История изучения
Поскольку Сатурн хорошо виден с Земли невооруженным глазом (а вооруженным тем более), то его изучение началось еще в глубокой древности. Самые ранние упоминания этой планеты находят в вавилонских источниках.
Древние греки называли эту планету Кронос, в честь бога сельского хозяйства, А римляне дали планете название Сатурн, в честь своего бога урожая.
Впервые Сатурн в телескопе увидел Галилео Галилей в 1610 году. Тогда, увидев два кольца Сатурна Галилео решил, что это два спутника.
Разглядев в более мощном телескопе, что спутники — это тонкое кольцо, не примыкающее к планете. А также обнаружил реальный спутник Сатурна — Титан.
В последующие годы, вплоть до первых полетов человека в космос ученые продолжали открывать спутники Сатурна. В 1979 году межпланетная станция “Пионер-11” впервые пролетела около Сатурна и сделал его снимки.
Затем бороздить просторы Сатурна отправились “Вояджер-1” и “Вояджер-2” в 1980 и 1981 гг. соответственно.
Наибольший вклад в изучение Сатурна внес космический корабль “Кассини”, запущенный в 1997 году и достигший орбиты Сатурна спустя 7 лет полета.
Фотографии, полученные с “Кассини”, позволили сделать несколько значительных открытий, например обнаружить ранее неоткрытые кольца или моря из жидких углеводородов на Титане.
На орбите газового гиганта корабль находился с 2004 по 2017 год и, закончив свою миссию, был направлен на сам Сатурн, где и сгорел в его атмосфере.
Кольца
Главной достопримечательностью Сатурна являются его кольца. На самом деле они есть у всех планет-гигантов, но только у Сатурна они настолько яркие, что их можно наблюдать в любительский телескоп. Собственно, первым их разглядел ещё Галилей, который впервые посмотрел на небо через телескоп.
Кольца располагаются в точности над экватором Сатурна. Они на 99 % состоят из водяного льда. Ширина колец не превышает и 1 км. Самое маленькое из колец имеет радиус 67 тыс. км (радиус самого Сатурна на экваторе составляет 60 268 км), а открытое только в 2009 г. кольцо Феба располагается на расстоянии 4 млн км от центра планеты.
В 1921 г. в газетах распространился слух, что кольца исчезли, и их осколки летят к Земле. На самом деле кольца вместе с Сатурном повернулись ребром к Земле, и поэтому их невозможно было разглядеть в 1921 г.
Атмосфера Сатурна
Атмосфера Сатурна состоит на 99,5% из водорода и гелия. Это два самых легких химических элемента во Вселенной. Менее 1% процента приходится на другие газы — метан (не более 0,4%), аммиак, этан, фосфин, ацетилен и другие.
Когда мы смотрим на Сатурн, мы видим не поверхность планеты, а верхние слои его атмосферы. Сама атмосфера очень толстая — она уходит на тысячи километров вглубь планеты! То, что мы принимаем за поверхность, есть слой плотного облачного покрова. Облака на Сатурне желтого, коричневого, оранжевого и серого цвета. Встречаются также белые облака. Все вместе они образуют голубовато-желтый цвет планеты.
Облачные пояса (зоны) Сатурна имеют разный цвет, но общий цвет планеты — желтый. На этом снимке, переданном космическим аппаратом «Кассини», можно увидеть тени от колец и одного из многочисленных спутников планеты. Фото: NASA/Ian Regan
Детали в атмосфере Сатурна постоянно меняются. Следить за ее динамикой могут даже обычные любители астрономии. (Конечно, не так подробно, как профессиональные астрономы.) Для этого понадобится телескоп с диаметром объектива от 150 мм, хорошая погода и энтузиазм. Если решитесь следить за Сатурном, не забудьте вести журнал наблюдений и делать в нем зарисовки увиденного! Как показывает практика, это очень полезная штука.
В статье Атмосфера Сатурна указан ее подробный химический состав, а также приведены некоторые физические характеристики воздушной оболочки окольцованной планеты.
Вращение Сатурна
Так как Сатурн не является твердым телом, разные зоны планеты вращаются с разной скоростью. В связи с этим на планете принято выделять три области.
