Сидерический период сатурна как найти

Сатурн
Планета
Изображение Сатурна на основе снимков КА «Кассини», сделанных 25 апреля 2016 года.
Орбитальные характеристики
Перигелий	1 353 572 956 км 9,048 а. е.
Афелий	1 513 325 783 км 10,116 а. е.
Большая полуось (a)	1 429 394 069 ± 0 км[11] и 1 426 666 414 179,9 м[12]
Эксцентриситет орбиты (e)	0,055723219
Сидерический период обращения	10 759,22 суток (29,46 года)[1]
Синодический период обращения	378,09 суток
Орбитальная скорость (v)	9,69 км/с
Наклонение (i)	2,485240° 5,51° (относительно солнечного экватора)
Долгота восходящего узла (Ω)	113,642 811°
Аргумент перицентра (ω)	336,013 862°
Чей спутник	Солнце
Спутники	145[2]
Физические характеристики
Полярное сжатие	0,09796 ± 0,00018
Экваториальный радиус	60 268 ± 4 км[3]
Полярный радиус	54 364 ± 10 км[3]
Средний радиус	58 232 ± 6 км[4]
Площадь поверхности (S)	4,272⋅1010 км²[5]
Объём (V)	8,2713⋅1014 км³[6]
Масса (m)	5,6846⋅1026 кг[6] 95,2 земных
Средняя плотность (ρ)	0,687 г/см³[3][6]
Ускорение свободного падения на экваторе (g)	10,44 м/с²[6]
Первая космическая скорость (v1)	25,535 км/с[7]
Вторая космическая скорость (v2)	35,5 км/с[6]
Экваториальная скорость вращения	9,87 км/c
Период вращения (T)	10 ч 32 мин 45 с ± 46 с[8][9]
Наклон оси	26,73°[6]
Склонение северного полюса (δ)	83,537°
Альбедо	0,342 (альбедо Бонда) 0,47 (геом. альбедо)[6]
Видимая звёздная величина	от +1,47 до −0,24[10]
Абсолютная звёздная величина	-8,9 m
Угловой диаметр	14,5″—20,1″
Температура
	мин. сред. макс.
уровень 1 бара	134 K
0,1 бара	84 K
Атмосфера
Состав: ~96 % Водород (H2) ~3 % Гелий ~0,4 % Метан ~0,01 % Аммиак ~0,01 % Дейтерид водорода (HD) ~0,0007 % Этан Льды: Аммиачные Водяные Гидросульфид аммония (NH4SH)
Медиафайлы на Викискладе
Информация в Викиданных

Сату́рн — шестая планета по удалённости от Солнца и вторая по размерам планета в Солнечной системе после Юпитера. Сатурн классифицируется как газовая планета-гигант. Сатурн назван в честь римского бога земледелия. Символ Сатурна — .

В основном Сатурн состоит из водорода, с примесями гелия и следами воды, метана, аммиака и тяжёлых элементов. Внутренняя область представляет собой относительно небольшое ядро из железа, никеля и льда, покрытое тонким слоем металлического водорода и газообразным внешним слоем. Внешняя атмосфера планеты кажется из космоса спокойной и однородной, хотя иногда на ней появляются долговременные образования. Скорость ветра на Сатурне может достигать местами 1800 км/ч, что значительно больше, чем на Юпитере. У Сатурна имеется планетарное магнитное поле, занимающее промежуточное положение по напряжённости между магнитным полем Земли и мощным полем Юпитера. Магнитное поле Сатурна простирается на 1 000 000 километров в направлении Солнца. Ударная волна была зафиксирована «Вояджером-1» на расстоянии в 26,2 радиуса Сатурна от самой планеты, магнитопауза расположена на расстоянии в 22,9 радиуса.

Сатурн обладает заметной системой колец, состоящей главным образом из частичек льда, меньшего количества тяжёлых элементов и пыли. Вокруг планеты обращается 145 известных на данный момент спутника^[13]. Титан — самый крупный из них, а также второй по размерам спутник в Солнечной системе (после спутника Юпитера, Ганимеда), который превосходит по своим размерам Меркурий и обладает единственной среди спутников планет Солнечной системы плотной атмосферой, а также метановыми морями и озерами.

На орбите Сатурна находилась автоматическая межпланетная станция (АМС) «Кассини», запущенная в 1997 году и достигшая системы Сатурна в 2004 году. В задачи АМС входило изучение структуры колец, а также динамики атмосферы и магнитосферы планеты. 15 сентября 2017 года станция завершила свою миссию, сгорев в атмосфере планеты^[14].

Сатурн среди планет Солнечной системы[править | править код]

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 — 54 400 км^[6]; из всех планет Солнечной системы Сатурн обладает наибольшим сжатием. Масса планеты в 95,2 раза превышает массу Земли, однако средняя плотность Сатурна составляет всего 0,687 г/см³^[6], что делает его единственной планетой Солнечной системы, чья средняя плотность меньше плотности воды. Поэтому, хотя массы Юпитера и Сатурна различаются более чем в 3 раза, их экваториальный диаметр различается только на 19 %. Плотность остальных газовых гигантов значительно больше (1,27—1,64 г/см³). Ускорение свободного падения на экваторе составляет 10,44 м/с², что сопоставимо со значениями Земли и Нептуна, но намного меньше, чем у Юпитера.

Орбитальные характеристики и вращение[править | править код]

Среднее расстояние между Сатурном и Солнцем составляет 1430 млн км (9,58 а. е.)^[6]. Двигаясь со средней скоростью 9,69 км/с, Сатурн обращается вокруг Солнца за 10 759 суток (примерно 29,5 лет). Расстояние от Сатурна до Земли меняется в пределах от 1195 (8,0 а. е.) до 1660 (11,1 а. е.) млн км, среднее расстояние во время их противостояния около 1280 млн км^[6]. 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 млн км^[6].

Видимые при наблюдениях характерные объекты атмосферы Сатурна вращаются с разной скоростью в зависимости от широты. Как и в случае Юпитера, имеется несколько групп таких объектов. Так называемая «Зона 1» имеет период вращения 10 ч 14 мин 00 с (то есть угловая скорость составляет 844,3°/сутки, или 2,345 оборота/сутки). Она простирается от северного края южного экваториального пояса до южного края северного экваториального пояса. На всех остальных широтах Сатурна, составляющих «Зону 2», период вращения первоначально был оценён в 10 ч 39 мин 24 с (скорость 810,76°/сутки или 2,2521 оборота/сутки). Впоследствии данные были пересмотрены: была дана новая оценка — 10 ч, 34 мин и 13 с^[8][9]. «Зона 3», наличие которой предполагается на основе наблюдений радиоизлучения планеты в период полёта «Вояджера−1», имеет период вращения 10 ч 39 мин 22,5 с (скорость 810,8°/сутки или 2,2522 оборота/сутки).

В качестве продолжительности оборота Сатурна вокруг оси принята величина 10 часов, 34 минуты и 13 секунд^[15]. Сатурн — единственная планета, у которой осевая скорость вращения на экваторе больше орбитальной скорости вращения (9,87 км/с и 9,69 км/с соответственно). Точная величина периода вращения внутренних частей планеты остаётся трудноизмеримой. Когда аппарат «Кассини» достиг Сатурна в 2004 году, было обнаружено, что согласно наблюдениям радиоизлучения длительность оборота внутренних частей заметно превышает период вращения в «Зоне 1» и «Зоне 2» и составляет приблизительно 10 ч 45 мин 45 с (± 36 с)^[16].

