САТУРН - В ОБЪЯТИИ КОЛЕЦ

Диаметр: 120 540 км;

Площадь пов-ти: 42 700 000 000  км²;

Объем: 8,27×10¹⁴ км³ ;
Масса: 5,68×10²⁶ кг ;
Плотность: 687  кг/ м³;
Период вращения: 10 часов 34 мин 13 сек;
Период обращения: 29,46 земных лет;
Расстояние от Солнца: 1,43  млрд. км;
Мин. расстояние от Земли: 1.2  млрд. км;
Орбитальная скорость: 9,69  км/ с;
Экваториальная скорость: 9,87  км/ с;
Длина по экватору: 378 000 км;
Наклон орбиты: 2,49°;
Ускор. свободного падения: 10,44 м/с²;
Спутники: 62 (Энцелад, Диона, Мимас, Титан, Рея, Тифея и др.);

     В 1610 году Галилео Галилей, наблюдая за Юпитером, отвел свой телескоп немного в сторону, и заметил на ночном небе три небесных тела, которые почти касались друг друга. Он посчитал что это была новая планета, размером чуть меньше Юпитера, но больше Земли и остальных планет. По обе стороны от планеты, как он заметил, на одной линии лежали еще два маленьких тела. Галилео высказал предположение, что это два компаньона (спутника). Однако, два года спустя ученый повторил наблюдение и к своему изумлению, не обнаружил этих спутников. Уже спустя полвека в 1659 году нидерландский астроном Христиан Гюйгенс с помощью более мощного телескопа выяснил, что "компаньоны" — это на самом деле тонкое плоское кольцо, которое опоясывает планету и не касается её. Так же Гюйгенс открыл крупнейший спутник планеты - Титан. Сама планета была названа Сатурном. В древнеримской мифологии Сатурну соответствовал бог земли и посевов. Под его покровительством в Италии сажали деревья, выращивали виноградники, сеяли пшеницу и другие посевы. Считалось, что  кто будет молится и отдавать дань Сатурну, у того будет богатый и насыщенный урожай. Сатурн считался, по преданию, доисторическим царём страны, переселившимся из Греции в Италию.

 Слева вид Сатурна в современный телескоп, а справа в телескоп времен Галилея (1610 год).

  Именно поэтому, из-за слабой оптики, ученый не заметил длинного кольца вокруг планеты, 

а вместо этого решил, что это два спутника Сатурна

      Сатурн относится к типу планет-гигантов или к планетам юпитерской группы. Однако он уступает своему фавориту Юпитеру по объему в 1,7 раз.  Если условно уменьшить Газового Гиганта до размеров шара диаметром 10 см, то диаметр шара Сатурна будет примерно 8,5 см, Земля будет выглядеть маленькой пулькой, радиусом 0,5 см, в то время как Солнце предстанет огромной сферой с метровым диаметром в сечении. Сатурн, как и все планеты, вращается вокруг центральной звезды - Солнца, по слегка вытянутой эллипсоидной орбите. За один оборот вокруг Солнца (сатурианский год) Сатурн должен пройти по своей орбите около 6 млрд. 219 млн км со скоростью 9,69 км/с (в 3 раза медленней орбитальной скорости Земли). Как и Юпитер, "планета Колец" движется относительно своего осевого центра с большой скоростью (в 21 раз быстрее вращения Земли вокруг своей оси). Именно поэтому Сатурн имеет существенные отличия между экваториальным и полярным радиусом. Как известно, форма нашей планета не совсем округлая, правильней сказать, что Земля - это эллипс или же сплюснутый эллипсоид. За счет вращения, Земля немного деформируется и ее радиус на экваторе на 21 км больше полярного радиуса. Это настолько маленькая разница, что отличить сферу от настоящей формы планеты визуально практически невозможно. Но если посмотреть на Землю из космоса когда ее экваториальная скорость вращения  увеличится в десятки раз, то можно будет разглядеть даже невооруженным глазом, что планета сплющилась в верхней и нижней точках (на полюсах) и заметно растянулась вдоль экватора. Именно такое происходит с Сатурном. Его экваториальная скорость составляет примерно 35 530 км/ч (9,87 км/с). За счет быстрого вращения планета сильно сплющилась вдоль экватора, разность между радиусами составляет почти 6000 км. Т.е радиус экватора - 60 268 км, а полярный радиус - 54 364 км.

         Сатурн - это шестая планета от Солнца. Его орбита находится от звезды на среднем расстоянии 1 430 000 000 км (9,58 а.е). Сатурн обращается вокруг Солнца за 10 759 дней (примерно 29,46 лет). Расстояние от Сатурна до Земли меняется в пределах от 1 195  (8,0 а. е.) до 1 660 (11,1 а. е.) млн км. Отличительной особенностью Сатурна от других планет Солнечной системы, является наличие у планеты огромного кольца, который состоит из миллиардов мельчайших частиц, находящихся на околопланетной орбите. Такие частицы могут быть от маленьких пылинок до размеров с 10-ти этажный дом. Тем не менее Сатурн - не единственная "кольцевая планета" в Солнечной системе. Система колец была замечена также на Юпитере, Уране и Нептуне, однако у Сатурна они самые заметные.

