Сатурн – шестая планета от Солнца и вторая по размерам планета в Солнечной системе после Юпитера. Сатурн в Солнечной системе – самая красивая планета, из-за сказочного кольца, опоясывающего планету по экватору. Из-за кольца Сатурн невозможно спутать ни с какими другими объектами Солнечной системы.
Планета названа в честь греческого бога времени. Ее размеры лишь немного уступают размерам Юпитера. Сатурн состоит из водорода с примесью гелия, следами воды, метана, аммиака и «горных пород». Внутри него имеется сравнительно небольшое ядро, как предполагают планетологи, из горных пород и льда. Это ядро покрытого тонким слоем металлического водорода и окутано мощной газообразной оболочкой, также в основном состоящей из водорода, но газообразного. Внешняя атмосфера планеты кажется спокойной, хотя иногда на ней появляются некоторые долгоживущие неоднородности (структуры). Скорость ветра на Сатурне может достигать местами 1800 км/ч, что даже значительно больше, чем на Юпитере.
Сатурн в среднем удален от Солнца на 1429 млн. км (9,58 а. е.). Период обращения его вокруг Солнца составляет 29,46 лет. Экваториальный радиус равен 60300 км, полярный – 54000 км. Период вращения планеты на экваторе 10,23 часа. Скорость движения по орбите 9,65 км/сек. В телескоп хорошо заметно, что Сатурн сильно сплюснут – сильнее, чем Юпитер. Его сжатие с полюсов составляет порядка 10%. Сатурн получает всего одну сотую того количества солнечного тепла и света, которые получает Земля, поэтому это очень холодный мир. Из-за столь быстрого вращения эта планета под действием центробежных сил сплюснута у полюсов и раздута вдоль экватора. При столь громадных размерах Сатурн всего лишь в 95 раз массивнее Земли.
Сатурн – самая красивая планета Солнечной системы. Фото с сайта: http://kosmos-x.net.ru/index/0-65
На "поверхности" планеты выделяются параллельные экватору полосы, менее четкие, чем у Юпитера. Как и Юпитер, Сатурн является газовым гигантом, основная составляющая его атмосферы – газ водород. Температура поверхности, по измерениям теплового потока, исходящего из планеты в инфракрасной области спектра, определяется от –190° до –150°С; в среднем –170°С. Это больше, чем должно быть согласно получаемому планетой теплу Солнца. То есть поток тепла, приходящий на Сатурн от Солнце, меньше потока тепла, исходящего от него, в 2 раза. Это значит, что в недрах Сатурна происходит выделение тепла. Источником этой внутренней энергии может быть энергия, выделяемая за счет гравитационной дифференциации вещества, когда более тяжелый гелий медленно погружается в недра планеты. Источником эндогенного тепла может быть также и разуплотнение сверхплотного первородного вещества в центре планеты.
Система Сатурна.
Сатурн имеет очень низкую плотность: его средняя плотность меньше плотности воды, всего 0,69 г/см3. Сила тяжести на поверхности Сатурна всего в 2 раза больше, чем на поверхности Земли.
Кольца Сатурна первым увидел Галилео Галлилей в 1610 году. Кольца вращаются вокруг Сатурна с разной скоростью и представляют собой громадное количество мелких обломков, по сути, – спутников планеты. Толщина колец около 3,5 км, а диаметр внешнего кольца составляет 275000 км. Ширина колец около 400 000 км. Кольца Сатурна не соприкасаются с планетой. Через большие телескопы можно увидеть три главных кольца. Однако фотографии, сделанные "Вояджером" в 1980 г., показывают, что на самом деле у Сатурна имеется огромное количество более узких колечек, которые сливаются вместе, если на них смотреть с большого расстояния. Плоскость колец наклонена к плоскости орбиты на 29°. Поэтому при наблюдении с Земли вид колец постепенно меняется, раз в 15 лет мы начнем смотреть на плоскость колец сбоку, когда они практически исчезают из вида.
Свет ярких звезд проходит сквозь плоскость кольца, причем блеск звезд при этом даже не уменьшается. Внутренние части колец обращаются вокруг Сатурна быстрее, чем наружные. Кольца в основном состоят из миллиардов мелких частиц, каждая из которых обращается по орбите вокруг Сатурна как отдельная микроскопическая луна! Вероятно, эти "микролуны" состоят из водяного льда. Размер большинства из них – около метра, но бывают глыбы и больше – до нескольких десятков метров, а есть мелкие частицы в несколько сантиметров. Изредка в кольцах имеются каменные глыбы и обломки до сотен метров в поперечнике.