Дифференциальное вращение атмосферы Сатурна подобно вращению атмосфер Юпитера и Венеры, а также Солнца. Скорость вращения Сатурна переменна не только по широте и глубине, но и во времени. Впервые это обнаружил А. Вилльямс^[17]. Анализ переменности периода вращения экваториальной зоны Сатурна за 200 лет показал, что основной вклад в эту переменность вносит полугодовой и годовой циклы^[18].

В марте 2007 года было обнаружено, что вращение диаграммы направленности радиоизлучения Сатурна порождено конвекционными потоками в плазменном диске, которые зависят не только от вращения планеты, но и от других факторов. Было также сообщено, что колебание периода вращения диаграммы направленности связано с активностью гейзера на спутнике Сатурна — Энцеладе. Заряженные частицы водяных паров на орбите планеты приводят к искажению магнитного поля и, как следствие, картины радиоизлучения. Обнаруженная картина породила мнение, что на сегодняшний день вообще не существует корректного метода определения скорости вращения ядра планеты^[19][20][21].

Происхождение[править | править код]

Происхождение Сатурна (равно как и Юпитера) объясняют две основные гипотезы. Согласно гипотезе «контракции», схожесть состава Сатурна с Солнцем в том, что у обоих небесных тел имеется большая доля водорода, и, как следствие, малую плотность можно объяснить тем, что в процессе формирования планет на ранних стадиях развития Солнечной системы в газопылевом диске образовались массивные «сгущения», давшие начало планетам, то есть Солнце и планеты формировались схожим образом. Тем не менее, эта гипотеза не может объяснить различия состава Сатурна и Солнца^[22].

Гипотеза «аккреции» гласит, что процесс образования Сатурна происходил в два этапа. Сначала в течение 200 миллионов лет^[22] шёл процесс формирования твёрдых плотных тел, наподобие планет земной группы. Во время этого этапа из области Юпитера и Сатурна диссипировала часть газа, что затем повлияло на различие в химическом составе Сатурна и Солнца. Затем начался второй этап, когда самые крупные тела достигли удвоенной массы Земли. На протяжении нескольких сотен тысяч лет длился процесс аккреции газа на эти тела из первичного протопланетного облака.
На втором этапе температура наружных слоёв Сатурна достигала 2000 °C^[22].

Атмосфера и строение[править | править код]

Верхние слои атмосферы Сатурна состоят на 96,3 % из водорода (по объёму) и на 3,25 % — из гелия^[23] (по сравнению с 10 % в атмосфере Юпитера). Имеются примеси метана, аммиака, фосфина, этана и некоторых других газов^[24][25]. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских. Облака нижней части атмосферы состоят из гидросульфида аммония (NH₄SH) или воды^[26].

По данным «Вояджеров», на Сатурне дуют сильные ветра, до 500 м/с^[27]. 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 указывает, что циркуляция атмосферы происходит не только в слое верхних облаков, но и на глубине, по крайней мере, до 2 тыс. км. Кроме того, измерения «Вояджера-2» показали, что ветры в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора. Есть предположение, что симметричные потоки как-то связаны под слоем видимой атмосферы^[27].

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 2010 году (менее крупные ураганы образуются чаще).

12 ноября 2008 года камеры станции «Кассини» получили изображения северного полюса Сатурна в инфракрасном диапазоне. На них исследователи обнаружили полярные сияния, подобные которым не наблюдались ещё ни разу в Солнечной системе. Также данные сияния наблюдались в ультрафиолетовом и видимом диапазонах^[28]. Полярные сияния представляют собой яркие непрерывные кольца овальной формы, окружающие полюс планеты^[29]. Кольца располагаются на широте, как правило, в 70—80°^[30]. Южные кольца располагаются на широте в среднем 75 ± 1°, а северные — ближе к полюсу примерно на 1,5°, что связано с тем, что в северном полушарии магнитное поле несколько сильнее^[31]. Иногда кольца становятся спиральной формы вместо овальной^[28].

В отличие от Юпитера полярные сияния Сатурна не связаны с неравномерностью вращения плазменного слоя во внешних частях магнитосферы планеты^[30]. Предположительно, они возникают из-за магнитного пересоединения под действием солнечного ветра^[32]. Форма и вид полярных сияний Сатурна сильно меняются с течением времени^[29]. Их расположение и яркость сильно связаны с давлением солнечного ветра: чем оно больше, тем сияния ярче и ближе к полюсу^[29]. Среднее значение мощности полярного сияния составляет 50 ГВт в диапазоне 80—170 нм (ультрафиолет) и 150—300 ГВт в диапазоне 3—4 мкм (инфракрасный)^[30].

Во время бурь и штормов на Сатурне наблюдаются мощные разряды молнии. Электромагнитная активность Сатурна, вызванная ими, колеблется с годами от почти полного отсутствия до очень сильных электрических бурь^[33].

28 декабря 2010 года «Кассини» сфотографировал шторм, напоминающий сигаретный дым^[34]. Ещё один, особенно мощный шторм, был зафиксирован 20 мая 2011 года^[35].

Шестиугольное образование на северном полюсе[править | править код]

Облака на северном полюсе Сатурна образуют гигантский шестиугольник (гексагон). Впервые это обнаружено во время пролётов «Вояджера» около Сатурна в 1980-х годах^[36][37][38], подобное явление никогда не наблюдалось ни в одном другом месте Солнечной системы. Шестиугольник располагается на широте 78°, и каждая его сторона составляет приблизительно 13 800 км, то есть больше диаметра Земли и внутри него могут поместиться четыре Земли. Период его вращения — 10 часов 39 минут. Этот период совпадает с периодом изменения интенсивности радиоизлучения, который, в свою очередь, принят равным периоду вращения внутренней части Сатурна.

Странная структура облаков показана на инфракрасном изображении, полученном обращающимся вокруг Сатурна космическим аппаратом «Кассини» в октябре 2006 года. Изображения показывают, что шестиугольник оставался стабильным все 20 лет после полёта «Вояджера»^[36], причём шестиугольная структура облаков сохраняется во время их вращения. Отдельные облака на Земле могут иметь форму шестиугольника, но, в отличие от них, шестиугольник на Сатурне близок к правильному.
Предполагается, что в районе гексагона имеется значительная неравномерность облачности. Области, в которых облачность практически отсутствует, имеют высоту до 75 км^[36].

Полного объяснения этого явления пока нет, однако учёным удалось провести эксперимент, который довольно точно смоделировал эту атмосферную структуру^[39]. 30-литровый баллон с водой поставили на вращающуюся установку, причём внутри были размещены маленькие кольца, вращающиеся быстрее ёмкости. Чем больше была скорость кольца, тем больше форма вихря, который образовывался при совокупном вращении элементов установки, отличалась от круговой. В этом эксперименте был получен, в том числе, и 6-угольный вихрь^[40].

В центре гексагона Северного полюса Сатурна вращается большой турбулентный вихрь. Такой же вихрь имеется и на его Южном полюсе, но без гексагона^[41].

Внутреннее строение[править | править код]

В глубине атмосферы Сатурна растут давление и температура, а водород переходит в жидкое состояние, однако этот переход является постепенным^[42]. На глубине около 30 тыс. км водород становится металлическим (давление там достигает около 3 миллионов атмосфер). Циркуляция электрических токов в металлическом водороде создаёт магнитное поле (гораздо менее мощное, чем у Юпитера). В центре планеты находится массивное ядро из твёрдых и тяжёлых материалов — силикатов, металлов и, предположительно, льда. Его масса составляет приблизительно от 9 до 22 масс Земли^[43]. Температура ядра достигает 11 700 °C, а энергия, которую Сатурн излучает в космос, в 2,5 раза больше энергии, которую планета получает от Солнца. Значительная часть этой энергии генерируется за счёт механизма Кельвина — Гельмгольца (когда температура планеты падает, то падает и давление в ней, в результате она сжимается, а потенциальная энергия её вещества переходит в тепло). При этом, однако, было показано, что этот механизм не может являться единственным источником энергии планеты^[44]. Предполагается, что дополнительная часть тепла создаётся за счёт конденсации и последующего падения капель гелия через слой водорода (менее плотный, чем капли) вглубь ядра^[45][46]. Результатом является переход потенциальной энергии этих капель в тепловую. По оценкам, область ядра имеет диаметр приблизительно 25 000 км^[46].