 Размеры Сатурна и Земли в километрах. В горизонтальной 

плоскости - экваториальный диаметр, а в вертикальной - полярный

Внутреннее строение

     Сатурн, как и его сосед Юпитер, состоит из водорода (96,3 %), с примесями гелия и следами воды, метана, аммиака и тяжёлых элементов. Внешняя атмосфера планеты кажется из космоса спокойной и однородной, хотя иногда в ее слоях образуются сверхмощные ветра и ураганы, которые похожи на большие вращающиеся пятна, подобные Большому красному пятну на Юпитере. Скорость таких ураганов может достигать местами до 1800 км/ч, что значительно больше, чем у на гиганте-Юпитере. Ветра и ураганы в основном бушуют в восточном направлении (по направлению осевого вращения). По мере удаления от экватора их сила постепенно ослабевает. Сатурн, как и все планеты-гиганты, состоит практически целиком из водорода, который под действием высоких давлений и температур переходит сначала в более жидкую фазу, а затем в металлическое состояния. Поэтому твердая поверхность  начинается только в верхней границы ядра планеты - примерно на расстоянии 47 800 км от начала видимой оболочки Сатурна. Чтобы добраться до ядра необходимо преодолеть путь сквозь всю газо-жидко-металлическую  оболочку планеты. Само ядро состоит из тяжелых элементов - камня, железа и возможно льда. По предварительным подсчетам, ядро Сатурна имеет радиус 12 500 км, а его масса в десятки раз больше массы Земли. Температура в центре планеты достигает 11 700 °C, а энергия, которая возникает в ее недрах - в 2,5 раза больше энергии которую Сатурн получает от Солнца. Ядро окружает толстый слой так называемого металлического водорода - около 18 000 км, давление которого колеблется в районе 3 миллионов атмосфер. При такой сжимающей силе молекулы водорода распадаются на атомы, электроны отщепляются, а сама молекулярная жидкость становится электропроводящей. Трудно точно сказать как выглядет  водород в жидко-металлической фазе. Ведь в лабораторных условиях его получить невозможно, для этого необходимо  создать давление в диапазоне от 300-900 ГПа, а увидеть водород в таком агрегатном состоянии на Юпитере и на Сатурне, не удавалось еще ни одному космическому аппарату. По мере отдаления от центральной части планеты давление падает и металлический водород постепенно переходит в жидкое состояние.
      В отличии от планет земной группы, где магнитное поле образуется в недрах жидкого ядра, на Газовых планетах, таких как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, собственная магнитосфера вокруг планеты образуется за счет циркуляции электротоков в слое жидкого металлического водорода. Магнитное поле Сатурна считается вторым по мощности (после Юпитера) в Солнечной системе. Его впервые обнаружила космическая станция "Пионер-11" в 1979 году, когда зонд приблизился к планете на расстояние 20 000 км. Магнитосфера Сатурна простирается почти на 1,5 млн. км от центра планеты (магнитное поле Земли всего на 25 000 км). В верхних слоях атмосферы Сатурна, вследствие взаимодействия магнитного поля с заряженными частицами солнечного ветра, возникают самые яркие полярные сияния в Солнечной системе.

 Структура внутреннего строения Сатурна

Водороно-гелиевая атмосфера - 3000-4000 км;

Жидкий водород - 26 000 км;

Металлический водород - 18 000 км;

Твердое ядро - 12 500 км

Полярное сияние над северным полюсом Сатурна. Сияния окрашены в голубой цвет, 

а лежащие внизу облака — в красный. Такие явления происходят за счет взаимодействия

частиц солнечного ветра с магнитным полем планеты

          Сатурн в Кольцах

    Еще в ХVII веке Сатурн считался планетой-загадкой. Галилей, наблюдая за Сатурном, заметил два подозрительных тела рядом с планетой. Он принял их за два спутника, которые расположены так близко к планете, что почти соприкасаются с нею. Через время, при повторном наблюдении он уже не видел этих тел, они как будто просто исчезли. Спустя полвека, благодаря  Христиану Гюйгенсу уже стало известно, что это вовсе не спутники, а огромное кольцо, опоясывающее планету вокруг экватора. Гюйгенс также предполагал, что само кольцо - не единое целое, а состоит из миллиардов мельчайших твердых крупиц.  В настоящее время, на изображениях, полученных зондами, видно, что на самом деле кольца образованы из тысяч колец, чередующихся со щелями. В их состав входят частицы льда и каменной пыли размером от миллиметров до нескольких десятков метром. Все они вращаются с бешеной скоростью (30-60 тыс км/ч) за счет гравитации Сатурна, образуя одно непрерывное Кольцо. Это похоже на вращение юлы, раскрученной с большой силой. Если на минуту остановить эту гигантскую юлу, то можно разглядеть в деталях строение Кольца. Некоторые частицы будут выглядеть маленькими песчинками, другие же - размером с 10 этажный дом. Само кольцо очень тонкое. При своей общей ширине (около 60-80 тыс км) его толщина всего каких-то 10-20 метров. Именно поэтому, многие века, считалось, что Кольцо Сатурна - абсолютно плоское.

