Исследование Сатурна
В конце 20-го века к системе Сатурна начали путешествовать космические аппараты. С этого момента начинается масштабное исследование Сатурна. Первым в 1979 году отправился Пионер-11, который пролетел мимо планеты на расстоянии в 20000 км. Удалось сделать снимки планеты и ее спутников. Также корабль изучил кольца, отметив F и яркие зазоры. Удалось определить температуру Титана.
В 1980-м году полетел Вояджер-1, отправивший 4 фото Сатурна в высоком разрешении. На изображениях были планета, кольца и спутники.
Более крупный план получили в 1981 году после полета Вояджера-2. Получилось рассмотреть детали спутников и даже найти новые. В 2004 году стартовала важнейшая миссия – Кассини. Зонд вошел в орбиту и прошел мимо Титана. А зонд Гюйгенс собрал информацию о поверхности и атмосфере.
Шесть цветных кадров первого портрета нашей системы, выполненных Вояджером-1 в 1980-м году
В 2006 году аппарат нашел доказательства жидких водохранилищ, сохраненных в гейзерах на спутнике Энцелад. С того момента отыскали уже более 100 гейзеров. В 2011 году сообщили, что в океане Энцелада может существовать жизнь. На снимках также отметилось новое кольцо, 8 новых спутников, озера и моря на Титане.
Главная миссия закончилась в 2008 году, но ее продлили до 2017-го. 15 сентября Кассини погрузился в атмосферу планеты и навсегда прекратил связь.
Художественная интерпретация зонда Кассини
Сатурн – интересная и важная планета для исследования в Солнечной системе. Она поражает своими прекрасными кольцами и лунным семейством. Скорее всего, после Кассини мы отправим новые аппараты, которые не только смогут пройти в зазоры между кольцами, но и рассмотрят отдаленные спутники. Обязательно изучите аппараты, посетившие планету, и знаменательные даты.
Космические аппараты, исследовавшие Сатурн
- 700 год до н.э. – Появляются первые древние записи о Сатурне. Принадлежат ассирийцам, описывающим кольчатый объект, отмечающийся блеском в ночном небе. Именуют «Звездой Ниниба».
- 400 год до н.э. – Ученые из Древней Греции считают, что перед ними блуждающая звезда, названная в честь Кроноса (бог сельского хозяйства). Римляне позже используют свой альтернативный вариант – Сатурн.
- Июль 1610 года – Галилей замечает кольца, но ему кажется, что видит тройную планету.
- 1665 год – Христиан Гюйгенс отмечает кольца и крупнейший спутник – Титан.
- 1675 год – Жан Доминик Кассини находит зазор между кольцами А и В.
- 1 сентября 1979 год – Пионер-11 стал первым аппаратом, добравшимся к планете. Зафиксировал новый спутник и F-кольцо.
- 1979 и 1981 гг. – Вояджер-1 находит сложную кольцевую структуру, состоящую из тысячи линий. Вояджер-2 совершает близкий пролет и документирует тонкость некоторых колец.
- 1 июля 2004 года – Кассини становится первым аппаратом, вышедшим на орбиту Сатурна.
- 17 сентября 2006 год – исследователи находят новое кольцо. Оно совпадает с орбитальными маршрутами Януса и Эпиметея. На изображениях, сделанных в период наиболее длительного солнечного затмения, проявилось кольцо. В этом процессе Солнце оказывается позади Сатурна, заставляя кольца светиться. Обычно окклюзия длится час, но здесь она заняла целых 12 часов.
- 14 января 2015 года – зонд Гюйгенса совершает удачную посадку на поверхности Титана. Детально изучает атмосферный слой за два 27-минутных спуска. Транслирует сведения с мутной поверхности в течение часа и 10 минут.
Источник
Исследования Сатурна
С нашей родной Земли, можно наблюдать невооружённым взглядом пять планет. Сатурн входит в их число. Впервые наблюдение, а значит исследования Сатурна были проведены в начале 17 века Галилео Галилеем. В дальнейшем с начала 17 по 20 век, несколько учёных наблюдали за этой красивой планетой, что помогло им открыть кольца и спутники.
Наблюдение в телескоп
Сатурн, при максимальном приближении к Земле имеет первую звёздную величину. Наблюдать его можно невооружённым взглядом, но, чтобы разглядеть или провести исследования Сатурна понадобиться телескоп.