Магнитное поле[править | править код]

Магнитосфера Сатурна открыта космическим аппаратом «Пионер-11» в 1979 году. По размерам уступает только магнитосфере Юпитера. Магнитопауза, граница между магнитосферой Сатурна и солнечным ветром, расположена на расстоянии порядка 20 радиусов Сатурна от его центра, а хвост магнитосферы протягивается на сотни радиусов. Магнитосфера Сатурна наполнена плазмой, продуцируемой планетой и её спутниками. Среди спутников наибольшую роль играет Энцелад, гейзеры которого выбрасывают водяной пар, часть которого ионизируется магнитным полем Сатурна^[47][48].

Взаимодействие между магнитосферой Сатурна и солнечным ветром генерирует яркие овалы полярного сияния вокруг полюсов планеты, наблюдаемые в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном свете.

Магнитное поле Сатурна, так же как и Юпитера, создаётся за счёт эффекта динамо при циркуляции металлического водорода во внешнем ядре. Магнитное поле является почти дипольным, так же как и у Земли, с северным и южным магнитными полюсами. Северный магнитный полюс находится в северном полушарии, а южный — в южном, в отличие от Земли, где расположение географических полюсов противоположно расположению магнитных^[32]. Величина магнитного поля на экваторе Сатурна 21 мкТл (0,21 Гс), что соответствует дипольному магнитному моменту примерно в 4,6 × 10¹⁸ Тл·м³^[49]. Магнитный диполь Сатурна жёстко связан с его осью вращения, поэтому магнитное поле очень асимметрично. Диполь несколько смещён вдоль оси вращения Сатурна к северному полюсу. Магнитная ось Сатурна практически совпадает с осью его вращения — угол отклонения не превышает 0,01° (у Земли — 11°)^[50].

Внутреннее магнитное поле Сатурна отклоняет солнечный ветер от поверхности планеты, предотвращая его взаимодействие с атмосферой, и создаёт область, называемую магнитосферой и наполненную плазмой совсем иного вида, чем плазма солнечного ветра. Магнитосфера Сатурна — вторая по величине в Солнечной системе, наибольшая — магнитосфера Юпитера. Как и в магнитосфере Земли, граница между солнечным ветром и магнитосферой называется магнитопаузой. Расстояние от магнитопаузы до центра планеты (по прямой Солнце — Сатурн) варьируется от 16 до 27 R_♄ (R_♄ = 60 330 км — экваториальный радиус Сатурна)^[48][51]. Расстояние зависит от давления солнечного ветра, который зависит от солнечной активности. Среднее расстояние до магнитопаузы составляет 22 R_♄. С другой стороны планеты солнечный ветер растягивает магнитное поле Сатурна в длинный магнитный хвост.

Исследования планеты[править | править код]

Сатурн — одна из пяти планет Солнечной системы, легко видимых невооружённым глазом с Земли (в максимуме блеск Сатурна превышает первую звёздную величину). Чтобы наблюдать кольца Сатурна, необходим телескоп с апертурой не менее 15 мм^[52]. При апертуре инструмента в 100 мм видны более тёмная полярная шапка, тёмная полоса у тропика и тень колец на планете. А при апертуре 150—200 мм станут различимы четыре-пять полос облаков в атмосфере и неоднородности в них, но их контраст будет заметно меньше, чем у юпитерианских.

Впервые наблюдая Сатурн через телескоп в 1609—1610 годах, Галилео Галилей заметил, что Сатурн выглядит не как единое небесное тело, а как три тела, почти касающихся друг друга, и высказал предположение, что это два крупных «компаньона» (спутника) Сатурна. Два года спустя Галилей повторил наблюдения и, к своему изумлению, не обнаружил «спутников»^[53].

В 1659 году Гюйгенс с помощью более мощного телескопа выяснил, что «компаньоны» — это на самом деле тонкое плоское кольцо, опоясывающее планету и не касающееся её. Гюйгенс также открыл самый крупный спутник Сатурна — Титан. Начиная с 1675 года изучением планеты занимался Кассини. Он заметил, что кольцо состоит из двух колец, разделённых чётко видимым зазором — щелью Кассини, и открыл ещё несколько крупных спутников Сатурна: Япет, Тефию, Диону и Рею^[54].

В дальнейшем значительных открытий не было до 1789 года, когда Уильям Гершель открыл ещё два спутника — Мимас и Энцелад. Затем группой британских астрономов был открыт спутник Гиперион, с формой, сильно отличающейся от сферической, находящийся в орбитальном резонансе с Титаном^[55].
В 1899 году Уильям Пикеринг открыл Фебу, которая относится к классу нерегулярных спутников и не вращается синхронно с Сатурном как большинство спутников. Период её обращения вокруг планеты — более 500 дней, при этом обращение идёт в обратном направлении.
В 1944 году Джерардом Койпером было открыто наличие мощной атмосферы на другом спутнике — Титане^[56][57]. Данное явление для спутника уникально в Солнечной системе.

В 1990-х Сатурн, его спутники и кольца неоднократно исследовались космическим телескопом «Хаббл». Долговременные наблюдения дали немало новой информации, которая была недоступна для «Пионера-11» и «Вояджеров» при их однократном пролёте мимо планеты. Также было открыто несколько спутников Сатурна, и определена максимальная толщина его колец.
Также широкомасштабные наблюдения Сатурна велись Южной Европейской обсерваторией в период с 2000 по 2003 год, было обнаружено несколько маленьких спутников неправильной формы^[58].

Исследования с помощью космических аппаратов

В 1979 году автоматическая межпланетная станция (АМС) США «Пионер-11» впервые в истории пролетела вблизи Сатурна. Изучение планеты началось 2 августа 1979 года. Окончательное сближение с Сатурном состоялось 1 сентября 1979 года^[60]. Во время полёта аппарат приблизился к слою максимальной облачности планеты на расстояние 21 400 км^[61]. Были получены изображения планеты и некоторых её спутников, однако их разрешение было недостаточно для того, чтобы разглядеть детали поверхности. Также, ввиду малой освещённости Сатурна Солнцем, изображения были слишком тусклые. Аппарат также пролетел под плоскостью колец для их изучения. В числе открытий было обнаружение тонкого кольца F. Кроме того, было обнаружено, что многие участки, видимые с Земли как светлые, были видны с «Пионера-11» как тёмные, и наоборот^[60]. Также аппаратом была измерена температура Титана. Исследования планеты продолжались до 15 сентября, после чего аппарат стал удаляться от Сатурна и Солнца^[61].

В 1980—1981 гг. за «Пионером-11» последовали также американские АМС «Вояджер-1» и «Вояджер-2». «Вояджер-1» сблизился с планетой 13 ноября 1980 года, но его исследование Сатурна началось ещё за три месяца до этого. Во время прохождения был сделан ряд фотографий в высоком разрешении. Удалось получить изображение спутников: Титана, Мимаса, Энцелада, Тефии, Дионы, Реи. При этом аппарат пролетел около Титана на расстоянии всего 6500 км, что позволило собрать данные о его атмосфере и температуре^[62]. Было установлено, что атмосфера Титана настолько плотная, что не пропускает достаточного количества света в видимом диапазоне, поэтому фотографий деталей его поверхности получить не удалось. После этого аппарат покинул плоскость эклиптики Солнечной системы, чтобы заснять Сатурн с полюса^[63].

