Сатурн
Планета Сатурн шестая по расположению и вторая по размерам в Солнечной системе. Она относится к группе газовых гигантов, к которой в нашей системе также принадлежат Юпитер, Уран и Нептун. Уникальность ее в системе колец, состоящих изо льда и звездной пыли. Благодаря им планета Сатурн наиболее узнаваема в Солнечной системе после Земли.
История открытия и исследования
Наблюдали за этим небесным телом еще астрономы Вавилона и Ассирии. За медленное передвижение по небосводу наблюдатели назвали его «старейшим из старейших». Свое современное название планета получила от древних римлян. В их мифологии это титан и покровитель земледельцев и садоводов.
Первым, кто увидел Сатурн в телескоп, стал Галилео Галилей. Он обратил внимание, что он не выглядит единым телом и предположил, что рядом с ним есть два крупных спутника. Ошибочность утверждений Галилея доказал в конце XVII века Гюйгенс. Проведя множество наблюдений, он открыл, что Сатурн опоясан тонкими кольцами. Ему также принадлежит открытие самого крупного сатурнианского спутника – Титана. В последующем с 1659 по 1899 были открыты другие значимые спутники: Япет, Тифия, Диона, Рея, Мимас, Энцелад, Гиперион и Фебу.
Первые снимки объекта были получены орбитальным телескопом Хаббл. Благодаря его наблюдениям были детально изучены кольцевая система и спутники планеты, а также динамика изменений в ее атмосфере.
Первой межпланетной станцией, пролетевшей рядом с гигантом, стал американский Пионер-11. Однако передаваемые им на Землю фотографии были слишком тусклые и темные, что не позволило изучить поверхность планеты. Аппараты серии Вояджер, запущенные в 1980-1981 гг., детально изучили сатурнианскую атмосферу и магнитосферу, а также его крупнейшие спутники.
Первым орбитальным спутником газового гиганта стал космический аппарат «Кассини». Он посылал на Землю качественные снимки самой планеты, а также ее спутников – Титана и Фебы. В дальнейшем «Кассини» спустился на поверхность Титана для изучения плотности и состава его атмосферы. Находясь на спутнике, зонд регулярно передает на Землю новую уникальную информацию о пространстве вблизи одного из крупнейших объектов Солнечной системы. В 2020 году планируется запуск нового космического зонда для изучения Титана и Энцелада.
Общие сведения о планете
Сатурн является шестой по счету планетой от Солнца и удален от него в среднем на расстоянии 1,43 млрд. км. Как и все газовые гиганты, он не имеет твердой поверхности, и плотная атмосфера сразу переходит в водородную мантию.
Благодаря своим большим размерам его можно разглядеть на небе даже невооруженным глазом. Наблюдать гиганта в течение всей ночи можно в периоды противостояния, когда он сближается с Землей на максимально близкое расстояние (около 1,2 млрд. км). В следующий раз данное явление произойдет 9 июля 2019 года.
Цвет Сатурна — бледно-желтый. Такой окрас он получил из-за аммиачных облаков в нижних слоях атмосферы. Чтобы увидеть кольца газового гиганта, необходимо вооружиться телескопом с диаметром не менее 15 мм.
Орбита и радиус
Орбита Сатурна не обладает высокой эксцентричностью – разность расстояния в афелии и перигелии составляет 161,9 млн. км. Среднее значение орбитального расстояния равняется 1,43 млрд. км.
Свой орбитальный путь он проходит за 29,47 лет, двигаясь со средней скоростью 9,7 км/с. Год на Сатурне является самым продолжительным среди планет Солнечной системы. При этом сатурнианские сутки одни из самых коротких. Один оборот осевого вращения тело совершает за 10 часов 34 минуту. Следовательно, за земные сутки планета повернется вокруг своей оси 2,25 раза.
Здесь существует сезонность климата. Это связано с тем, что угол наклона оси к орбите составляет 26,7°. Это значение близко к земному. Но в отличие от Земли сезоны на планете более смазаны из-за большей удаленности планеты от центральной звезды.
Физические характеристики
- Масса Сатурна – 5,7*10 26 кг (превышает земную в 95 раз).
- Диаметр Сатурна – 116,5 тыс. км.
- Ускорение свободного падения на экваторе -10,4 м/с 2 . Это означает, что гравитация здесь сродни земной ( 9,8 м/с 2 )
- Средняя плотность – 0,69 г/куб. см.
Строение Сатурна схоже со строением других газовых гигантов Солнечной системы. Плотная газовая атмосфера без четкой границы переходит в мантию из металлического водорода. В центре – массивное ядро, состоящее из солей кремния, металлов и льда. Его температура в два раза превышает температуру Солнца и составляет около 12000°С, а масса больше земной в 20 раз.