     Внутренняя граница  Кольца начинается в 13 000 тыс км от внешних облаков Сатурна, а заканчивается на расстоянии 77 тыс км от планеты. Само Кольцо является не плотным. Расстояния между частицами может достигать нескольких километров. Поэтому пролетев сквозь Кольцо можно не встретится ни с одним его осколком. Если собрать все составляющие части Кольца в одно целое тело, то его диаметр будет не более 100 км, а масса - 3x10¹⁹ килограммов.

      Существует три основных кольца и четвёртое — более тонкое. Их принято обозначать первыми буквами латинского алфавита. Кольцо В — центральное, самое широкое и яркое, оно отделяется от внешнего кольца А щелью Кассини шириной почти 4000 км, в которой находятся тончайшие, почти прозрачные кольца. Внутри кольца А есть тонкая щель, которая называется разделительной полосой Энке. Кольцо С, находящееся ещё ближе к планете чем В, почти прозрачно.

     В настоящее время изучение структуры Колец возлагается на межпланетную станцию "Кассини", запущенную в 1997 году и достигшую системы Сатурна в 2004. С ее борта было сделано множество снимков, более точнее определены размеры и толщина колец, их внутренний состав и т.д.

 Размеры Кольцевой структуры Сатурна

Кольца Сатурна с расстояния 1,8 млн км под углом 30 градусов.
 Снимок сделан в 2006 году аппаратом "Кассини"

Кольцо Сатурна состоит из миллиардов льдинок размером от 1 см до нескольких метров. Они
движутся вокруг планеты с скоростью 50 000 км/ч, образуя непрерывный вращающийся диск

Исследование и изучение планеты  

      Впервые в истории, облет вокруг Сатурна совершил космический межпланетный аппарат НАСА "Пионер-11" 2 августа 1979 года. Максимальное сближение - 20 000 км выше максимальной высоты облачности планеты. С такого близкого расстояния были впервые более детально изучены кольца Сатурна и открыто новое - F кольцо. Были получены изображения как планеты, так и его спутников, однако их разрешение было недостаточно для того, чтобы разглядеть детали поверхности. В начале 80-х годов, после изучения Юпитера, к Сатурну отправились две космических станции "Вояджер-1" и "Вояджер-2". Во время прохождения по орбите было сделано ряд фотографий в высоком разрешении. Удалось получить изображение спутников: Титана, Мимаса, Энцелада, Тефии, Дионы, Реи. При этом, один из аппаратов пролетел около Титана на расстоянии всего 6500 км, что позволило собрать данные о его атмосфере и температуре. С помощью "Вояджер-2" были получены данные о  температуре и плотности атмосферы, а также обнаружена мощное магнитное поле вокруг Сатурна. В верхних слоях атмосферы наблюдались различные природные явления - штормы, вихри, ураганы и даже молнии. В 1982 году "Вояджер-2", совершив гравитационный маневр вокруг Сатурна, отправился в дальнейшее путешествие по Солнечной системе - в частности к Урану и Нептуну. 

     В 1997 г. к Сатурну была запущена межпланетная станция “Кассини-Гюйгенс”, которая после 7 лет полёта 1 июля 2004 г. достигла системы Сатурна и вышла на орбиту вокруг планеты. Основными задачами этой миссии, рассчитанной первоначально на 4 года, являлось изучение структуры и динамики колец и спутников, а также изучение динамики атмосферы и магнитосферы Сатурна и детальное изучение крупнейшего спутника планеты — Титана. По ряда исследований планеты и спутников, специальный европейский зонд “Гюйгенс” отделился от аппарата и на парашюте 14 января 2005 года спустился на поверхность Титана. Спуск продолжался 2 часа 28 минут. За это время аппарат установил наличие плотной атмосферы Титана, толщина которой около 400 км. Атмосфера спутника  состоит из азота и метана, а на поверхности "природный газ" за счет высокого давления переходит в сжиженное состояния, образуя целую океано-речную метановую систему.  C 2004 года по 2 ноября 2009 года с помощью основного аппарата “Кассини”  были открыты 8 новых спутников. В настоящее аппарат является искусственным спутником Сатурна и продолжает исследовать планету, в одну из его миссий входит изучение полного цикла сезонов Сатурна.

 Запуск межпланетной космической станции “Кассини-Гюйгенс” 15 октября 1997 года. 

Уже в декабре 2000 г. зонд совершил гравитационный маневра вокруг Юпитера и отправился в

сторону Сатурна, а в июля 2004 года были получены снимки Сатурна и его спутников

Аппарат “Кассини-Гюйгенс”. Его вес - 5,6 т, а высота и ширина - 6,7 м и 4 м соответственно. 
В качестве топлива используется энергия радиоактивного распада Плутония. С момента
запуска и до настоящего времени,  “Кассини-Гюйгенс” провел в космосе 14 лет и 3 месяца

         

Солнечное затмение Сатурном 15 сентября 2006 года. Снимок сделан 

межпланетной станцией “Кассини” с расстояния 2,2 млн км