Годом позже, 25 августа 1981 года, к Сатурну приблизился «Вояджер-2». За время своего пролёта аппарат произвёл исследование атмосферы планеты с помощью радара. Были получены данные о температуре и плотности атмосферы. На Землю было отправлено около 16 000 фотографий с наблюдениями. Во время полётов система поворота камеры заклинилась на несколько суток, и часть необходимых изображений получить не удалось. Затем аппарат, используя силу притяжения Сатурна, развернулся и полетел по направлению к Урану^[63]. Также эти аппараты впервые обнаружили магнитное поле Сатурна и исследовали его магнитосферу, наблюдали штормы в атмосфере Сатурна, получили детальные снимки структуры колец и выяснили их состав. Были открыты щель Максвелла и щель Килера в кольцах. Кроме того, около колец было открыто несколько новых спутников планеты.

В 1997 году к Сатурну была запущена АМС «Кассини-Гюйгенс», которая после 7 лет полёта 1 июля 2004 года 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.

До выхода на орбиту в июне 2004 года АМС прошла мимо Фебы и послала на Землю её снимки в высоком разрешении и другие данные. Кроме того, американский орбитальный аппарат «Кассини» неоднократно пролетал у Титана. Были получены изображения больших озёр и их береговой линии со значительным количеством гор и островов. Затем специальный европейский зонд «Гюйгенс» отделился от аппарата и на парашюте 14 января 2005 года спустился на поверхность Титана. Спуск занял 2 часа 28 минут. Во время спуска «Гюйгенс» отбирал пробы атмосферы. Согласно интерпретации данных с зонда «Гюйгенс», верхняя часть облаков состоит из метанового льда, а нижняя — из жидких метана и азота^[64].

С начала 2005 года учёные наблюдали за излучением, идущим с Сатурна. 23 января 2006 года на Сатурне произошёл шторм, который дал вспышку, в 1000 раз превосходящую по мощности обычное излучение в диапазоне радиочастот^[65]. В 2006 году НАСА доложило об обнаружении аппаратом очевидных следов воды, которые извергаются гейзерами Энцелада^[66]. В мае 2011 года учёные НАСА заявили, что Энцелад «оказался наиболее приспособленным для жизни местом в Солнечной системе после Земли»^[67][68].

Фотографии, сделанные «Кассини», позволили сделать другие значительные открытия. По ним были обнаружены ранее неоткрытые кольца планеты вне главной яркой области колец и внутри колец G и Е. Данные кольца получили названия R/2004 S1 и R/2004 S2^[70]. Предполагается, что материал для этих колец мог образоваться вследствие удара о Янус или Эпиметей метеорита или кометы^[71].

В июле 2006 года снимки «Кассини» позволили установить наличие углеводородного озера недалеко от северного полюса Титана. Окончательно этот факт был подтверждён дополнительными снимками в марте 2007 года^[72]. В октябре 2006 года на южном полюсе Сатурна был обнаружен ураган диаметром 8000 км^[73].

В октябре 2008 года «Кассини» передал изображения северного полушария планеты. С 2004 года, когда «Кассини» подлетел к ней, произошли заметные изменения, и теперь она окрашена в необычные цвета. Причины этого пока непонятны. Предполагается, что недавнее изменение цветов связано со сменой времён года. C 2004 года по 2 ноября 2009 года с помощью аппарата были открыты 8 новых спутников. Основная миссия «Кассини» закончилась в 2008 году, когда аппарат совершил 74 витка вокруг планеты. Затем задачи зонда были продлены до сентября 2010 года, а потом до 2017 года для изучения полного цикла сезонов Сатурна^[74].

В 2009 году появился совместный американско-европейский проект НАСА и ЕКА по запуску АМС «Titan Saturn System Mission» для изучения Сатурна и его спутников Титана и Энцелада. В ходе него станция 7—8 лет будет лететь к системе Сатурна, а затем станет спутником Титана на два года. Также с неё будут спущены воздушный шар-зонд в атмосферу Титана и посадочный модуль (возможно, плавающий)^[75][76].

Спутники[править | править код]

Крупнейшие спутники — Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан и Япет — были открыты к 1789 году, однако и по сегодняшний день остаются основными объектами исследований. Диаметры этих спутников варьируются в пределе от 397 (Мимас) до 5150 км (Титан), большая полуось орбиты от 186 тыс. км (Мимас) до 3561 тыс. км (Япет). Распределение по массам соответствует распределению по диаметрам. Наибольшим эксцентриситетом орбиты обладает Титан, наименьшим — Диона и Тефия. Все спутники c известными параметрами находятся выше синхронной орбиты^[77], что приводит к их постепенному удалению.

Самый крупный из спутников — Титан. Также он является вторым по величине в Солнечной системе в целом, после спутника Юпитера Ганимеда. Титан состоит примерно наполовину из водяного льда и наполовину — из скальных пород. Такой состав схож с некоторыми другими крупными спутниками газовых планет, но Титан сильно отличается от них составом и структурой своей атмосферы, которая преимущественно состоит из азота, также имеется небольшое количество метана и этана, которые образуют облака. Также Титан является единственным, кроме Земли, телом в Солнечной системе, для которого доказано существование жидкости на поверхности^[78]. Возможность возникновения простейших организмов не исключается учёными^[79]. Диаметр Титана на 50 % больше, чем у Луны. Также он превосходит размерами планету Меркурий, хотя и уступает ей по массе.

Другие основные спутники также имеют характерные особенности. Так, Япет имеет два полушария с разным альбедо (0,03—0,05 и 0,5 соответственно). Поэтому, когда Джованни Кассини открыл данный спутник, то обнаружил, что он виден только тогда, когда находится по определённую сторону от Сатурна^[80]. Ведущее и заднее полушария Дионы и Реи также имеют свои отличия. Ведущее полушарие^[81] Дионы сильно кратерировано и однородно по яркости. Заднее полушарие содержит тёмные участки, а также паутину тонких светлых полосок, являющихся ледяными хребтами и обрывами. Отличительной особенностью Мимаса является огромный ударный кратер Гершель диаметром 130 км. Аналогично Тефия имеет кратер Одиссей диаметром 400 км. Энцелад согласно изображениям «Вояджер-2» имеет поверхность с участками разного геологического возраста, массивными кратерами в средних и высоких северных широтах и незначительными кратерами ближе к экватору^[82].

По состоянию на октябрь 2019 года известно 82 спутника Сатурна, 12 из которых открыты при помощи космических аппаратов: «Вояджер-1» (1980), «Вояджер-2» (1981), «Кассини» (2004—2007). Большинство спутников, кроме Гипериона и Фебы, имеет синхронное собственное вращение — они повёрнуты к Сатурну всегда одной стороной. Информации о вращении самых мелких спутников нет. Тефии и Дионе сопутствуют по два спутника в точках Лагранжа L4 и L5^[83].

В течение 2006 года команда учёных под руководством Дэвида Джуитта из Гавайского университета, работающих на японском телескопе Субару на Гавайях, объявляла об открытии 9 спутников Сатурна. Все они относятся к так называемым нерегулярным спутникам, которые отличаются ретроградной орбитой. Период их обращения вокруг планеты составляет от 862 до 1300 дней^[84].

В 2015 году впервые были получены качественные снимки с изображением одного из спутников Тефии с хорошо освещённым гигантским ударным кратером, названным Одиссеем^[85].

В 2019 году также с помощью телескопа Субару на Гавайях командой учёных под руководством Скотта Шеппарда из Института Карнеги были обнаружены 20 новых спутников Сатурна, вращающихся по ретроградной орбите^[86].