Первая область — экваториальная — вращается с периодом 10 часов 15 минут. Именно столько длятся сутки на экваторе Сатурна. Эту область называют координатной системой I.
Вторая область лежит на более высоких широтах к югу и северу от экватора. Период вращения этой области составляет 10 часов и 38 минут. (Координатная система II.)
Наконец, третья область определяет период вращения таинственного радиоисточника, который находится вблизи северного полюса планеты. Этот период равен 10 часов 39 минут и 15 секунд. (Система III.)
Скорость вращения Сатурна
Зная экваториальный радиус Сатурна и период вращения области № 1, можно легко вычислить скорость вращения планеты на экваторе. Она равна 9,87 км/с или 35 500 км/ч.
Спутники
Ученые обнаружили у Сатурна 62 спутника, из них названия есть только у 53. В основном спутники названы по именам титанов из древнегреческих мифов.
Спутники поделены на две большие группы: внутренние и внешние. Ниже краткое описание группы внутренних лун, находящихся между планетой и кольцами.
Внутренние спутники
К этой группе относятся Мимас, Энцелад, Тефия и Диона. Мимас — ближайший к планете, имеет яйцевидную форму. На его поверхности хорошо виден гигантский кратер, образовавшийся от падения метеорита.
Энцелад — мельчайший спутник солнечной системы, проявляет геологическую активность. Ученые предполагают присутствие на ней внутреннего океана из-за активности гейзеров и выбрасываемой ими воды. Поверхность Энцелад отражает почти весь солнечный свет и по мнению ученых она покрыта толстым слоем инея.
Тефия — занимает второе место по размеру среди спутников Сатурна. Ее поверхность изрезана расселинами, воронками, а также каньонами.
Диона — самая крупная внутренняя луна. Ее поверхность хранит следы повреждения от ударов, многочисленные воронки говорят о том, что это очень старый объект.
Основной состав внутренних лун — водяной лед, внутри них может быть твердое прочное ядро.
Внешние спутники
Внешние луны располагаются вне кольца Е. Горные породы и лед — их преимущественный состав. К основным внешним спутникам относят: Титан, Рея, Гиперион, Япет.
Рея — в теории первый и пока единственный спутник со своей собственной системой колец.
А вот что известно точно, так это то, что Рея делает полный оборот за 4,5 земных дня и ее поверхность пронизана кратерами, образовавшимися вследствие метеорической активности.
Титан — самый большой спутник Сатурна, имеющий собственную атмосферу. Вокруг этого спутника сконцентрирована плотный атмосферный туман, мешающий узнать как выглядит поверхность.
Его особенность — метано-этановые озера, существование которых было впервые доказано в 1995 году. Среди своих собратьев только он может этим похвастаться.
Недалеко от Титана вращается Гиперион. Он похож на яйцеобразную коричневую губку из-за своей кратерированной поверхности. И он не отличается упорядоченным вращением.
Япет — это уникальный спутник. Он наиболее удален от Сатурна, однако уникален не тем. Подобно знаку “инь/янь” одна его сторона темная, а другая светлая. Переднее полушарие отражает 60% света, поэтому выглядит ярким и светлым. Второе полушарие черное как сажа, оно отражает всего 3% света.
Причиной двуликой внешности Япета является пыль, оседающая только с одной стороны спутника. Толщина слоя всего пару десятков сантиметров, но этого достаточно для придания Япету такого экстравагантного вида.
Про космос для младших школьников. Тема: Планета «Сатурн»
Сатурн — шестая планета от Солнца и вторая по размерам в Солнечной системе после Юпитера. Она относится к группе планет-гигантов. Имя своё она получила в глубокой древности в честь могущественного бога Сатурна, отца Юпитера.
Сатурн совсем немного меньше Юпитера, но легче его в три раза. Эта гигантская планета в основном состоит из газов — водорода и гелия. На Сатурне нет твёрдой поверхности. Если бы было возможно опустить Сатурн в воду, он бы плавал на поверхности.
Сатурн очень быстро вращается вокруг своей оси, на один оборот уходит всего 10 земных часов. Высокая скорость вращения привела к тому, что Сатурн сильно сплющился с полюсов, своей формой (да и цветом) он напоминает тыкву. Вокруг Солнца он обращается почти за 30 лет.