Атмосфера и климат
Атмосфера Сатурна схожа с юпитерианской. Верхний ее слой состоит из водорода(96,5%) и гелия(3%). Также в нем встречаются примеси инертных газов, метана, этана и аммиака в виде плотных бледно-желтых облаков. Ближе к мантии состав облаков меняется – их основными компонентами являются сернистый аммоний и водяные пары.
Для Сатурна характерно стремительное передвижение атмосферных масс. Благодаря этому явлению его называют планетой бурь. Это связано с большим количеством тепловой энергии, излучаемой ядром. Скорость ветров может достигать 1799 км/ч, при этом дуют они по направлению осевого вращения, т.е. в восточном направлении. Наиболее мощные ураганы наблюдаются у сатурнианского экватора.
Самым интересным атмосферным явлением на Сатурне является Большое белое пятно. Это ураган гигантских размеров, достигающий по площади нескольких тысяч километров. Возникает он с периодичностью в 30 лет и последний раз наблюдался в сатурнианской атмосфере в 2010 году.
В 80-х годах 20 века космический зонд Вояджер зарегистрировал еще одно уникальное атмосферное явление. На северном полюсе облака формируют необычное образование – гигантский шестиугольник практически правильной формы. Его размеры превышают размеры Земли. Вращается шестиугольник так же быстро, как и сама планета вокруг своей оси. Как возникло данное явление, ученые на данный момент не могут точно установить.
Помимо ураганов, погоду портят молнии. Они в сотни раз мощнее земных и могут достигать размеров в несколько тысяч километров. Электрические бури не стабильны: они могут почти полностью исчезать, а потом внезапно наращивать мощность.
Рельеф
У планеты нет твердой поверхности. Сатурнианская атмосфера плавно переходит в океан кипящего металлического водорода, возникшего под давлением в несколько миллионов атмосфер и при температуре в тысячи Кельвинов. Протяженность водородной мантии значительно меньше, чем на Юпитере, и составляет 14,5 тыс. км.
Кольцевая система
Кольца Сатурна делают его самой узнаваемым среди всех объектов в нашей системе. Средневековые астрономы принимали их за тела-спутники, но в дальнейшем удалось установить, что концентрические образования изо льда и пыли. Откуда же кольца у Сатурна?
Существует несколько основных гипотез происхождения знаменитых сатурнианских колец:
- Столкновение планеты с большим космическим объектом. В результате обломки тела разлетелись по орбите, со временем образовав тонкие равномерные кольца.
- Неудачное строительство собственного планетоподобное тела. Гравитация Сатурна не позволила образоваться новому космическому объекту вблизи него и его строительный материал до сих пор летает по орбите.
- Поглощение спутников. Вблизи молодого газового исполина около 4 млрд. лет назад вращалось несколько больших спутников, называемых первичными. Гравитационные силы постепенно притянули их один за другим. При этом металлическая часть лун поглощалась Сатурном, а частицы льда и пыли так и оставались на его орбите.
Параметры колец
Всего насчитывается 7 основных колец Сатурна, названных буквами латинского алфавита(A,B,C,D,E,F,G). Каждое такое большое кольцо состоит из тысяч тонких, расположенных на минимальном отдалении друг от друга. Основные же элементы кольцевой системы разделены щелями и делениями шириной от 3 до 4700 км.
Самым близким к хозяину является кольцо D. Он отдаленно от планеты на расстоянии 70 тыс. км. Самыми яркими в системе являются образования А, В, С. Увидеть эти кольца Сатурна на ночном небе можно в телескоп диаметром не менее 15 мм.
Из чего же состоят кольца Сатурна? Основным их компонентом является водяной лед и всего 1% приходится на пыль из смеси силикатов. Общая масса материала составляет 3*10 19 кг.
Звуки колец
Сатурн поглощает свои кольца благодаря гравитационному взаимодействию. При их контакте с ионосферой и другими объектами орбиты возникает удивительная «мелодия». Ее сумел записать и передать на Землю зонд Кассини.
Кольца Сатурна «звучат» многогранно. Можно отчетливо расслышать тихое шипение и шуршание пылевых и ледяных частиц, сменяющиеся скрипами и коротким свистом. Этот звук имеет достаточно приятные вибрации.
Исчезновение колец
В начале 20 века умы людей взбудоражила новость об исчезновении сатурнианских колец. Прошел слух, что они начали разрушаться и гигантские обломки стремительно летят к Земле. Но новость оказалась вымыслом, связанным с ошибочной интерпретацией данных. На самом деле, кольца Сатурна были повернуты ребром к Земле, что не позволило их разглядеть в слабые телескопы того времени.