В мае 2023 года было сообщено об открытии еще 62 спутников, а общее число спутников было заявлено как 145^[2].

Кольца[править | править код]

Сегодня известно, что у всех четырёх газообразных гигантов есть кольца, но у Сатурна они самые заметные. Кольца расположены под углом приблизительно 28° к плоскости эклиптики. Поэтому с Земли в зависимости от взаимного расположения планет они выглядят по-разному, меняется их так называемое «раскрытие» — от максимального, когда видна вся их ширина в плоскости, до минимального, очень тонкой полоски, когда эта плоскость видна «с ребра». Как предполагал ещё Гюйгенс, кольца не являются сплошным твёрдым телом, а состоят из миллиардов мельчайших частиц, находящихся на околопланетной орбите. Это было доказано спектрометрическими наблюдениями А. А. Белопольского в Пулковской обсерватории^[87] и двумя другими учёными в 1895—1896 годах^[88].

Существует три основных кольца и четвёртое — более тонкое. Все вместе они отражают больше света, чем диск самого Сатурна. Три основных кольца 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^[89][90].

Кольца Сатурна очень тонкие. При диаметре около 250 000 км их толщина не достигает и километра (хотя существуют на поверхности колец и своеобразные горы^[91]). Несмотря на внушительный вид, количество вещества, составляющего кольца, крайне незначительно. Если его собрать в монолит, его диаметр не превысил бы 100 км. На изображениях, полученных зондами, видно, что на самом деле кольца образованы из тысяч колец, чередующихся со щелями; картина напоминает дорожки грампластинок. Частички, из которых состоят кольца, имеют размер от 1 сантиметра до 10 метров^[92]. По составу они на 93 % состоят изо льда с незначительными примесями (которые могут включать в себя сополимеры, образующиеся под действием солнечного излучения, и силикаты) и на 7 % из углерода^[93][94].

Существует согласованность движения частиц в кольцах и спутников планеты. Некоторые из них, так называемые «спутники-пастухи», играют роль в удержании колец на их местах. Мимас, например, находится в резонансе 2:1 c щелью Кассини и под воздействием его притяжения вещество удаляется из неё^[95], а Пан находится внутри разделительной полосы Энке^[96]. В 2010 году были получены данные от зонда Кассини, которые говорят о том, что кольца Сатурна колеблются. Колебания складываются из постоянных возмущений, которые вносит Мимас, и самопроизвольных возмущений, возникающих из-за взаимодействия летящих в кольце частиц. Происхождение колец Сатурна ещё не совсем ясно^[97]. По одной из теорий, выдвинутой в 1849 году Эдуардом Рошем, кольца образовались вследствие распада жидкого спутника под действием приливных сил^[53]. По другой — спутник распался из-за удара кометы или астероида^[97].

Существует гипотеза, согласно которой кольца также могут быть у одного из спутников Сатурна — Реи.

Год	Раскрытие колец Сатурна (градусы)[98]
1965	0
1972	26,73
1980	0
1987	-26,73
1994	0
2002	26,73
2009	0
2016	-26,73

Наблюдать кольца Сатурна удобнее всего, когда их раскрытие максимально. В это время на Сатурне либо зима, либо лето.

Слух в 1921 году[править | править код]

В 1921 году разнёсся слух о том, что Сатурн лишился своих колец, а их частицы летят в том числе и на Землю. Ожидаемое событие настолько взбудоражило умы людей, что публиковались расчёты, когда на Землю упадут частицы колец. Слух появился из-за того, что кольца попросту повернулись ребром к земным наблюдателям, а так как они очень тонкие, то в приборы того времени их было невозможно разглядеть. Люди поняли «исчезновение колец» в прямом смысле, что и породило слух^[99].

В культуре[править | править код]

Название планеты[править | править код]

В древнем Вавилоне планету называли Кайману^[100] и сопоставляли с богом Ниниб (Нинурта)^[101].

По Цицерону, древние греки называли Сатурн (звезду Сатурна) Φαίνων (Фенон / Фаэнон / Фэйнон Фоцифер («сияющий»)^[102], Файнон^[103])^[104].

Гигин сообщает, что также называлась звездой Солнца^[105].

В индийской мифологии планете Сатурн соответствует Шани^[106].

Тимуридский поэт Алишер Навои называл в одном месте Сатурн злой планетой Кейван (Kayvon) (Хамса, I:XLII), а в другой Зуҳал^[107].

В оккультизме[править | править код]

В оккультизме Сатурн соотносится со сфирой Бина. (См. также Халдейский ряд)^[108].

Братство Сатурна (лат. Fraternitas Saturni, FS, ФС) — германский оккультный орден, основанный Евгением Гроше в 1928 году.

В фантастике, фильмах и играх[править | править код]

Сатурн стал, как и другие планеты Солнечной системы, темой некоторых научно-фантастических книг. Ещё в 1752 году Вольтер в повести «Микромегас» описал встречу на Сатурне местного жителя и гигантского существа с планеты, вращающейся вокруг Сириуса. В современной фантастике Роджер Желязны в рассказе «Песня чужого мира» описал обитателей Сатурна, как разумных пузырей, которые при помощи водородных шарльеров поддерживают высоту своего парения в области, пригодной для их жизни. Там же он высказал мнение, что планета может быть полезна Земле, как источник уникальных газов и органических соединений^[109].

В «Дознании» из цикла «Рассказы о пилоте Пирксе» Станислава Лема кульминация сюжета разворачивается возле Сатурна, через кольца которого «взбунтовавшийся» робот направил звездолёт.

Кроме того, в литературе часто упоминается его спутник Титан, в том числе потому, что он является самым крупным спутником Сатурна, имеет плотную атмосферу, а также имеет жидкость (метан) на своей поверхности. Например, в «Дьявольском интерфейсе» Альфреда Бестера метановая вода Титана включает в себя очень ценный комплекс органических соединений, нужный для Земли^[109]. В книге Курта Воннегута «Сирены Титана» главные персонажи перелетают жить на этот спутник.

Широкое внимание фантастов привлекли и кольца Сатурна. Они упоминаются в повести братьев Стругацких «Стажёры». По мнению одного из героев романа, планетолога Юрковского, кольца имеют искусственное происхождение. В повести Айзека Азимова «Путь марсиан» кольца становятся важным источником воды для марсианской колонии Земли^[109].

Сатурн является темой и для других видов творчества. В манге и аниме-мультсериале «Сейлор Мун» планету Сатурн олицетворяет девушка-воительница Сейлор Сатурн, она же Хотару Томоэ. Её атака заключается в силе разрушения, является воином смерти и перерождения^[110]. В игре Dead Space 2 действие происходит рядом с Сатурном на космической станции, которая находится на осколках Титана. Сатурн и его кольца можно увидеть в данной игре как из иллюминатора космической станции, так и в открытом космосе, выполняя поставленные задачи^{[111][112][113]}.

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

• Серафимов В. В. Сатурн, планета // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

Ссылки[править | править код]

• Сатурн: Властелин Колец // galspace.spb.ru
• Параметры колец Сатурна (англ.)
• Фотографии Сатурна, сделанные зондом «Кассини» с 2004 по 2009 годы (недоступная ссылка) (англ.)

Орбита Сатурна – траектория движения этой планеты вокруг Солнца, представляет собой эллипс.

Перигелий Сатурна (наименьшее расстояние от Солнца до Сатурна) составляет 1 353 млн км от Солнца. Наиболее удаленная точка орбиты от Солнца называется афелий. В этой точке расстояние до Солнца равно 1 513 млн км.

Средняя орбитальная скорость равна 9,69 км/сек.

Свет Солнца достигает планету за 1 час 20 мин.