На Сатурне холодно, температура опускается до минус 180 °С, ведь эта планета находится очень далеко от Солнца. Там постоянно сверкает множество молний, бушуют мощнейшие штормы, которые можно наблюдать даже с Земли.
Сатурн, наверное, самое эффектное небесное тело Солнечной системы. Он окружён кольцами. Первым их рассмотрел в свой телескоп Галилео Галилей. Но его оптика была ещё слишком слабой, и великий учёный решил, что видит спутники планеты. Впрочем, рассмотреть кольца Сатурна не всегда возможно даже с помощью самых мощных радиотелескопов. Каждые 15 лет кольца Сатурна поворачиваются к Земле ребром. И о их существовании напоминает лишь тоненькая тень на поверхности планеты.
В телескоп можно рассмотреть три кольца. Но на самом деле их намного больше. Эти тонкие кольца сплетаются как в косички, образуя те самые три кольца. Они состоят из миллиардов крошечных частиц, каждая из которых вращается вокруг Сатурна как миниатюрная луна. Скорее всего, «микролуны» состоят изо льда или камней, покрытых льдом. Многие звёзды мы видим через эти кольца. Звёздный блеск при этом ничуть не уменьшается.
Спутники Сатурна
У Сатурна очень много спутников — больше 60. Большинство из них совсем невелики. Самый большой его спутник — Титан — обнаружили в 1655 г. Он весит в 20 раз больше всех остальных спутников Сатурна, вместе взятых.
Астрономы доказали, что на поверхности Титана есть вода. Атмосферные условия на этом спутнике Сатурна схожи с теми, что были на Земле 4 млрд лет назад, когда на нашей планете зарождалась жизнь. Но на Титане очень темно. Он всегда покрыт густой дымкой и плотным слоем облаков. С его поверхности не видны ни Солнце, ни звёзды. В полдень там так же светло, как в лунную ночь на Земле.
Второй по величине спутник Сатурна — Рея. Его поверхность состоит в основном изо льда. Как и другие ледяные небесные тела, Рея вся испещрена яркими полосами и тёмными пятнами.
Среди многочисленного семейства спутников Сатурна есть очень необычные объекты. Например, Япет. Его опоясывает странный гребень, из-за чего спутник похож на косточку персика. Одна половина Япета чрезвычайно тёмная и гладкая, как будто на него накинули чёрный платок. На другом спутнике — Мимасе — находится такой большой кратер, что это небесное тело напоминает надкусанное яблоко. А спутник Гиперион формой напоминает ягоду клубники.
Самый красивый и самый загадочный спутник Сатурна — белоснежный Энцелад. Его поверхность состоит из чистейшего льда. Он как зеркало отражает солнечный свет и ярко сияет среди своих тёмных собратьев.
Несмотря на скромные размеры, некоторые из спутников играют очень важную роль. Например, очень маленький спутник Атлас не позволяет частицам одного из колец Сатурна покидать свои пределы. Ещё за двумя кольцами «следят» Прометей и Пандора. Такие спутники астрономы называют «пастухами». Открыты они были только в 1980 г.
Почти все из известных спутников Сатурна были обнаружены уже в наше время.
Спутник, на котором возможна жизнь
Изображение Энцелада, полученное космическим аппаратом НАСА “Кассини” в октябре 2015 года / NASA
Сатурн является рекордсменом по количеству спутников – их у него 82
Наибольшее внимание современных ученых вызывает Энцелад. Он покрыт коркой льда, под которой находится водный океан
Данные с зондов показывают, что температура в нем может достигать 0°С, а соленость воды близка к солености земного Мирового океана. Более того, в 2018 г. было подтверждено, что на Энцеладе присутствуют сложные макромолекулы органических веществ. Всё вместе это указывает на то, что на этом спутнике может существовать жизнь. В 2011 г. официально было заявлено, что условия на Энцеладе являются наиболее пригодными в Солнечной системе (не считая Землю) для существования жизни.