Существует три основных кольца, названных A, B и C. Они различимы без особых проблем с Земли. Есть имена и у более слабых колец – D, E, F. При ближайшем рассмотрении колец оказывается великое множество. Между кольцами существуют щели, где нет частиц. Та из щелей, которую можно увидеть в средний телескоп с Земли (между кольцами А и В), названа щелью Кассини. В ясные ночи с хорошими телескопами можно увидеть менее заметные щели.
Кольца имеют все планеты гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Орбиты крупных спутников этих планет находятся дальше колец. Если большой спутник приближается к поверхности планеты гиганта, то он подвергается растяжению огромными приливными силами (гравитацией). Орбита спутника может проходить столь близко от планеты, что разница этих сил гравитации с внутренней и внешней стороны спутника (то есть приливных сил) окажется достаточно мощной, чтобы сорвать со спутника куски льда и камни. Кольца могут возникать в результате разрыва, раздробления таких спутников на мелкие части гравитационными силами планеты. Не исключено также, что кольца представляют собой вещество, собранное планетой из пролетавших мимо астероидов. Согласно аккреционной теории образования Солнечной системы, кольца – это остатки протопланетного газо-пылевого облака, из которого образовался Сатурн. Но можно предположить, что кольца планет гигантов образовались в результате извержения на их спутниках, а также в результате мощных извержений на самих планетах, когда вулканические бомбы с первой космической скоростью вылетали из жерла вулканов, или благодаря страшным ураганам, постоянно бушующим на планетах гигантах.
Я склоняюсь к мысли, что образование колец – процесс экзогенный. Таким образом планеты гиганты своей гравитацией собирают вещество из космического пространства, но прежде чем врезаться в атмосферу гиганта, это вещество проходит "обработку" в кольцах, где, возможно, раздробляется от соударений глыб друг с другом.
Магнитное поле Сатурна симметрично. Ось магнитного диполя совпадает с осью вращения планеты – в отличие от Земли, Меркурия и Юпитера. Радиационные пояса имеют правильную форму, причем в них наблюдаются пустые полости, где заряженные частицы выметаются спутниками или кольцами. Вблизи колец концентрация частиц ничтожна. За спутниками Сатурна тянутся хвосты из нейтральных и ионизированных молекул и атомов газа, образующие гигантские торы на орбитах. Одним из источников такого тора является верхняя атмосфера Титана, самого большого спутника Сатурна.
Наиболее крупные спутники Сатурна и их орбиты. Схема с сайта: http://kosmos-x.net.ru/index/0-65
На сегодняшний день у Сатурна известно 62 естественных спутника, 53 из них имеют собственные названия, 12 из них – больше 100 км в диаметре. Большая часть спутников имеет небольшие размеры и состоит из горных пород и льда, что подтверждает их главную особенность: высокую способность к отражению солнечного света. 24 спутника Сатурна – регулярные, остальные 38 – нерегулярные. Нерегулярные спутники были классифицированы по характеристикам своих орбит на три группы: инуитскую, норвежскую и гальскую. Все спутники, кроме Гипериона и Фебы, повернуты к Сатурну одной стороной.
Самый большой спутник – Титан, диаметр которого более 5100 км, – является вторым после Ганимеда по величине спутником в Солнечной системе. Титан – единственный спутник, обладающий очень плотной атмосферой, в 1,5 раза более плотной, чем атмосфера Земли. Атмосфера Титана состоит из 98% азота с умеренным содержанием метана. Наличие атмосферы и особенно ее состав позволяют предполагать наличие на Титане жизни, которая может находиться в его океане, скрытом под толстым слоем коры.
Япет и Феба – самые дальние из крупных спутников Сатурна, имеют почти круговые орбиты, их орбиты расположена почти в 4-х миллионах километров от Сатурна. Феба вполне может стать спутником Япета также, как Гиперон – спутником Титана. Орбиты этих пар спутников очень близки друг другу. Вполне возможно, что когда-то Гиперон был спутником Титана, а Феба – спутником Япета. Но при захвате этих парных гравитационных систем Сатурном их "дуэты" распались. Так, нетрудно представить при гравитационном возмущении в Солнечной ситеме потерю Землей Луны. Для этого необходимо, чтобы движение Земли по околосолнечной орбите чуть замедлилось, а Луны, напротив, – ускорилось.
