих в основном изо льда и пыли. Обладает множеством спутников. Сатурн был назван древними римлянами в честь особо почитаемого ими бога земледелия.

Краткая характеристика

Сатурн – вторая планета в Солнечной системе по величине после Юпитера, его масса составляет примерно 95 масс Земли. Сатурн вращается вокруг Солнца на среднем расстоянии около 1430 миллионов километров. Расстояние до Земли составляет 1280 млн. км. Период его обращения – 29,5 лет, а сутки на планете длятся десять с половиной часов. Состав Сатурна практически не отличается от солнечного: основные элементы – водород и гелий, а также многочисленные примеси аммиака, метана, этана, ацетилена и воды. По внутреннему же составу он больше напоминает Юпитер: ядро из железа, воды и никеля, покрытое тонкой оболочкой из металлического водорода. Атмосфера из огромного количества газообразного гелия и водорода толстым слоем обволакивает ядро. Поскольку планета состоит главным образом из газа, а твердая поверхность отсутствует, Сатурн причисляют к газовым гигантам. По той же причине его средняя плотность невероятно мала – 0,687 г/см 3 , что меньше плотности воды. Это делает его наименее плотной планетой в системе. Однако степень сжатия у Сатурна наоборот самая высокая. Это означает, что его экваториальный и полярный радиусы сильно различаются по величине – 60 300 км и 54 400 км соответственно. Из этого также следует большая разница в скоростях для различных частей атмосферы в зависимости от широты. Средняя скорость вращения вокруг оси – 9,87 км/с, а орбитальная скорость – 9,69 км/с.

Величественное зрелище представляет собой система колец Сатурна. Они состоят из обломков льда и камней, пыли, остатков бывших спутников, разрушенных его гравитационным
полем. Они расположены очень высоко над экватором планеты, примерно в 6 – 120 тысячах километров. Однако сами кольца очень тонкие: каждый из них толщиной порядка километра. Всю систему делят на четыре кольца – три основных и одно более тонкое. Первые три принято обозначать латинскими буквами. Среднее кольцо В, самое яркое и широкое, отделено от кольца А пространством, называемым щелью Кассини, в котором расположились самые тонкие и практически прозрачные кольца. Малоизвестно, что на самом деле кольца имеются у всех четырех планет-гигантов, но у всех, кроме Сатурна, они почти не заметны.

В настоящее время известно 62 спутника Сатурна. Крупнейшие из них – Титан, Энцелад, Мимас, Тефия, Диона, Япет и Рея. Титан – самый крупный из спутников – во многом похож на Землю. Он имеет атмосферу, разделенную на слои, а также жидкость на поверхности, что уже сейчас является доказанным фактом. Более мелкие объекты предположительно являются обломками астероидов, и их размер может составлять менее километра.

Образование планеты

Существует две гипотезы происхождения Сатурна:

Первая – гипотеза «контракции» – гласит, что Солнце и планеты сформировались одинаково. На начальных этапах своего развития Солнечная система представляла собой диск из газа и пыли, в котором постепенно образовывались отдельные участки, более плотные и массивные, чем окружавшее их вещество. В результате эти «сгущения» дали начало Солнцу и известным нам планетам. Этим объясняется схожесть состава у Сатурна и Солнца и его малая плотность.

Согласно второй гипотезе «аккреции», образование Сатурна шло в два этапа. Первый – формирование в газопылевом диске плотных тел наподобие твердых планет земной группы. В это время часть газов в области Юпитера и Сатурна рассеялась в космическое пространство, чем объясняется небольшая разница в составе у этих планет с Солнцем. На втором этапе более крупные тела притягивали на себя газ из окружавшего их облака.