Чтобы увидеть кольца надо взять телескоп диаметром не менее 15 мм. При диаметре 100 мм, можно увидеть полярные шапки, тени от колец. Если мы не остановимся и возьмём телескоп размером 150—200 мм, то сможем разглядеть облака в атмосфере.
Pioneer 11 и Saturn
Изучение с помощью космических станции
Человека манила эта необычная планета и 6 апреля 1973 был запущена автоматическая межпланетная станция «Пионер-11», для исследования Сатурна и Юпитера. Но только 2 августа 1979 года началось изучение планеты, и 1 сентября «Пионер-11» приблизился на максимально близкое расстояние, 21 400 км. Получено множество снимков, но, к сожалению качество их оказалось низкое, что не позволило в деталях разглядеть планету, но была измерена какая температура спутника Титана. До 15 сентября проводились наблюдения, потом аппарат удалился.
В 1977 запущены «Вояджер-1» и «Вояджер-2», для изучения солнечной системы.
13 ноября 1980 года началось обследования Сатурна и его спутников, аппаратом «Вояджер-1». Получены снимки высокого разрешения, а также сделаны изображения спутников Реи, Мимаса, Тефии, Энцелада, Дионы. Особое внимание было уделено Титану, космический аппарат пролетел на расстоянии 6,5 тыс. километров. Но, оказалось, что атмосфера на Титане очень плотная и снимки поверхности сделать не удалось. Далее станция переместилась к полюсам Сатурна, чтобы их сфотографировать.
Через год, «Вояджер-2» приблизился для исследования Сатурна, были проведены уникальные наблюдения за атмосферой с помощью специального радара. На землю были отправлены 16 тыс. фотографий с высоким разрешением. Далее космический аппарат отравился к Урану.
Эта концепция художника орбитального корабля Кассини показывает, что зонд Гюйгенса отделяется, чтобы войти в атмосферу Титана. После отделения зонд дрейфует около трех недель, пока не достигнет места назначения-Титана. Оснащенный различными научными датчиками, зонд Huygens потратит 2-2.5 часов, спускаясь через плотную, мрачную атмосферу Титана, состоящую из молекул азота и углерода, посылая свои результаты на далекий орбитальный корабль Кассини над головой. Зонд может продолжать передавать информацию в течение 30 минут после того, как он приземлится на холодную поверхность Титана, после чего орбитальный корабль пройдет под горизонтом.
На этом, изучение планеты не остановилось и в 1997 году был отправлен ещё один космический аппарат «Кассини-Гюйгенс». Ему понадобилось 7 лет, чтобы долететь и летом 2004 года он приступил к изучению. Миссия была рассчитана на 4 года и задачи, которые стояли перед ним – это изучение колец, атмосферы, спутников, но особое внимание уделялось спутнику планеты — Титану. Это был самый удачный проект, так как аппарат проработал дольше положенного срока и только 15 сентября 2017 года вошёл в его атмосферу, где и нашёл свой конец. Передано 635 ГБ ценнейшей информации, а фотографий было сделано почти полмиллиона штук. Также опубликовано порядка 4 тыс. научных статей.
Будущие полёты
В 2020 году планируется запустить совместную миссию с NASA и ESA. Планируется ещё тщательнее провести исследования шестой планеты от Солнца, а также Титана и Энцелада. Нам остаётся только ждать, что миссия не провалиться и — эта красивейшая планета солнечной системы откроет нам ещё не одну тайну.
Источник
Загадочный Сатурн — этапы исследования планеты
Из всех научных теорий больше всего мне по душе та, согласно которой кольца Сатурна целиком состоят из потерянного авиабагажа.
Различимый невооружённым глазом Сатурн с давних времён приковывает к себе любопытные взгляды. В хронологии изучения этого необычного газового гиганта можно выделить несколько основных этапов.