Общие характеристики
Орбитальные характеристики
Среднее расстояние между Сатурном и Солнцем составляет 1 433 531 000 километров (9,58 а.е) . Двигаясь со средней скоростью 9,69 км/с, Сатурн обращается вокруг Солнца за 10 759 дней (примерно 29,5 лет). Сатурн и Юпитер находятся почти в точном резонансе 2:5. Поскольку эксцентриситет орбиты Сатурна 0,056, то разность расстояния до Солнца в перигелии и афелии составляет 162 миллиона километров.
Общие сведения
Сатурн относится к типу газовых планет: он состоит в основном из газов и не имеет твёрдой поверхности.
Экваториальный радиус планеты равен 60 300 км, полярный радиус — 54 000 км; из всех планет Солнечной системы Сатурн обладает наибольшим сжатием. Масса планеты в 95 раз превышает массу Земли, однако средняя плотность Сатурна составляет всего 0,69 г/см³, что делает его единственной планетой Солнечной системы, чья средняя плотность меньше плотности воды.
Один оборот вокруг оси Сатурн совершает за 10 часов, 34 минуты и 13 секунд .
Атмосфера
Верхние слои атмосферы Сатурна состоят на 93 % из водорода (по объёму) и на 7 % — из гелия (по сравнению с 18 % в атмосфере Юпитера). Имеются примеси метана, водяного пара, аммиака и некоторых других газов. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских.
По данным «Вояджеров», на Сатурне дуют сильные ветра, аппараты зарегистрировали скорости воздушных потоков 500 м/с. Ветра дуют, в основном, в восточном направлении (по направлению осевого вращения). Их сила ослабевает при удалении от экватора; при удалении от экватора появляются также и западные атмосферные течения. Ряд данных указывают, что ветры не ограничены слоем верхних облаков, они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2 тыс. км. 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.
В атмосфере Сатурна иногда появляются устойчивые образования, представляющие собой сверхмощные ураганы. Аналогичные объекты наблюдаются и на других газовых планетах Солнечной системы (см. Большое красное пятно на Юпитере, Большое тёмное пятно на Нептуне). Гигантский «Большой белый овал» появляется на Сатурне примерно один раз в 30 лет, в последний раз он наблюдался в 1990 году (менее крупные ураганы образуются чаще).
Не до конца понятным на сегодняшний день остаётся такой атмосферный феномен Сатурна, как «Гигантский гексагон». Он представляет собой устойчивое образование в виде правильного шестиугольника с поперечником 25 тыс. километров, которое окружает северный полюс Сатурна.
В атмосфере обнаружены мощные грозовые разряды, полярные сияния, ультрафиолетовое излучение водорода. В частности, 5 августа 2005 космический аппарат Кассини зафиксировал радиоволны, вызванные молнией.
Внутреннее строение
В глубине атмосферы Сатурна растут давление и температура, и водород постепенно переходит в жидкое состояние. На глубине около 30 тыс. км водород становится металлическим (а давление достигает около 3 миллионов атмосфер). Циркуляция электротоков в металлическом водороде создаёт магнитное поле (гораздо менее мощное, чем у Юпитера). В центре планеты находится массивное ядро (до 20 земных масс) из тяжёлых материалов — камня, железа и, предположительно, льда.
Атмосфера кольцевого гиганта
Как правило, атмосфера Сатурна условно делится на два главных слоя: нижний и верхний.
Нижний слой атмосферы состоит из воды и гидросульфита аммония.
Верхний слой атмосферы планеты практически полностью состоит из водорода (более, чем на 96%). Помимо этого, в его составе присутствуют гелий (менее 4%) и примеси других веществ: этана, аммиака, метана, фосфина и прочих газов.
Наука располагает данными, согласно которым на Сатурне периодически появляются ураганы огромной мощности. Кроме того, в атмосфере Сатурна наблюдаются ветра, при том очень сильные (500 метров в секунду!). Как правило, они дуют на восток, то есть по осевому вращению и наиболее сильно проявляются ближе к экватору.
Особенно интересен следующий факт — на одном из полюсов планеты можно обнаружить новый вид полярного сияния в виде овальных колец. Впервые этот феномен был обнаружен английскими астрономами, а в дальнейшем с помощью полученных инфракрасных и ультрафиолетовых фотоснимков Сатурна, учёные смогли предположить, что, вероятно, это связано с колебаниями магнитосферы планеты из-за «солнечного ветра».