Внутреннее строение

Внутренняя область Сатурна разделяется на три слоя. В центре находится небольшое по сравнению с общим объемом, но массивное ядро из силикатов, металлов и льда. Его радиус составляет примерно четверть радиуса планеты, а масса – от 9 до 22 земных масс. Температура в ядре – около 12 000 °C. Энергия, излучаемая газовым гигантом, в 2,5 раза превышает энергию, получаемую ей от Солнца. Причин этому несколько. Во-первых, источником внутреннего тепла могут быть запасы энергии, накопленные при гравитационном сжатии Сатурна: при формировании планеты из протопланетного диска гравитационная энергия пыли и газа переходила в кинетическую, а затем в тепловую. Во-вторых, часть тепла создается за счет механизма Кельвина-Гельмгольца: при падении температуры падает и давление, из-за чего вещество планеты сжимается, и потенциальная энергия переходит в тепло. В-третьих, в результате конденсации капель гелия и их последующего падения сквозь слой водорода внутрь ядра также может происходить генерация теплоты.

Ядро Сатурна окружает слой водорода в металлическом состоянии: он находится в жидкой фазе, но обладает свойствами металла. Такой водород обладает очень высокой электропроводностью, следовательно, циркуляция токов в нем создает мощное магнитное поле. Здесь, на глубине около 30 тыс. км, давление достигает 3 миллионов атмосфер. Выше этого уровня находится слой жидкого молекулярного водорода, который с высотой постепенно становится газом, соприкасаясь с атмосферой.

Атмосфера

Поскольку газовые планеты не имеют твердой поверхности, сложно определить точно, где именно начинается атмосфера. Для Сатурна за такой нулевой уровень принята высота, на которой происходит кипение метана. Основные компоненты атмосферы – водород (96,3 %) и гелий (3,25 %). Также спектроскопические исследования обнаружили в ее составе воду, метан, ацетилен, этан, фосфин, аммиак. Давление у верхней границы атмосферы составляет около 0,5 атм. На этом уровне конденсируется аммиак и образуются облака белого цвета. В нижней части облака состоят из кристаллов льда и капелек воды.

Газы в атмосфере постоянно движутся, вследствие чего они принимают вид полос, параллельных диаметру планеты. Такие же полосы есть и на Юпитере, однако на Сатурне они гораздо более тусклые. Из-за конвекции и быстрого вращения образуются невероятно сильные ветра, самые мощные в Солнечной системе. Ветра в основном дуют по направлению вращения, на восток. На экваторе воздушные потоки самые сильные, их скорость может достигать 1800 км/ч. С удалением от экватора ветра ослабевают, появляются западные потоки. Движение газов происходит во всех слоях атмосферы.

Крупные циклоны могут быть очень устойчивы и длиться годами. Раз в 30 лет на Сатурне возникает «Большой белый овал» – сверхмощный ураган, размеры которого каждый раз становятся больше. Во время последнего наблюдения в 2010 году он составлял четвертую часть от всего диска планеты. Также межпланетными станциями было обнаружено необычное образование в виде правильного шестиугольника на северном полюсе. Его форма стабильна вот уже в течение 20 лет после первого наблюдения. Каждая его сторона составляет 13 800 км – больше диаметра Земли. Для астрономов до сих пор остается загадкой причина образования именно такой формы облаков.

Камеры «Вояджеров» и «Кассини» зафиксировали светящиеся области на Сатурне. Ими оказались полярные сияния. Они располагаются на широте 70-80° и имеют вид очень ярких колец овальной (реже спиральной) формы. Считается, что сияния на Сатурне образуются в результате перестраивания силовых линий магнитного поля. В результате магнитная энергия нагревает окружающие области атмосферы и разгоняет заряженные частицы до высоких скоростей. Кроме того, во время сильных бурь наблюдаются разряды молний.

Кольца

Когда мы говорим о Сатурне, первое, что приходит на ум, – это его удивительные кольца. Наблюдения космических аппаратов показали, что все газовые планеты имеют кольца, но только у Сатурна они отчетливо видны и ярко выражены. Кольца состоят из мельчайших частиц льда, камней, пыли, обломков метеоритов, втянутых гравитацией системы из космического пространства. Они обладают большей отражательной способностью, чем диск самого Сатурна. Система колец состоит из трех основных и более тонкого четвертого. Их диаметр – примерно 250 000 км, а толщина – менее 1 км. Кольца названы буквами латинского алфавита по порядку, от периферии к центру. Кольца А и В между собой разделяются пространством шириной в 4000 км, называемым щелью Кассини. Внутри внешнего кольца А также есть щель – разделительная полоса Энке. Кольцо В – самое яркое и широкое, а С практически прозрачно. Более тусклые и самые близкие к внешней части атмосферы Сатурна кольца D, E, F, G были открыты позже. После того, как космическими станциями были получены снимки планеты, стало ясно, что на самом деле все крупные кольца состоят из множества более тонких колец.