В наше время Сатурн «терял» свои кольца уже дважды. Наблюдалось это в 1995 и 2009 годах.
Спутники
Спутники Сатурна являются главными помощниками исследователей в изучении этой планеты. Мощная магнитосфера и радиационное излучение не позволяют космическим зондам максимально близко подобраться к их планетарному хозяину, поэтому главной посадочной посадкой для межпланетных станций стала крупнейший спутник планеты – Титан.
По размерам эта сатурнианская луна превышает Луну земную в 1,5 раза. Его масса практически равна массе всех остальных спутников планеты. Атмосфера Титана преимущественно азотная с небольшими примесями простых углеводородных соединений. Поверхность же почти полностью состоит изо льда.
Из остальных крупных спутников больше всего интересует исследователей Энцелад. Его диаметр составляет 500 км, а масса составляет 1,1*10 20 кг. Этот сатурнианский спутник на данный момент считается потенциально пригодным для жизни внеземным объектом.
Такую характеристику Энцелад получил благодаря подповерхностному океану жидкой воды, занявшему более 10% его площади. Он спрятан под ледяным панцирем и в нем постоянно происходят активные гидротермальные процессы. Это может послужить источником энергии для образования первых живых организмов.
Источник
Поверхность Сатурна
Поверхность Сатурна заметно отличается от поверхности Земли, и это факт. Ведь эта планета представлена внушительным по размеру шаром, в составе которого преобладает гелий и водород. Также имеются и другие химические элементы, как у Солнца, поэтому рассматриваемое космическое тело вполне могло бы стать звездой. Но для этого у него не хватает массы.
Особенности поверхности
Наряду с Ураном, Юпитером, Нептуном — Сатурн является огромным газовым шаром. Поэтому поверхность Сатурна – явление, которого попросту не существует. Всё, что есть на его внешнем слое – это многочисленные газообразные вещества, давление в которых огромно. Землянин, наблюдая за планетой с телескопа, может подумать, что на неё можно приземлиться. Связано это убеждение с тем, что мы привыкли жить на Земле, и считаем, что все остальные объекты солнечной системы аналогичны. Но это заблуждение.
Если представить, что поверхность планеты Сатурн – существующий феномен, и человек может ступить на неё и прогуляться, при первых же попытках пришлось бы столкнуться с огромной силой тяжести и высокой температурой, которые создают экстремальные условия, где ни один живой организм, обитающий на Земле, не смог бы выжить.
Даже если провести экспериментальное исследование и отправить на поверхность Сатурна зонд, трудно представить, что он будет отображать, погружаясь в глубину этого газового гиганта. Кроме того, на планете царит густая плотная атмосфера, поэтому аппарат транслировал бы исключительно густой туман, в составе которого, как уже отмечалось, присутствует водород и гелий.
Наряду с этим с каждой новой секундой пребывания на Сатурне аппарат будет регистрировать постоянное повышение температуры и давления. В процессе погружения в недра космического тела произойдёт его раздавливание посредством высокого давления, и весь эксперимент завершится, так и не приведя к новым открытиям касательно того, что именно происходит на Сатурне.
Внутреннее строение Сатурна
Особенности поверхности планеты
Планета является гигантом, поскольку обладает огромными в сравнении с Землёй размерами. В составе в основном находится водород и гелий. Изменение параметров температурного режима и плотности происходит по мере углубления. Однако привычной землянину твёрдости здесь не отыскать. Поэтому, решив прогуляться по планете, любой представитель земного мира рискует провариться вниз, пока не наступит его смерть от высокого давления и экстремальной температуры.
Изучая вопрос, какая поверхность у Сатурна, можно представить более детализированные показатели. Внешний слой представлен молекулярным водородом на 93% и гелием (6%). Оставшийся процент приходится на аммиак, метан, ацетилен и прочие примеси. Формирующие облачность и полосы, присутствующие на планете. Тропосфера подразделяется на три важные зоны, в рамках которых происходит формирование погоды. Они различны по температурному режиму.
- Видимая часть включает в себя облака аммиака и находится на 100 км ниже.
- После этого следует слой, состоящий из серных сульфидов.
- Далее следуют облака с нулевой температурой.
Конечно, постоять на поверхности и ощутить рельеф Сатурна не получится. Но если бы была такая возможность, человек смог бы ощутить 91% земной гравитации. То есть человек, который весит на Земле 100 кг, на поверхности «чужой» планеты будет иметь массу тела в 91 кг.