В 1609 г. Галилей впервые направляет на Сатурн телескоп собственного изготовления. Из-за несовершенства оптического прибора и неудачного положения кольца великий учёный принял его за два крупных «придатка», расположенных по бокам планеты. Через 50 лет Гюйгенс при помощи телескопа с 50-кратным увеличением доказал, что на самом деле Сатурн опоясан плоским и тонким кольцом, наклонённым к эклиптике. Этому же учёному принадлежит честь открытия Титана, крупнейшего спутника Сатурна. Спустя ещё 16 лет был открыт промежуток, разделяющий кольцо на 2 части, A и B, который получил название деления Кассини . Третье кольцо — C, удалось обнаружить в 1850 г. Исследование природы колец, предпринятое Максвеллом во 2-й половине XIX в., привело физика к выводу, что они состоят из множества небольших частиц, чья устойчивость на орбите объясняется притяжением Сатурна и действием центробежных сил. Задача о строении и равновесии колец получила дальнейшее развитие в работе Ковалевской , изданной в 1885 г.
Следующий этап изучения планеты начался 01.09.1979 г., когда беспилотный космический аппарат «Пионер-11» (США) впервые в истории сблизился с Сатурном, пройдя на расстоянии около 20 тыс. км от его поверхности. В течение 15 дней были получены первые изображения Сатурна и ряда его спутников, измерена температура колец, открыты новые кольца F и G. Автоматические станции «Вояджер-1» и «Вояджер-2» , последовавшие за «Пионером», достигли Сатурна в 1980 – 1981 гг. Ими были сделаны первые детализированные снимки поверхности планеты и спутников, исследована атмосфера Сатурна и Титана. «Вояджер-2» установил наличие у Сатурна магнитного поля и произвёл исследование магнитосферы.
Наиболее сенсационным стало открытие состава и структуры колец. В соответствии с полученными данными кольца состоят из многих тысяч колец, которые чередуются со щелями подобно дорожкам на виниловой пластинке, а их основными компонентами являются лёд (93%) и углерод (7%) . Толщина колец не превышает 1 км при диаметре 250.000 км . Были обнаружены необычные образования в виде тёмных и светлых полос, пересекающих кольца на протяжении тысяч километров, которые получили название спок (от англ. spokes – спицы). Более поздние исследования показали, что споки представляют собой пылевые частицы, имеющие электростатический заряд и собранные в облака, которые дрейфуют над поверхностью колец.
Ближайшим событием в исследовании Сатурна должна стать миссия Titan Saturn System Mission , запуск которой планируется в 2020-х годах. Это совместный проект агентств NASA и ESA, целью которого является дальнейшее изучение Сатурна и его спутников, Титана и Энцелада, в том числе с использованием спускаемых модулей.
Материалы по теме:
Понравился материал? Ставьте «палец вверх» и подпишитесь на канал — это очень поможет развитию нашего проекта.
С уважением, автор канала CosmioChannel Андреев А.
Источник
Последний полёт «Кассини» позволил узнать внутреннее строение Сатурна
По данным о внутреннем магнитном поле Сатурна, полученным во время завершающего полёта аппарата «Кассини» астрономы смогли промоделировать образование его магнитосферы и определить необходимые для её существования компоненты. Особые характеристики магнитного поля Сатурна обеспечиваются благодаря слою гелия, который при сверхвысоких давлениях не смешивается с водородом и выпадает в осадок из атмосферы, конденсируясь над проводящим ядром из металлического водорода. Этот слой нерастворимого гелия достигает глубины около 70% радиуса Сатурна и тормозит механизм его магнитного геодинамо, из-за чего магнитное поле Сатурна выглядит более устойчивым и симметричным, чем у Земли и других планет.
Научные инструменты «Кассини», передававшие данные во время падения аппарата на Сатурн. NASA/JPL-Caltech. 
Последний снимок «Кассини», переданный перед падением на Сатурн.
В сентябре 2017 года аппарат «Кассини», исследовавший Сатурн и его спутники, закончил работу и был отправлен в недра планеты. Этот последний этап его работы называют Grand Finale. На протяжении последнего полёта он исследовал внутреннее магнитное поле Сатурна и другие его физические характеристики. Астрономы воспользовались этими данными для создания более точной модели внутренней структуры планеты. Они сосредоточились на двух задачах: определении устойчивости и толщины слоя гелия, выпадающего из атмосферы, а также исследовании термальных ветров в этом нижнем слое атмосферы. Статья планетологов из университета Джона Хопкинса по результатам обработки данных «Кассини» вышла в мае 2021 года в AGU Advances.