Существует несколько теорий происхождения и образования колец Сатурна. Согласно одной из них, кольца образовались в результате «захвата» планетой некоторых своих спутников. Они разрушались, а их осколки равномерно распределялись по орбите. Вторая гласит, что кольца сформировались вместе с самой планетой из первоначального облака пыли и газа. Частицы, из которых состоят кольца, не могут образовать более крупные объекты наподобие спутников из-за слишком малых размеров, беспорядочного движения и соударений между собой. Стоит заметить, что система колец Сатурна не считается абсолютно стабильной: часть вещества утрачивается, поглощаясь планетой или рассеиваясь в околопланетное пространство, а часть, наоборот, возмещается при взаимодействии комет и астероидов с гравитационным полем.

По своей структуре и составу Сатурн из всех газовых гигантов больше всего сходств имеет с Юпитером. Значительную часть обеих планет составляет атмосфера из смеси водорода и гелия, а также некоторых других примесей. Такой элементный состав практически не отличается от солнечного. Под толстым слоем газов находится ядро изо льда, железа и никеля, покрытое тонкой оболочкой из металлического водорода. Сатурн и Юпитер выделяют большее количество теплоты, чем получают от Солнца, поскольку около половины излучаемой ими энергии обусловлено внутренними тепловыми потоками. Таким образом, Сатурн мог стать второй звездой, но ему не хватило вещества для создания достаточной гравитационной силы, способствующей термоядерному синтезу.

Современные космические наблюдения показали, что облака на северном полюсе Сатурна образуют гигантский правильный шестиугольник, длина каждой из сторон которого 12,5 тысяч км. Структура вращается вместе с планетой и не теряет своей формы уже в течение 20 лет со времени её первого обнаружения. Подобное явление не наблюдается больше нигде в Солнечной системе, и ученым до сих пор так и не удалось его объяснить.

Космические аппараты «Вояджер» обнаружили сильные ветра на Сатурне. Скорости воздушных потоков достигают 500 м/с. Ветра дуют в основном в восточном направлении, хотя при удалении от экватора их сила ослабевает и появляются потоки, направленные на запад. Некоторые данные говорят о том, что циркуляция газов происходит не только в верхних слоях атмосферы, но и на глубине. Также в атмосфере Сатурне периодически появляются ураганы колоссальной мощности. Крупнейший из них – «Большой белый овал» – появляется раз в 30 лет.

Сейчас на орбите Сатурна находится межпланетная станция «Кассини», управляемая с Земли. Она была запущена в 1997 году и достигла планеты в 2004 году. Ее цель – изучение колец, атмосферы и магнитного поля Сатурна и его спутников. Благодаря «Кассини» получено множество высококачественных снимков, обнаружены полярные сияния, упомянутый выше шестиугольник, горы и острова на Титане, следы воды на Энцеладе, ранее неизвестные кольца, которые невозможно было разглядеть с помощью наземных инструментов.

Кольца Сатурна в виде отростков по бокам можно разглядеть даже в небольшой бинокль с диаметром объективов от 15 мм. В телескоп диаметром 60-70 мм уже видно небольшой диск планеты без деталей, окруженный кольцами. В более крупные инструменты (100-150 мм) видны облачные пояса Сатурна, шапки полюсов, тень от колец и некоторые другие детали. В телескопы размером более 200 мм можно прекрасно рассмотреть темные и светлые пятна на поверхности, пояса, зоны, детали строения колец.

Планета Сатурн – одна из наиболее известных и интересных планет в Солнечной системе. Про Сатурн с его кольцами знают все, даже те, кто ничего не слышал про существование, например, или Нептуна.

Возможно, во многом такая известность ему досталась благодаря астрологии, однако и в чисто научном плане эта планета представляет огромный интерес. Да и астрономы – любители любят наблюдать эту красивую планету, из-за простоты наблюдений и красивого зрелища.