Таким образом, планета, несмотря на шарообразную форму и схожий с Землёй вид, является другой не только по составу, но и по характеру «поверхности». Говоря простыми словами, её не существует.
Источник
Сатурн – описание планеты, строение, атмосфера, кольца, фото и видео
Сатурн является второй по размерам планетой Солнечной системы, но большинству он известен благодаря видимым кольцам. Газовый гигант регулярно становится предметом наблюдения для астрономов, и его особенности помогают лучше понять устройство космоса. Сейчас Сатурн хорошо изучен, и любой желающий может получить подробные сведения о нем.
Размер, масса и орбита
Сатурн обладает внушительными размерами: экваториальный диаметр равен 120 536 км, а полярный – 108 728 км. Площадь поверхности составляет 4,27 * 10’10 кв. км, а объем равен 8,27 * 10’14 куб. км.
Наглядное сравнение размеров Сатурна и Земли
Среднее расстояние газового гиганта от Солнца составляет 1,4 млрд км. За время полного оборота планеты вокруг звезды максимальное расстояние увеличивается до 1 513 783 000 км, а минимальное уменьшается до – 1 353 500 000 км. Скорость вращения Сатурна равна 9,69 км/с, но может меняться в зависимости от его расположения в пространстве. Год на планете длится 10 759 дней, что в 29,5 раз больше, чем на Земле.
Состав и поверхность
Поскольку Сатурн является газовым гигантом, его поверхность обладает низкой плотностью: всего 0,687 г/куб. см. Состоит она из молекулярного водорода в паровом состоянии, который насыщен гелием.
Под первым слоем находится скопление металлического водорода и гелия в жидком состоянии. Также в веществе имеются примеси летучих веществ, но ученые пока не смогли установить их состав. В центре Сатурна расположено твердое ядро радиусом в 12 500 км, обладающее неровной поверхностью. Оно разогрето до 11 700 градусов Цельсия и по составу может быть приближено к земному.
Из-за высоких температур гелий, находящийся рядом с ядром, нагревается и постепенно поднимается вверх, двигаясь к верхнему слою. Из-за этого поверхность гиганта получает большое количество энергии, которое в два с половиной разе больше той, что достается от Солнца.
Атмосфера и температура
Основным веществом, находящимся в верхнем слое планеты, является водород – его доля составляет 96,3%, на гелий приходится 3,25%, а остальные вещества занимают лишь 0,45% от общего объема. Ученые установили, что среди последних имеются фосфин, этан, ацетилен, аммиак, метан и пропан.
Над поверхностью находится слой облаков, разделенный на верхний и нижний уровни. Первый заполнен аммиачными кристаллами, а ближе к поверхности располагается смесь воды и гидросульфида аммония. На облака воздействуют ультрафиолетовые лучи, которые запускают процесс метанового фотолиза. Его результатом является начало химических реакций углеводорода.
Атмосфера состоит из линий, которые становятся шире ближе к экватору. Также ее можно разделить на два слоя. В верхнем давление меняется от 0,5 до 2 бар, а температура от -173 до -113 градусов Цельсия. В нижнем эти параметры варьируются в диапазонах 10-20 бар и от -3 до 57 градусов Цельсия соответственно. Между слоями находится прослойка, состоящая из ледяных облаков. Там происходит плавное изменение температур и давления.
Атмосфера Сатурна
Иногда в атмосфере Сатурна образуются овальные пятна, которые по цвету белее, чем остальные облака. Из-за этого они легко различимы на поверхности. Ученые пока не смогли объяснить их природу, но наблюдения показывают, что образование пятен имеет закономерность. Например, когда на северном полушарии газового гиганта начинается летнее солнцестояние, в этой области планеты появляется Большое Белое Пятно. Есть версия, что образование белых участков связано с электростатическим возмущением.
По поверхности гиганта гуляют ветра, причем их скорость может достигать 500 м/с. Это второй показатель в Солнечной системе после Нептуна. На севере планеты возникают потоки, имеющие волновую структуру, а на южном – струйную.
Одним из крупнейших вихрей, зарегистрированных телескопом Хаббл, стал поток ветра шестиугольной формы, движущийся по южному полушарию. Его радиус составлял 6 900 км, а на полный оборот уходило 10 ч 39 мин.
Строение Сатурна
Исследования помогли установить, что структурно Сатурн похож на Юпитер и также состоит из трех слоев. В самом центре располагается ядро, имеющее скалистую форму. По оценкам, его масса в 10-20 раз превышает этот параметр у Земли. Снаружи его обволакивает слой жидкого металлического водорода, толщина которого равна примерно 14 500 км. Верхний слой имеет глубину 18 500 км. Практически полностью он состоит из молекулярного водорода.