В полярных областях Сатурна наблюдаются полярные сияния, это светятся атомы атмосферы, возбужденные частицами плазмы – электрически заряженными космическими пришельцами. К полюсам эти частицы направляются магнитным полем Сатурна. Красное свечение вызывают атомы водорода, а белое – молекулы водорода. Магнитное поле Сатурна захватывает солнечные корпускулы, и те стекают по силовым линиям на полюса, – это происходит также, как и на Земле. Яркие полярные сияния зарегистрированы и на Юпитере.
Тонкая структура колец Сатурна.
Внутреннее строение Сатурна.
В кольцах Сатурна обнаружены волны, которые распространяются по кольцу F под влиянием гравитационных возмущений со стороны ближайщего спутника Сатурна Прометея (снято станцией «Кассини»)
Из всех колец Сатурна кольцо F по праву считается самым необычным. Это самое внешнее и самое узкое из всех колец. В действительности, это даже не одно кольцо, а целая система тонких колечек, которые под действием переменной гравитации могут сложным образом переплетаться друг с другом. Иногда в этой системе появляются различные образования – «узлы», «петли» и «комки», которые потом бесследно исчезают. В этих узлах и переплетениях и происходят столкновения глыб и дробление обломков.
Необычные свойства этого кольца объясняются гравитационным влиянием двух небольших спутников Сатурна. Спутник Прометей диаметром 102 км обращается с одной стороны кольца F, а Пандора диаметром 84 км обращается с другой. Их совместное гравитационное воздействие и загоняет частицы кольца в узкую область хаотических орбит. Поэтому Прометей и Пандору иногда называют спутниками-пастухами.
Новое образование, замеченное в кольце F, не похоже на все, что до сих пор попадалось на глаза астрономам. Периодически, раз в 14,7 часа, когда Прометей, движущийся по слегка эллиптической орбите, подходит ближе всего к кольцу, в кольце появляются прямолинейные образования, направленные к спутнику. Внешне они немного напоминают волны на поверхности воды, расходящиеся от круто повернувшего катера. Попавшие на «гребень» частицы могут довольно заметно приближаться к Прометею, но потом возвращаются обратно. В будущем характер этого явления может измениться, то есть орбита Прометея тоже не остается постоянной. В декабре 2009 года он будет подходить к кольцу F значительно ближе, чем сейчас, и астрономы пока не могут решить, будут ли в этих условиях частицы кольца выпадать на поверхность спутника.
На сайте проекта «Кассини-Гюйгенс» выложены видеофрагменты, на которых запечатлены волны, распространяющиеся по кольцу F.
Орбита внутренних спутников Пан и Атлас лежит около внешнего края кольца А. Следующий спутник, Прометей, отвечает за щель, примыкающую к внутреннему краю кольца F. Пандора участвует в образовании другой границы кольца F. Следующие два спутника – Эпиметий и Янус – обнаружены с Земли, они делят общую орбиту. Разница в удалении от Сатурна у них составляет лишь 30–50 километров, по сути, двигаясь по орбите, они пытаются догнать друг друга.
Мимас необычен тем, что на нем обнаружили один огромный кратер, который имеет размер с треть спутника. Он покрыт трещинами, что, вероятно, вызвано приливным влиянием со стороны Сатурна. Этот самый огромный (130 км) метеоритный кратер назван Гершелем. Кратер Гершель углублен в поверхность на 10 километров, посреди него есть центральная горка почти такой же высоты, как и гора Эверест на Земле – около 11 км. Мимас – это ближайший к планете крупный спутник.
Спутник Сатурна Япет
Одна сторона Япета обильно усыпана кратерами и имеет темный, почти черный цвет, в то время как другая сторона оказывается почти гладкой и белой. Япет повернут к Сатурну всегда одной стороной – по орбите он движется одной стороной вперед, и эта сторона в 10 раз темнее, чем противоположная. Вполне возможно, что это темное вещество порождено недрами Япета.
Светлая поверхность Япета. Обратите внимание на то, что темное вещество находится на возвышенных местах. Думаю, что темное вещество – это выбросы (извержения) из недр Япета.
Кольцеобразное вздутие на экваторе Япета выглядит очень странно: поверхность спутника – словно скорлупа грецкого ореха с ободком, которым Япет разделен на две симметричные половинки. Такое кольцо могло возникнуть на экваторе при очень быстром вращении Япета вокруг своей оси или при очень мощном приливном воздействии в прошлом, вызванном его спутником Фебой. Ее он потерял (развелся с ней), а вот "обручальное" кольцо осталось навсегда. Метеоритной обработке Япет подвергался уже тогда, когда это кольцеобразное вздутие по экватору у него уже было.