Столь необычная и большая планета, как Сатурн, конечно, обладает некоторыми необычными свойствами. Имея множество спутников и огромные кольца, Сатурн образует миниатюрную Солнечную систему, в которой немало интересного. Вот некоторые интересные факты о Сатурне:

• Сатурн - шестая планета от Солнца, и последняя, известная с древних времен. Следующий за ним был открыт уже с помощью телескопа, а и вовсе с помощью вычислений.
• Сатурн - вторая по размеру планета в Солнечной системе после Юпитера. Это тоже газовый гигант, не имеющий твердой поверхности.
• Средняя плотность Сатурна меньше плотности воды, притом вдвое. В огромном бассейне он бы плавал почти как пенопласт.
• Планета Сатурн имеет наклон к плоскости орбиты, поэтому на ней меняются времена года, каждое длится 7 лет.
• Сатурн имеет на сегодняшний день 62 спутника, но это количество не окончательное. Возможно, будут открыты и другие. Больше спутников только у Юпитера. Обновление: 7 октября 2019 года было сообщено об открытии еще 20 новых спутников и теперь их у Сатурна стало 82 штуки, на 3 больше, чем у Юпитера. Сатурн - рекордсмен по количеству спутников.
• - второй по размеру в Солнечной системе, после Ганимеда, спутника . Он на 50% больше Луны и даже немного больше Меркурия.
• На спутнике Сатурна Энцеладе возможно существование подледного океана. Не исключено, что там могла бы обнаружиться и какая-нибудь органическая жизнь.
• Форма Сатурна не сферическая. Он вращается очень быстро - сутки длятся менее 11 часов, поэтому имеет сплющенную у полюсов форму.
• Планета Сатурн выделяет больше энергии, чем получает от Солнца, как и Юпитер.
• Скорость ветра на Сатурне может достигать 1800 м/с - это больше скорости звука.
• Планета Сатурн не имеет твердой поверхности. С глубиной газ - в основном водород и гелий просто уплотняется, пока не переходит в жидкое, а затем и в металлическое состояние.
• На полюсах Сатурна имеется странное шестиугольное образование.
• На Сатурне имеются полярные сияния.
• Магнитное поле Сатурна - одно из самых мощных в Солнечной системе, распространяется на миллион километров от планеты. Вблизи планеты существуют мощные радиационные пояса, опасные для электроники космических зондов.
• Год на Сатурне длится 29.5 лет. За столько планета совершает оборот вокруг Солнца.

Конечно, это далеко не все интересные факты о Сатурне - слишком разнообразен и сложен этот мир.

Характеристики планеты Сатурн

В замечательном фильме «Сатурн – властелин колец», который можно посмотреть, диктор говорит – если есть планета, передающая великолепие, загадочность и ужас Вселенной, то это Сатурн». Это действительно так.

Сатурн великолепен – это гигант, обрамленный огромными кольцами. Он загадочен – многие процессы, которые происходят там, до сих пор непонятны. И он же ужасен, потому что на Сатурне происходят страшные в нашем понимании вещи – ветры до 1800 м/с, грозы в сотни и тысячи раз сильнее наших, гелиевые дожди, и многое другое.

Сатурн представляет собой планету – гигант, вторую по величине после Юпитера. Диаметр планеты 120 тысяч километров против 143 тысяч у . Он больше Земли в 9.4 раз, и мог бы вместить в себя 763 таких планет, как наша.

Однако при больших размерах Сатурн довольно легкий – его плотность меньше, чем у воды, потому что большую часть всего этого огромного шара составляет легкий водород и гелий. Если Сатурн поместить в огромный бассейн, то он не утонет, а будет плавать! Плотность Сатурна меньше земной в 8 раз. Вторая планета после него по плотности - .

Сравнительные размеры планет

Несмотря на огромные размеры, гравитация на Сатурне составляет всего 91% земной, хотя общая масса у него больше, чем у Земли в 95 раз. Окажись мы там, особой разницы в силе притяжения не увидели бы, конечно если отбросить другие факторы, которые нас просто убили бы.