Сатурн может «похвастаться» ещё одним явлением, знакомым каждому землянину. Шторма и ураганы на планете очень сильно влияют на электромагнитную активность Сатурна, что вызывает мощные молнии в его атмосфере.
Орбита и вращение Сатурна
Среднее орбитальное расстояние Сатурна составляет 1,43 x 109 км. Это означает, что Сатурн находится в 9,5 раз дальше Солнца от общего расстояния Земли от Солнца. В результате солнечному свету требуется около 20 минут, чтобы достичь планеты. Кроме того, учитывая расстояние Сатурна от Солнца, планета имеет 10 756 земных дней, или около 29,5 земных лет.
Эксцентриситет пути Сатурна — третий по величине после Гермеса и Марса. В результате такого высокого эксцентриситета расстояние между периферией планеты (1,35 х 109 км) и Афели (1,50 х 109 км) очень значительно — около 1,54 х 108 км.
Тенденция оси Сатурна в 26,73 градуса очень похожа на земную, что объясняет существование того же периода, что и у Земли. Однако из-за своей удаленности от Солнца Сатурн получает значительно меньше солнечного света в течение года, и поэтому времена года на Сатурне гораздо более «размыты», чем на Земле.
Вращение Сатурна не менее интересно, чем вращение Юпитера. Со скоростью около 10 ч 45 мин Сатурн занимает второе место после Юпитера, являясь самой быстро вращающейся планетой Солнечной системы. Такие экстремальные скорости вращения, несомненно, влияют на форму планеты, придавая ей сферическую форму, т.е. немного ближе к экватору.
Второй примечательной особенностью вращения Сатурна являются различные скорости вращения с разной ошеломляющей географической шириной. Это явление объясняется тем, что преобладающим материалом Сатурна является газ, а не твердое вещество.
Атмосфера и температура
Слой облаков в атмосфере делят на верхний и нижний уровни.
Атмосфера выглядит полосатой и эти полосы к экватору расширяются и ослабевают.
Иногда в атмосфере образуются пятна овальной формы. По описанию и наблюдениям их цвет светлее, чем у остальных облаков, поэтому их хорошо видно. Самое известное атмосферное образование — Большое Белое Пятно, возникающее в северном полушарии в период летнего солнцестояния.
Вспомнив плакаты с изображением планет, практически любой сможет ответить на вопрос “Какого цвета Сатурн”? Цвет планеты определяет в основном только верхний слой облаков, состоящих из кристаллов аммиака. Глядя в любой, даже самый маленький телескоп, можно увидеть что Сатурн светло-желтого цвета с оттенками оранжевого.
На Сатурне встречаются атмосферные явления в виде сильных ветров со скоростью до 1800 км/ч. В разных частях планеты сила и направление ветров отличаются. Периодически возникающие бури могут быть размером с нашу Землю и даже больше. Температура атмосферы Сатурна изменчива.
Чем глубже слой, тем она выше. В самом верхнем слое атмосферы T= -150 градусов Цельсия. Погружаясь во внутренние слои растет давление, а вместе с ним и температура. В самом нижнем слое атмосферы температура достигает отметки 57 градусов Цельсия. В ядре планеты она может достигать 1700 градусов Цельсия.
Кольца
Впервые кольца были замечены великим Галилео Галилеем в 1610 году. Позже, используя более мощный телескоп, голландский астроном Гюйгенс предположил, что у Сатурна есть два кольца, одно тонкое, а другое плоское. На самом деле, существует множество других, состоящих из множества льдов, камней всех размеров, которые сметают все на своем пути. Кольца огромные. Самый большой из них в 200 раз превышает размер планеты. По сути, это обломки, оставшиеся от поврежденных комет, спутников и другого космического мусора.
Интересно, что у колец также есть имена. Они расположены в алфавитном порядке. То есть, кольцо A, B, C и т.д.
Две теории возникновения Сатурна
Как возник и сформировался Сатурн доподлинно неизвестно. Однако существуют две теории, с помощью которых это пытаются объяснить.