Орбитальный период Сатурна

Орбитальный период – это время, за которое Сатурн делает полный оборот вокруг Солнца.  Ещё данное явления называют сидерический период обращения или сидерический год, или проще – год.

Сидерический год или период обращения Сатурна вокруг Солнца равен 29,46 лет – 10 759 земных дней.

Продолжительность суток

Масса Сатурна больше, чем у Земли. Но из-за большой скорости вращения вокруг своей оси день на газовом гиганте короче земного. Период обращения Сатурна вокруг своей оси составляет 10 часов 34 минуты и 13 секунд.

Характер перемещения атмосферы Сатурна обуславливают неодинаковую продолжительность суток в разных частях планеты.

Дело в том, что его различные части двигаются с разной скоростью, тогда как магнитный полюс и ось вращения выровнены. Поэтому скорость вращения Сатурна вокруг своей оси может быть определена несколькими путями.

Учёные применяют три способа отсчета.

Первый способ охватывает зоны Южного и Северного экваториальных поясов. Сутки здесь длятся 10 ч. 14 минут.

Второй способ основан на изучении остальных зон Сатурна. Здесь длительность суток равна 10 ч. 38 минут.

При третьем способе ученые используют радиоизлучение для измерения продолжительности суток. Они равны 10 ч. 39 минут.

Космические летательные аппараты, запущенные для исследований Сатурна давали и другие данные.

Так «Вояджеры» указали на продолжительность суток в 10 ч. 45 минут.

Сезонные изменения

Сатурн, как и Земля, имеет свои времена года. Они длятся около 7 земных лет. Смена времён года на Сатурне схожа с земной. Определить её можно наблюдая за кольцами планеты.

В определенный промежуток времени они становятся полностью видны с Земли, в другие же дни заметна их небольшая часть.

Когда кольца обращены к Солнцу, они отбрасывают тень на планету, закрывая её от солнечных лучей. Это означает наступление зимы на Сатурне.

Смена времён года вызывает большие перепады температур. Изменяется и цвет газового гиганта. Те его части, где наступает зима, становятся голубоватыми.

Эти изменения вызваны уменьшением интенсивности ультрафиолетового излучения – зимой оно снижается, а летом становится больше.

Орбитальный и осевой наклоны Сатурна

Осевым углом наклона называют угол между плоскостью экватора и его орбитой. Для его определения существует два способа:

1) С помощью Северного полюса небесных тел. Здесь под Северным полюсом понимается то, что находится на северной стороне Солнечной системы.

2) Определяя Северный полюс с помощью правого правила.

Определение осевого наклона Сатурна имеет ряд сложностей. Эта планета представляет собой шар из водорода и гелия. Она не имеет твёрдой основы, что усложняет наблюдения.

Различные части Сатурна двигаются с разной скоростью.  Так ученые получили разные данные о продолжительности суток на планете.

Осевой наклон Сатурна составляет 26,73 градусов.

Первая космическая скорость

Первая космическая скорость Сатурна – это физическая величина, которая показывает, какую скорость должен иметь объект для движения по орбите вокруг Сатурна.

Такой объект не сможет упасть на планету или улететь в космос.

Чтобы найти первую космическую скорость нужно знать массу объекта, радиус гравитационную постоянную Сатурна. Эта величина равна 25 км в секунду.

Оригинал статьи и многие другие материалы, вы можете найти на нашем сайте.

Ставьте, пожалуйста, лайки и подписывайтесь на канал “О планетах”. Это позволит нам публиковать больше интересных статей.

Читать еще: 12 интересных фактов о Сатурне

Сатурн — шестая по удаленности от Солнца планета Солнечной системы и вторая по величине после Юпитера. Ниже мы кратко опишем физические характеристики планеты, атмосферу Сатурна, ее внутреннее строение, расскажем о спутниках и кольцах.

Сатурн — самая далекая планета, которая была известна древним людям. На небе Сатурн похож на яркую звезду, которая медленно перемещается по созвездиям Зодиака. Греки назвали планету в честь Кроноса, бога земледелия. Кронос был отцом Зевса и первым правителем Олимпа. Современное название планеты пришло к нам из Древнего Рима — в латинском пантеоне богов Сатурн полностью соответствует Кроносу.

Краткое описание планеты Сатурн

• Сатурн — огромная планета, состоящая почти целиком из легких газов — водорода и гелия. Поэтому Сатурн относят к классу газовых гигантов. К этому же классу относится планета Юпитер.
• Экваториальный диаметр Сатурна в 9,5 раз больше диаметра Земли, а масса Сатурна в 95 раз превышает массу нашей планеты.
• По объему Сатурн в 763,6 раза больше Земли!
• Средняя плотность Сатурна составляет всего лишь 0,69 г/см³, что меньше плотности воды. Если бы во Вселенной существовал океан таких размеров, чтобы в него можно было бы поместить целую планету, Сатурн плавал в нем!
• Поверхность Сатурна — это место в атмосфере, где давление равно 1 бар или 750 мм ртутного столба. Настоящей твердой поверхности, как на Земле или на Марсе, у Сатурна нет.
• Сатурн находится почти в 10 раз дальше от Солнца, чем Земля. Поэтому на планете очень холодно — температура на поверхности равна -140° С! А в верхних слоях атмосферы и все -190°!
• Год на Сатурне длится 29,7 земных лет! Именно столько времени нужно планете, чтобы облететь Солнце по своей гигантской орбите.
• Вокруг Сатурна обращается свыше 80 спутников. Большинство из них — это неправильной формы льдины и скалы размером от 2 до 10 км. Но есть и уникальные спутники. В частности, Титан — единственный спутник в Солнечной системе, обладающий плотной атмосферой. Титан по диаметру больше Луны и даже больше, чем планета Меркурий.
• Сатурн знаменит благодаря широким и ярким кольцам, которые окружают планету со всех сторон. Кольца можно наблюдать в обычный любительский телескоп. Правда, при рассматривании их в небольшой инструмент, все они сливаются в одно колечко. Обязательно хотя бы раз взгляните на Сатурн в телескоп!

Орбита Сатурна

Как и все планеты Солнечной системы, Сатурн обращается по орбите вокруг Солнца. Среднее расстояние от Солнца до Сатурна составляет 9,58 астрономических единиц.

Напомним, что астрономическая единица равна среднему расстоянию от Земли до Солнца или примерно 150 миллионов километров. Следовательно, Сатурн в среднем находится в 9,58 раз дальше от Солнца, чем Земля, на расстоянии 1 миллиард 433 миллиона 700 тысяч километров!

А почему в среднем? Потому что орбита Сатурна не идеально круговая. Она представляет собой чуть-чуть вытянутый эллипс. Мера вытянутости или эксцентриситет для орбиты Сатурна равен 0,056. Это значит, что расстояние от Сатурна до Солнца меняется, и меняется в пределах от 9,048 а. е. до 10,116 а. е. — больше чем на одну астрономическую единицу!

Переведем в километры: планета удаляется на максимальное расстояние 1 миллиард 513 миллионов км от Солнца и приближается к нему на минимальное расстояние 1 миллиард 353 миллиона км. Разница для Сатурна несущественная: в обоих случаях планета находится очень далеко от Солнца.

Скорость движения Сатурна

Сатурн движется по орбите довольно неспешно. Его средняя орбитальная скорость составляет 9,69 км/с — почти в 3 раза медленнее Земли.

Объясняется это просто: согласно закону всемирного тяготения скорость движения по орбите вокруг Солнца зависит только от расстояния между Солнцем и планетой и не зависит от массы самой планеты.