Спутник Сатурна Мимас
Небольшой спутник Сатурна Мимас на фоне Юпитера. Он вращается на расстоянии всего 396 км от планеты гиганта. «Кассини» в момент съемки находился примено в 915 000 км от Мимаса. Фото NASA с сайта: http://fototelegraf.ru/?p=5166
На орбите спутника Сатурна Дионы движутся еще два спутника – Елена и Полидевк, точнее, они движутся по очень близким с Дионой орбитам, но на приличном расстоянии от нее. У Дионы, как и у Япета, одна сторона испещрена кратерами сильнее, чем другая.
Эта фотография Дионы была сделана аппаратом "Кассини" с расстояния 2500 км от Дионы. На ней различимы детали размером 15 м. Скорее всего, поверхность Дионы ледяная. Кратеры на поверхности явно ударные. Однако на поверхности есть и разломы, возникшие, скорее всего, из-за пульсации объема Дионы.
Приведу радиусы спутников Сатурна: Титан – 2575 км, Рея – 765 км, Япет – 720 км, Диона – 560 км, Тефия – 525 км, Энцелад – 250 км, Мимас – 195 км, Янус – 110х80? км, Феба – 110 км, Эпиметий – 70х50 км, Прометей – 70х40 км, Пандора – 55х35 км, Атлас – 20х15 км, Елена – 18х15 км, Гиперон – 17х10 км, Каллипсо – 15х10 км, Телесто –12х10 км. Замечу, что близкую к шарообразной форму имеют только спутники радиусом больше 110 км. Формы спутника явно зависит от мощности его гравитации.
Спутники Сатурна Каллипсо и Телесто прозваны Троянскими по аналогии с астероидами троянцами, двигающимися вокруг Солнца по одной орбите с Юпитером. Один из этих двух спутников отстает от Тефии, а другой опережает Тефию на 60 градусов.
Один из недавно обнаруженных спутников Сатурна – Елена – также движется на 60 градусов впереди своего большего соседа Дионы, практически по одной с ней орбите. На поверхности Дионы видны следы выброса светлого материала в виде инея, а также множество кратеров и извилистая долина.
Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, и Рея – приблизительно сферические по форме и, скорее всего, имеют тяжелые ядра и кору, которая состоит, по большей части, из водяного льда. Энцелад отражает почти 100% солнечного света, что подтверждает такое предположение. Мимас, Тефия, Диона, и Рея полностью покрыты кратерами.
Титан
Самый большой спутник Сатурна Титан, диаметр которого 5150 км, движется по орбите с периодом около 16 дней. При этом гравитационное поле Сатурна сильно деформирует спутник во время этого движения. Используя данные наблюдений с зонда «Кассини», смогли определить параметры этой деформации. Обработка полученной информации показала, что Титан ведет себя как небесное тело с довольно легко деформируемой внутренней частью. По мнению авторов новой работы о Титане, наиболее вероятным объяснением таких его свойств является наличие глубоко под поверхностью (на глубине порядка 100 километров) гигантского океана. Предварительные расчеты показывают, что это, скорее всего, вода.
Спутник Сатурна Титан.
По мнению астрофизиков, под поверхностью Титана находится океан жидкой воды. Таким образом, Титан похож на другие спутники планет гигантов, на которых под толстым слоем льда находятся океаны воды. Такими спутниками являются Энцелад и Европа. Но вот откуда у него столько метана? И как при такой скорости обращения вокруг Сатурна он удерживает столь мощную атмосферу? Может статься, что тепловой поток из недр этого спутника недооценивается планетологами. Не могу исключить и того, что Солнце когда-то захватило из галактического пространства не одинокий Сатурн, а систему Сатурна с его крупными спутниками. При этом в значительной части эта система сохранилась, войдя в состав Солнечной системы, Сатурн стал планетой Солнечной системы с "приданым" из своих спутников. При этом часть из них он потерял, но часть, в том числе и Титан, смог сохранить. Не исключаю, что все планеты земной группы в Солнечную систему попали как спутники планет гигантов, но гравитационные возмущения, которые претерпели системы планет гигантов при захвате их Солнцем, оторвали у них Меркурий, Венеру, Землю, Луну и Марс и сделали их спутниками Солнца. Только Земля смогла своей гравитацией захватить Луну (и до сих пор ее удерживает).