- Теория аккреции (то есть, прироста). Согласно этой теории, образование планеты проходило в два этапа: сначала Сатурн сформировался по принципу твёрдых планет, а затем в его атмосферу стало попадать всё больше газообразных веществ из зоны Юпитера, что в конце концов повлияло на состав Сатурна.
- Теория контракции (то есть, притяжения). Теория притяжения гласит, что Сатурн образовался в ранний этап формирования нашей Солнечной системы из огромных сгустков космического вещества.
Масса Сатурна
Сатурн большая планета с низкой плотностью, поэтому масса не столь велика, как кажется. Объем равен 8,2713⋅1014 км³. И хотя Юпитер на 18% больше, масса Сатурна меньше в 3,34 раза. Дело в том, что плотность Сатурна намного ниже плотности других планет.
Гравитация на Сатурне
Низкая плотность вещества так же обеспечивает незначительную гравитацию. Сатурн – газовый гигант, и здесь нет четкой границы поверхности, но, если провести эту условную линию, гравитация на поверхности составит все 91% от земной. Планета в основном состоит из легких газов: водорода и гелия. А основную силу тяготения обеспечивает более плотное ядро планеты.
Что известно о планете Сатурн
Вечный соперник Юпитера, уступающий первое место по величине и по количеству спутников (62 и 67 соответственно). Обе планеты имеют кольца и состоят из газа. Кольца, окутывающие Сатурн заметны с Земли, а относящиеся к Юпитеру – нет. Установить на планету космические аппараты для изучения состава поверхности невозможно. Вся планета – огромный газовый сгусток, покрытый водородной атмосферой.
Второй основной компонент атмосферы – гелий. Ещё одно свойство, делающее Сатурн похожим на воздушный шар, – плотность. Гигант уступает в плотности воде и обладает «летучестью», подобно газовому шару.
Загадочный шестиугольник
Во время выполнения своей миссии космические зонды «Вояджер», а затем и космическая станция «Кассини» передали на Земли несколько снимков Сатурна, на которых учёные обнаружили «шестиугольник» — непонятное атмосферное явление на северном полюсе планеты в виде шестиугольника правильной формы. Его поперечная длина — 25 000 км.
Объяснения этого феномена не существует до сих пор, однако учёные делают предположение, что «шестиугольник» является очень мощным и устойчивых атмосферным вихрем.
- Сатурн сформировался более чем 4 миллиардов лет назад.
- Планета хорошо видна с Земли даже через простой телескоп.
- В зависимости от времени года планета меняет свою окраску.
- На планете происходит смена времён года.
- Сам Сатурн отражает свет гораздо меньше, чем его кольца.
- Индусы сопоставляли Сатурн со своим богом Шани — воплощением злого рока.
- Астрология называет Сатурн недобрым куратором, который символизирует неизбежную судьбу.
- Алхимики связывали Сатурн со свинцом — одним из главных химических элементов.
- Самая низкая температура во всей Солнечной системе была замечена именно на Сатурне.
Сатурн
Сатурн — шестая планета по расстоянию от Солнца и вторая по размеру. Это газовый гигант, в 95 раз массивнее Земли. Она имеет самую низкую плотность среди всех планет и даже меньше, чем вода. Планета Сатурн, пожалуй, одна из самых красивых и загадочных. Его внешность поражает и завораживает. Его удивительные кольца делают его похожим на аномалию. Его нельзя путать с другими планетами. Он уникален в своем роде.
Что означает имя Сатурн? Известно, что оно произошло от имени бога Сатурна, который управлял могущественными титанами в греческой мифологии. Планета получила свое название благодаря огромным размерам и необычному внешнему виду.
Двуликий спутник
Уникальным является спутник Сатурна Япет. У него можно выделить два полушария, которые радикально отличаются своим светом. Переднее полушарие, которое называют ведущим, отсвечивает ярким белым светом, как будто бы оно покрыто снегом. Оно отражает 60% падающего на него света. Второе же, ведомое полушарие, черное как копоть. Оно отражает только 3% света. Из-за такого различия яркость Япета на звездном небе периодически меняется сразу на две звездные величины.
Причиной такой двуликости Япета является пыль, которая оседает на Япете только с одной стороны. Толщина слоя пыли составляет всего несколько десятков сантиметров, но этого достаточно для такого радикального изменения внешнего вида сателлита.