Соседи Сатурна

Ближе всего к орбите Сатурна проходят орбиты планет Юпитер и Уран. Юпитер — пятая по удаленности от Солнца планета, она находится ближе к звезде, чем Сатурн. А Уран, будучи седьмой планетой, напротив, дальше. Их можно считать соседями Сатурна, хотя далеко не всегда они являются ближайшими к нему планетами. Дело в том, что все планеты обращаются вокруг Солнца по орбитам разных размеров и с разной скоростью. Поэтому часто оказывается так, что Юпитер и Сатурн или Сатурн и Уран оказываются далеко друг от друга или вообще по разную сторону от Солнца. Тогда соседями Сатурна становят

Период обращения Сатурна вокруг Солнца

Впервые период обращения Сатурна узнали еще древние астрономы. (Правда, они полагали, что нашли период обращения планеты вокруг Земли.) Как они это сделали? Очень просто: внимательно наблюдали за планетой. Все планеты двигаются по небу на фоне звезд. Сатурн движется очень медленно — медленнее, чем другие планеты, видимые невооруженным глазом.

Чтобы обойти все созвездия Зодиака и вернуться в начальную точку относительно звезд, Сатурну требуется почти 30 лет. А точнее 29 лет и 8 месяцев!

Это и есть период обращения Сатурна вокруг Солнца или 1 сатурнианский год.

Орбитальные характеристики Сатурна

Ниже приведены данные по орбите Сатурна, его скорости и периоду вращения вокруг своей оси в сравнении с Землёй.
* — данные по системе координат III (по радиоисточнику у 80° сев. широты)

Параметр	Сатурн	Земля	Отношение (Сатурн/Земля)
Большая полуось орбиты (млн км)	1433.529	149.596	9.583
Сидерический период обращения (дней)	10759.22	365.256	29.457
Тропический период обращения (дней)	10746.94	365.242	29.424
Перигелий (млн км)	1352.555	147.092	9.195
Афелий (млн км)	1514.504	152.099	9.957
Синодический период (дней)	378.09	–	–
Средняя орбитальная скорость (км/с)	9.68	29.78	0.325
Макс. Орбитальная скорость (км/с)	10.18	30.29	0.336
Мин. Орбитальная скорость (км/с)	9.09	29.29	0.31
Наклонение орбиты (град.)	2.485	0	–
Эксцентриситет	0.0565	0.0167	3.383
Звездные сутки (период вращения вокруг своей оси, ч)	10,656*	23.9345	0.445
Солнечные сутки (ч)	10.656	24	0.444
Наклон экватора к орбите (град.)	26.73	23.44	1.14

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.

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.

Внутреннее строение Сатурна

Выше мы упоминали, что Сатурн это газовый гигант, и у него нет твердой поверхности. Если бы космический корабль попытался сесть на Сатурн, у него это не получилось. Но и пролететь беспрепятственно сквозь планету, как сквозь облако, он тоже не смог бы!

Дело в том, что по мере погружения вглубь Сатурна давление атмосферы растет до такой степени, что газ становится похож на жидкость.

Представьте, что вы погружаетесь в океан, у которого нет дна. Рано или поздно он сомнет ваш батискаф, каким бы крепким он ни был. То же произойдет и с космическим кораблем, который попытался бы сесть на Сатурн. Сначала он будет смят, затем расплавлен, ведь с давлением растет и температура, и в конце концов превращен в пар.

На расстоянии примерно 1/3 от края Сатурна до его центра атмосфера становится настолько плотной (ее сжимает давление вышележащего газа), что переходит в жидкое состояние. Атмосферный водород приобретает свойства металла и становится проводником электрического тока. Такой водород физики называют металлическим.

Вероятно, в самом центре планеты находится очень плотное, горячее и твердое ядро, состоящее из железа и никеля, а также горных пород, масса которого в несколько раз больше массы Земли. Но попасть на это ядро не сможет ни один космический аппарат.

Гравитация на Сатурне

Такая большая планета, как Сатурн, по идее должна обладать мощным полем тяготения. С одной стороны это так — первая космическая скорость равна 25,5 км/с. Именно такую скорость должна развить ракета, чтобы стартовав с поверхности планеты (которой, повторимся, на самом деле нет!), выйти на орбиту вокруг Сатурна. Это втрое больше первой космической скорости Земли.

С другой стороны, если бы у планеты была твердая поверхность на уровне наблюдаемых из космоса облаков, то человек вполне мог бы ходить, сидеть и лежать на этой поверхности, не опасаясь быть раздавленным силой тяжести. Ускорение свободного падения на Сатурне составляет 10,44 м/с², что лишь немного больше, чем на Земле (9,81 м/с²). А на экваторе оно даже ниже земного из-за действия центробежных сил!

Такое ускорение определяется большими размерами и низкой плотностью планеты.

Кольца Сатурна

Замечательные, яркие и широкие кольца являются главным украшением Сатурна. Впервые заметил их еще Галилео Галилей в 1610 году, наблюдая за планетой в первый телескоп. Но великий ученый не понял до конца, что именно он наблюдает. Телескоп Галилея имел несовершенную оптику и давал увеличение всего лишь 32×, поэтому вместо колец астроном наблюдал необычные вытянутости, отростки по бокам от планеты. Галилей решил, что наблюдает спутники Сатурна.

То, что Сатурн окружен именно кольцом, открыл голландский ученый Христиан Гюйгенс в 1655 году. Позже итальянский астроном Доменико Кассини рассмотрел в кольце зазор, щель, названную впоследствии его именем.

Внешнюю часть кольца стали называть кольцом А, а внутреннюю — кольцом B. Позже выяснилось, что кольцо Сатурна состоит из бесчисленного множества узких колечек.

Хотя ширина колец больше диаметра Земли, средняя толщина их составляет не более 150 метров! Состоят кольца из пыли, льдинок и загрязненных частичек снега, летящих каждая по своей орбите вокруг Сатурна в плоскости экватора планеты. В полете они, конечно, сталкиваются друг с другом, разрушаются, и переходят с орбиты на орбиту. Средний размер частичек составляет всего лишь несколько сантиметров. Но встречаются и глыбы диаметром до 10 метров.

Система Сатурна

Сатурн окружен обширной свитой из спутников. На 2021 год известно 82 спутника, диаметром от 300 м (спутник S/2009 S 1) до 5150 км (спутник Титан). Большинство спутников представляют собой неправильные глыбы, состоящие из смеси льда, снега и пыли.

Пять спутников имеют поперечник свыше 1000 км, еще семь — от 100 до 500 км.

Среди спутников Сатурна особо следует выделить Энцелад, шарообразное тело диаметром 499 км. Астрономы неоднократно наблюдали водяные гейзеры, вырывающиеся из трещин в ледяной поверхности Энцелада. Сегодня считается практически доказанным, что под поверхностью спутника находится океан жидкой воды.

Титан, крупнейший спутник Сатурна, представляет собой фантастический мир. Он окружен плотной азотной атмосферой, похожей на земную. Поверхность его покрыта снегом, реками, озерами и даже морями. Но состоят они не из воды, а из простых органических соединений — метана, этана, пропана… Как и на Земле, на Титане есть смена времен года, там идут дожди, формируются облака и циклоны. И все при температуре -180°С!

В системе Сатурна есть и другие интересные спутники. На поверхности Мимаса есть огромный кратер, который придает спутнику сходство со Звездой смерти из кинофильма Звездные войны. Спутник Япет с одной стороны яркий, как снег, с другой темный, как уголь.

Множество небольших спутников блуждают вокруг и внутри колец Сатурна, своей гравитацией придавая устойчивость кольцам. Такие объекты называют спутниками-пастухами.

Система Сатурна — это уникальный, захватывающий и загадочный мир, который требует дальнейших исследований.