Из-за состава и происходящих внутри химических реакций, Сатурн излучает в пространство большое количество радиации. Ученые до сих пор пытаются точно установить причины сильного излучения. Уже известно, что внутри газового гиганта происходит реакция Кельвина-Гельмгольца: энергия появляется за счет большой массы планеты и непрерывного гравитационного сжатия такого количества вещества. Но расчеты показывают, что этот процесс все равно не способен служить источником выброса радиации в таких количествах. Значит, внутри Сатурна происходят и иные процессы, способствующие усилению излучения. Есть предположение, что дополнительным источником радиации служат разогретые гелиевые потоки.
Хоть в строение Сатурна и входит твердое ядро, большая часть планеты состоит из газа и обладает низкой плотностью.
Орбита и вращение
За время полного оборота вокруг Солнца планета находится от него на среднем расстоянии, равном 1,43 млрд км. Для сравнения, Земля располагается в 9,5 раз ближе к звезде. Из-за такой внушительной дистанции планета совершает полный оборот за 10 756 дней.
Газовый гигант обладает третьим по величине эксцентриситетом в Солнечной системе, уступая лишь Марсу и Меркурию. Этот параметр показывает, как сильно орбита отклоняется от формы окружности. Фактически, это разница между максимальным и минимальным расстоянием до Солнца. У Сатурна эксцентриситет равен примерно 154 000 000 км, что в 400 раз больше расстояния между Землей и Луной.
Ось вращения планеты находится под наклоном на 26,73 градуса. Благодаря этому на планете возможна смена сезонов. Однако поскольку Сатурн находится на большом расстоянии от Солнца, разница между временами года здесь не так заметна.
Планета вращается вокруг оси довольно быстро, уступая по скорости лишь Юпитеру. Сутки на Сатурне длятся 10 ч 45 мин. Из-за высокой скорости форма планеты является не круглой, а сферической, с заметным утолщением на экваторе.
Атмосфера и поверхность планеты разбиты на видимые широты, которые тоже вращаются, но с разными скоростями. Это объясняется тем, что верхний слой Сатурна состоит из газов, а не из твердых веществ.
Кольца Сатурна
Сатурн обладает самыми заметными кольцами среди всех планет Солнечной системы. Они состоят в основном из частиц льда, космического мусора и пыли. Именно поэтому они так хорошо заметны даже на большом расстоянии.
На данный момент известно семь колец газового гиганта. Для удобства они назывались буквами английского алфавита по мере их открытия: A, B, C, D, E, F и G. При рассмотрении Сатурна в телескоп с поверхности Земли хорошо заметны только A, B и C.
Исследования показали, что семь колец состоят из тысяч более мелких, прижатых друг к другу. При этом между группами имеются расстояния. Самая большая дистанция находится между кольцами A и B: она составляет 4700 км.
Несмотря на то, что общая ширина колец составляет примерно 66 000 км, их толщина не более одного километра.
Формирование колец
Основная версия формирования колец Сатурна заключается в том, что они появились в результате разрушения небесного тела. Примерно 4 млрд лет назад вокруг газового гиганта вращался спутник, состоящий в большей степени изо льда. Из-за неизвестных факторов он слишком сильно приблизился к поверхности Сатурна, из-за чего сила гравитации разрушила его на мелкие куски. Последние из-за притяжения не покинули орбиту планеты, и по мере движения Сатурна вокруг своей оси постепенно сформировали кольца. Приближение спутника к поверхности гиганта – это лишь одна из версий его разрушения. Он также мог столкнуться с другим небесным телом.
Модель колец Сатурна крупным планом
Есть и альтернативная гипотеза появления колец. Она гласит, что они образовались вместе с Сатурном из солнечной туманности. Однако в этом случае лед, из которого состоят кольца, должен быть покрыт пылью и прочими частицами, но он кристально чистый. Сторонники гипотезы считают, что отсутствие посторонней грязи связано с регулярным столкновением камешков в процессе движения.
Спутники планеты Сатурн
Вокруг Сатурна вращается 62 основных спутника, обладающих определенными особенностями, причем девять небесных тел до сих пор не имеют названия. Больше половины обладают радиусом менее 5 км. Но на орбите газового гиганта есть и крупные спутники, размеры которых могут доходить до 5000 км.
Большинство небесных тел названо в честь древнегреческих титанов. Среди них выделяют группу внутренних лун, находящихся между планетой и кольцами:
Источник