Магнитное поле Сатурна выделяется среди магнитосфер других планет Солнечной системы несколькими особенностями. Прежде всего оно очень симметрично относительно своей оси — такая степень симметрии обычно не воспроизводится при моделировании магнитного динамо (предполагаемый механизм генерации магнитного поля планет). Кроме того, оно изменяется очень медленно. Наблюдения за 40 лет показывают, что изменения магнитного поля Сатурна происходят по крайней мере на порядок медленнее, чем в магнитосфере Земли. Это указывает на необычную динамику вещества в недрах Сатурна, которая может отличаться от динамики других планет.
Практически симметричное магнитное поле Сатурна. Ankit Barik/Johns Hopkins University.
Внутреннее строение Сатурна изучают, как чёрный ящик, определяя ограничения по данным внешних измерений. Доступная информация включает сведения о массе и объёме, данные по тепловому потоку, гравитационному и магнитному полю, а также сейсмографию колец (в последнем случае речь идёт о волнах плотности в кольцах Сатурна, которые позволяют исследовать внутреннюю структуру планеты по «сатурнотрясениям», работая как сейсмостанции). Допустимые решения для строения внутренних слоёв планеты можно получить, используя все эти данные в сочетании с уравнениями состояния вещества планеты в зависимости от изменения давления и температуры с глубиной. Такие решения обратной задачи, конечно, не являются однозначными и допускают разные варианты профиля глубины, совместимые со всеми известными ограничениями.
Диапазон ограничений внутреннего строения Сатурна по доступным данным (возможные профили плотности и электропроводности в зависимости от глубины). AGU Advances
2, e2020AV000318 (2021).
Модельные представления о внутреннем строении Сатурна на основе всех известных ограничений обычно предполагают твёрдое или устойчиво расслоенное внутреннее ядро из льда или каменных пород, над которым располагается конвективный электропроводящий слой с высоким содержанием металлического водорода. Это жидкое проводящее ядро и обеспечивает работу механизма магнитного динамо из-за вращения планеты — так же, как работает механизм генерации магнитного поля Земли с её жидким металлическим внешним ядром. (О свойствах магнитного поля Земли и механизмах его генерации у нас на сайте есть отдельная большая статья). Эту проводящую область «конвективного динамо» окружает изолирующий слой атмосферы преимущественно из молекулярного водорода. Кроме того, предполагается, что в «атмосфере» Сатурна содержится ещё один промежуточный слой из гелия, на что указывают расчёты уравнения состояния для его атмосферы и эксперименты под высоким давлением. При давлениях выше 1 Мбар (1 миллион атмосфер) гелий не смешивается с водородом. Для Сатурна такие условия достигаются на глубине примерно 0,62 его радиуса (радиус Сатурна — около 60 тысяч километров). В результате более тяжёлый гелий выпадает из атмосферы и создаёт дополнительный слой над конвективным ядром. Этот слой сдерживает конвекцию и, возможно, именно он обеспечивает такую устойчивость и симметричность магнитного поля. При более высоких давлениях гелий снова может смешиваться с металлическим водородом и не препятствует конвекции и магнитному динамо в более глубоких областях. Критическая глубина, на которой это происходит, а также толщина слоя гелиевых «осадков» пока оставались неопределёнными.
Оказалось, что для воспроизведения наблюдаемого осесимметричного магнитного поля Сатурна необходим относительно толстый слой выпадения гелия с умеренной степенью расслоения. Он может достигать в глубину до 70% радиуса Сатурна. Согласование с данными «Кассини» по магнитному полю также требует особого профиля возмущений теплового потока в верхней части этого слоя. Тепловой поток должен быть более слабым в экваториальных областях планеты, но усиливаться в её высоких широтах и ближе к полюсам. Такое возмущение обеспечивает перепад температуры в слое между экватором и полюсами и, как следствие, вращение среды с разной скоростью на разных широтах (дифференциальное вращение). Предсказания модели становятся более неопределёнными ближе к полюсам, тем не менее магнитные данные, полученные во время погружения «Кассини», позволяют установить новые ограничения на стратификацию вещества Сатурна и распределение температуры в его недрах. Кроме того, они помогут в очередной раз уточнить период вращения планеты.
Внутреннее строение Сатурна со слоем «осадков» конденсированного нерастворимого гелия (HIL — Helium Insoluble Layer). Yi Zheng, HEMI / MICA Extreme Arts Program.
Источник