Поверхность Титана неразличима сквозь плотную атмосферу, состоящую на 85% из азота, около 12% аргона и менее 3% метана. Также наблюдается небольшое количество этана, пропана, ацетилена, этилена, водорода, кислорода и других компонентов. Давление у поверхности Титана 1,6 атмосферы. Температура верхних слоев атмосферы этого спутника близка к 150°К, а поверхности 94°К. Поверхность Титана состоит изо льда с примесью силикатных пород. Средняя плотность вещества, слагающего этот спутник – 1,9 г/см3. Предполагается, что у Титана может быть океан из этана, метана и азота глубиной до 1 км, ниже которого находится слой ацетилена толщиной до 300 м. Метан на Титане под действием света превращается в этан, ацетилен, этилен, и (в соединении с азотом) в соли цианистой кислоты. Последние – особенно интересные молекулы: это строительные кирпичики для аминокислот. Низкая температура, безусловно, тормозит образование более сложных органических веществ. У Титана нет магнитного поля, однако он взаимодействует с полем Сатурна, которое создаёт за ним магнитный хвост.
Солнце с Титана видно как очень яркая звезда.
Титан – это самый крупный спутник Сатурна, он больше планеты Меркурий. На нем есть вода в замерзшем состоянии и мощная для столь небольшого тела атмосфера, которая состоит из азота с примесью метана. Атмосферное давление на Титане немного больше, чем на Земле, но температура на его поверхности очень низкая –180° С. При такой температуре при ее незначительных колебаниях метан может быть газом, жидкостью и даже твердым телом – в зависимости от колебаний температуры и давления атмосферы. На Титане могут идти метановые дожди и метановые снегопады, в метановые моря текут с гор метановые реки.
Примерно так выглядят ландшафты на спутнике Сатурна Титане. Рисунок сделан на основе фотографий, полученых НАСА при помощи аппарата Кассини, совершившего посадку на поверхность этого спутника. Это не вода, а жидкий метан. Вероятно, на Титане есть и более тяжелые углеводороды, в том числе и циклические. Непонятно, откуда на Титане столько азота. Это явно не первичная атмосфера, а вторичная, скорее всего, – результат длительного функционирования какой-то хемосинтетической биосферы. Кстати, азот в атмосфере Земли тоже явление аномальное – продукт некоей древнейшей биосферы. Рисунок с сайта: http://sdnnet.ru/image/3485/
Вообще Титан является очень загадочным телом. Он меньше Земли, но при меньшей гравитации удерживает более мощную атмосферу, чем Земля. Луна больше Титана, но атмосферы у нее нет. Марс больше Титана, но атмосфера у него очень жиденькая. Вторая загадка – в том, что атмосфера Титана состоит в основном из азота, чем напоминает атмосферу Земли. Ведь в земной атмосфере азота гораздо больше, чем кислорода и чем всех остальных газов вместе взятых. Откуда и как образовался азот в атмосфере Титана? Молчит наука. А ведь Титан теряет свою атмосферу, – за ним тянется по его орбите шлейф газа. Значит, атмосфера его пополняется газами (особенно азотом). Если бы она не пополнялась им, то свою атмосферу Титан давно бы растерял.
Скорее всего, все планеты и планетоиды, прежде чем попасть в гравитационные ловушки звезд, были свободными жителями Галактики и своей гравитацией собирали вещество из галактических облаков, формируя свои атмосферы, океаны и кору, которые наращивались на тяжелые ядра сверхплотного вещества, некогда выброщенного из чёрных дыр. У более тяжелых приобретенные оболочки получались более мощные, у легких – значительно тоньше. Большие планетоиды захватывали своей гравитацией малые и "сдирали" с них атмосферы, оголяя их до коры, а иногда и до мантии. Сатурн "сорвал" атмосферы со всех своих спутников, кроме Титана: чтобы сорвать с Титана, гравитация Сатурна оказалась слабовата. Но Сатурн до сих пор продолжает его "раздевать". И если бы не дегазация изнутри Титана, то его атмосфера давно бы иссякла.
У Юпитера гравитация значительно мощнее, чем у Сатурна, поэтому он "раздел" от атмосфер все свои спутники. Планеты земной группы с трудом удерживают свои атмосферы. С Меркурия гравитация Солнца "сорвала" всю его былую атмосферу и почти всю гидросферу. С Луны атмосферу, скорее всего, "позаимствовала" Земля. Но и Земля теряет атмосферу с приличной скоростью – за ней по орбите тоже тянется шлейф газа. Теряет атмосферу и Венера, но у нее она интенсивно пополняется за счет дегазации недр.