Сатурн, несмотря на гигантские размеры, вращается вокруг оси гораздо быстрее Земли – сутки там длятся от 10 часов 39 минут до 10 часов 46 минут. Такая разница объясняется тем, что верхние слои Сатурна преимущественно газообразные, поэтому вращается он в разных широтах с разной скоростью.

Год на Сатурне длится 29.7 наших лет. Так как планета имеет наклон оси, то, как и у нас, там имеется смена сезонов, что порождает в атмосфере большое количество сильнейших ураганов. Расстояние от Солнца меняется из-за несколько вытянутой орбиты, и в среднем составляет 9.58 а.е.

Спутники Сатурна

На сегодняшний день у Сатурна обнаружено 82 спутника самых разных размеров. Это больше, чем у любой другой планеты, и даже на 3 больше, чем у Юпитера. Мало того, 40% всех спутников Солнечной системы вращается вокруг Сатурна. 7 октября 2019 года группа учёных сообщила об открытии сразу 20 новых спутников, что и сделало Сатурн рекордсменом. До этого было известно 62 спутника.

Вокруг Сатурна вращается один из крупнейших (второй после Ганимеда) спутник Солнечной системы – . Он почти вдвое больше Луны, и даже больше Меркурия, но меньше . Титан –второй и единственный спутник с собственной атмосферой из азота с примесями метана и прочих газов. Атмосферное давление на поверхности в полтора раза больше земного, хотя сила тяжести там всего 1/7 от земной.

Титан – самый крупный источник углеводородов. Там существуют буквально озера и реки из жидкого метана и этана. Кроме того, там есть и криогейзеры, и вообще Титан во многом похож на Землю на раннем этапе существования. Возможно, там удастся найти и примитивные формы жизни. Это также единственный спутник, куда был послан спускаемый аппарат – это был «Гюйгенс», который приземлился там 14 января 2005 года.

Такие виды на Титане, спутнике Сатурна.

Энцелад – шестой по величине спутник Сатурна, диаметром около 500 км, представляющий особый интерес для исследования. Он входит в тройку спутников с активной вулканической деятельностью (другие два – и Тритон). Здесь есть большое количество криогейзеров, выбрасывающих воду на большую высоту. Возможно, приливное воздействие Сатурна создает достаточно энергии в недрах спутника, чтобы там существовала вода в жидком виде.

Гейзеры Энцелада, снятые аппаратом Кассини.

Подповерхностный океан также возможен на спутниках Юпитера и Ганимеде. Орбита Энцелада находится в кольце F, и вырывающаяся с него вода питает это кольцо.

Также у Сатурна есть несколько других крупных спутников – Рея, Япет, Диона, Тефия. Они были открыты одними из первых, благодаря своим размерам и видимости в довольно слабые телескопы. Каждый из этих спутников представляет собой собственный уникальный мир.

Знаменитые кольца Сатурна

Кольца Сатурна – его «визитная карточка», и именно благодаря им эта планета так знаменита. Сатурн без колец сложно представить - это был бы просто невзрачный белесый шар.

У какой планеты есть кольца, подобные сатурнианским? Таких нет в нашей системе, хотя кольца есть и у других газовых гигантов - у Юпитера, Урана, Нептуна. Но там они очень тонкие, разреженные, и с Земли не видны. Кольца Сатурна хорошо заметны даже в слабый телескоп.

Впервые кольца обнаружил Галилео Галилей в 1610 году в свой самодельный телескоп. Однако увидел он не такие кольца, которые видим мы. У него они выглядели как два непонятных округлых шара по бокам планеты – качество изображения в 20-кратном телескопе Галилея было так себе, поэтому он решил, что видит два больших спутника. Через 2 года он снова наблюдал Сатурн, но этих образований не обнаружил, и был сильно озадачен.

Диаметр кольца в разных источниках указывается немного разный – около 280 тысяч километров. Само кольцо вовсе не сплошное, а состоит из меньших колец разной ширины, разделенных промежутками тоже разной ширины – десятки и сотни километров. Все кольца обозначены буквами, а промежутки называются щелями, и имеют имена. Самый большой промежуток находится между кольцами A и B, и называется щелью Кассини – её можно увидеть в любительский телескоп, и ширина этого промежутка 4700 км.

Кольца Сатурна вовсе не сплошные, как кажется на первый взгляд. Это не один единый диск, а множество мелких частиц, которые вращаются по своим орбитам на уровне экватора планеты. Размер этих частиц очень разный – от мельчайшей пыли до камней и глыб в несколько десятков метров. Преимущественный их состав – обычный водяной лед. Так как лед обладает большим альбедо – отражающей способностью, то кольца прекрасно видно, хотя толщина их всего около километра в самом «толстом» месте.

По мере обращения Сатурна и Земли вокруг Солнца мы можем видеть, как кольца то раскрываются все шире, то совсем исчезают –период этого явления составляет 7 лет. Происходит это благодаря наклону оси Сатурна, а значит, и колец, которые расположены строго по экватору.

Кстати, именно поэтому Галилей и не смог обнаружить кольцо Сатурна в 1612 году. Просто оно в тот момент было расположено «ребром» к Земле, а при толщине всего в километр его с такого расстояния просто невозможно увидеть.

Происхождение колец Сатурна пока точно неизвестно. Есть несколько теорий:

1. Кольца образовались при рождении самой планеты, это как бы строительный материал, который так и не использовался.
2. В какой-то момент к Сатурну приблизилось некое крупное тело, которое было разрушено, а из его обломков и образовались кольца.
3. Когда-то вокруг Сатурна вращались несколько крупных спутников, подобных Титану. Со временем их орбита превращалась в спиральную, приближая их к планете и неминуемой гибели. По мере приближения спутники разрушались, порождая множество обломков. Эти обломки так и остались на орбите, сталкиваясь и все больше дробясь, а со временем они образовали кольца, которые мы видим сейчас.

Дальнейшие исследования покажут, какая версия событий верная. Однако понятно, что кольца Сатурна – явление временное. Через какое-то время планета поглотит весь их материал – обломки сходят с орбиты и падают на нее. Если кольца не подпитывать материалом, то со временем они станут меньше, пока совсем не исчезнут. Конечно, произойдет это не за один миллион лет.

Наблюдение Сатурна в телескоп

Сатурн на небе выглядит как довольно яркая звезда на юге, и наблюдать его можно даже в небольшой . Особенно хорошо это делать в противостояния, которые бывают раз в год – планета выглядит как звезда 0 величины, и имеет угловой размер 18”. Список ближайших противостояний:

• 15 июня 2017 года.
• 27 июня 2018 года.
• 9 июля 2019 года.
• 20 июля 2020 года.

В эти дни блеск Сатурна даже больше, чем у Юпитера, хотя находится он гораздо дальше. Объясняется это тем, что кольца тоже отражают немало света, поэтому общая площадь отражения получается гораздо больше.

Увидеть кольца Сатурна можно даже в бинокль, хотя придется постараться, чтобы их различить. А вот в 60-70 мм телескоп уже можно довольно хорошо рассмотреть и диск планеты и кольца, и тень на них от планеты. Конечно, какие-то детали рассмотреть вряд ли получится, хотя при хорошем раскрытии колец можно заметить щель Кассини.

Одна из любительских фотографий Сатурна (150 мм рефлектор Synta BK P150750)

Чтобы увидеть какие-то детали на диске планеты, требуется телескоп с апертурой от 100 мм, а для серьезных наблюдений – не менее 200 мм. В такой телескоп можно рассмотреть не только облачные пояса и пятна на диске планеты, но и детали в строении колец.

Из спутников наиболее яркие – Титан и Рея, их можно заметить уже в 8-кратный бинокль, хотя лучше 60-70 мм телескоп. Остальные крупные спутники не такие яркие – от 9.5 до 11 зв. в. и слабее. Для их наблюдения понадобится телескоп с апертурой от 90 мм.

Кроме телескопа, желательно иметь набор цветных фильтров, которые помогут лучше выделить разные детали. Например, темно-желтый и оранжевый фильтры помогают увидеть больше деталей в поясах планеты, зеленый выделяет больше деталей на полюсах, а голубой – на кольцах.

Планеты Солнечной системы