Происхождение Сатурна

Если говорить в целом, то Сатурн родился совместно с Солнцем и другими планетами Солнечной системы из одного газопылевого облака. Однако, рассматривая этот вопрос подробнее, нужно отметить, что первым в сжимающемся облаке сформировалось протосолнце, затем вращающийся вокруг протосолнца газовый диск, и только потом внутри диска начали формироваться планеты.

Согласно современным теориям происхождения Солнечной системы, Сатурн и Юпитер сформировались примерно на 100 миллионов лет раньше, чем планеты земной группы. Поэтому можно считать, что Сатурн немного старше Земли.

Формирование Сатурна проходило на таком расстоянии от Солнца, где вода находится в состоянии льда, а легкие газы не очень летучие. Это дало большое количество материала для построения планеты. Зародыш Сатурна образовался, вероятно, точно так же, как и зародыш Земли, и состоял из камня и металлов. Но благодаря доступности льда, масса его была больше в несколько раз. Это позволило притягивать на себя газ из окружающего протосолнце диска. Когда масса зародыша составила 25 масс Земли, скорость поглощения газа стала лавинообразно нарастать. Предполагается, что современную массу (95 масс Земли) Сатурн набрал всего лишь за 10000 лет!

Физические характеристики Сатурна в сравнении с Землей

Параметр	Сатурн	Земля	Отношение (Сатурн/Земля)
Масса (1024 кг)	568.34	5.9724	95.16
Объем (1010 км³)	82.713	108.321	763.59
Экваториальный радиус (на уровне 1 бар) Re (км)	60268	6378.1	9.449
Полярный радиус Rp (на уровне 1 бар) (км)	54364	6356.8	8.552
Средний радиус (км)	58232	6371	9.14
Сжатие (Re – Rp)/Re (км)	0.09796	0.00335	29.24
Средняя плотность (г/см³)	0.687	5.514	0.125
Гравитационное ускорение (на уровне 1 бар) (м/с²)	10.44	9.8	1.065
Ускорение свободного падения (на уровне 1 бар) (м/с²)	8.96	9.78	0.916
Вторая космическая скорость (км/с)	35.5	11.19	3.172
GM (x 106 км³/с²)	37.931	0.3986	95.16
Сферическое альбедо (по Бонду)	0.342	0.306	1.12
Геометрическое альбедо (визуальное)	0.499	0.434	1.15
Абсолютная звездная величина V	-8.91	-3.99	–
Поток солнечного излучения (Вт/м²)	14.82	1361	0.011
Эффективная температура (K)	81	254	0.319
Момент инерции (I/MR²)	0.21	0.3308	0.635
J2 (x 10-6)	16298	1082.63	15.054
Количество спутников	82	1
Система колец	Да	Нет

В настоящее время наука продвинулась далеко в объяснении физики космоса. Определяющий вклад в развитие этой науки внесли И. Ньютон и И. Кеплер.

Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения, с помощью которого объяснил характер и причину движения небесных тел. Закон всемирного тяготения гласит, что материальные тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Материальной частицей обозначают вещество в каком-либо из трёх физических состояний (твёрдое, газообразное, жидкое).

Закон распространяется как на частицы с незначительной массой, так и на крупные тела. Существуют различные силы, которые обуславливают движения планет.

Законы Кеплера

Важный вклад внёс И. Кеплер. Он сформулировал три закона, описывающих движение планет:

1) Планеты движутся по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

2) Планета движется в плоскости, которая проходит через центр Солнца. Радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, за равные промежутки времени описывает равные плоскости. Чем ближе планета к Солнцу, тем быстрее она двигается.

3) Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся, как кубы больших полуосей орбит планет. Орбиты небесных тел имеют точку, в которой тело наиболее близко к Солнцу и ту, в которой оно наиболее удалено от звезды. Отрезок, который соединяет эти точки, называется большой полуосью.

С помощью законов Кеплера вычисляют траекторию движения планет.

Орбита и вращение

Орбитой называют траекторию движения небесного тела вокруг другого объекта, обладающей большей массой. Измеряется она в километрах, либо в астрономических единицах (одна астрономическая единица равна среднему расстоянию от Земли до Солнца). Орбита может иметь форму окружности, эллипса, параболы или гиперболы.

Под словосочетанием «орбита Сатурна» понимают траекторию движения этой планеты вокруг Солнца.  Орбита Сатурна представляет собой эллипс.

В астрономии существует понятие перигелий. Это ближняя к Солнцу точка орбиты. Перигелий Сатурна составляет 1 353 млн км от Солнца. Наиболее удаленная точка орбиты от Солнца называется афелий. В этой точке расстояние до Солнца равно 1 513 млн км. Средняя орбитальная скорость равна 9,69 км/сек. Свет Солнца достигает планету за 1 час 20 мин.

Орбитальный период Сатурна

Орбитальный период — это время, за которое Сатурн делает полный оборот вокруг Солнца.  Ещё данное явления называют сидерический период обращения или сидерический год. Сидерический год или период обращения Сатурна вокруг Солнца равен 29,46 лет – 10 759 земных дней.

Продолжительность года

Продолжительность года на Сатурне равна 29,46 земных лет или 10 759 дням земных суток.

Продолжительность суток

Масса Сатурна больше, чем у Земли. Но из-за большой скорости вращения вокруг своей оси день на газовом гиганте короче земного. Период обращения Сатурна вокруг своей оси составляет 10 часов 34 минуты и 13 секунд.

Дело в том, что его различные части двигаются с разной скоростью, тогда как магнитный полюс и ось вращения выровнены. Поэтому скорость вращения Сатурна вокруг своей оси может быть определена несколькими путями.

Учёные применяют три способа отсчета.

Первый способ охватывает зоны Южного и Северного экваториальных поясов. Сутки здесь длятся 10 ч. 14 минут.

Второй способ основан на изучении остальных зон Сатурна. Здесь длительность суток равна 10 ч. 38 минут.

При третьем способе ученые используют радиоизлучение для измерения продолжительности суток. Они равны 10 ч. 39 минут.

Космические летательные аппараты, запущенные для исследований Сатурна давали и другие данные. Так «Вояджеры» указали на продолжительность суток в 10 ч. 45 минут.

Сезонные изменения

Сатурн, как и Земля, имеет свои времена года. Они длятся около 7 земных лет. Смена времён года на Сатурне схожа с земной. Определить её можно наблюдая за кольцами планеты. В определенный промежуток времени они становятся полностью видны с Земли, в другие же дни заметна их небольшая часть.

Смена времён года вызывает большие перепады температур. Изменяется и цвет газового гиганта. Те его части, где наступает зима, становятся голубоватыми. Эти изменения вызваны уменьшением интенсивности ультрафиолетового излучения – зимой оно снижается, а летом становится больше.

Орбитальный и осевой наклоны Сатурна

Осевым углом наклона называют угол между плоскостью экватора и его орбитой. Для его определения существует два способа:

1) С помощью Северного полюса небесных тел. Здесь под Северным полюсом понимается то? что находится на северной стороне Солнечной системы.

2) Определяя Северный полюс с помощью правого правила.

Определение осевого наклона Сатурна имеет ряд сложностей. Эта планета представляет собой шар из водорода и гелия. Она не имеет твёрдой основы, что усложняет наблюдения. Различные части Сатурна двигаются с разной скоростью.  Так ученые получили разные данные о продолжительности суток на планете. Осевой наклон Сатурна составляет 26,73 градусов.

Первая космическая скорость

Первая космическая скорость Сатурна – это физическая величина, которая показывает, какую скорость должен иметь объект для движения по орбите вокруг Сатурна. Такой объект не сможет упасть на планету или улететь в космос.

Чтобы найти первую космическую скорость нужно знать массу объекта, радиус гравитационную постоянную Сатурна. Эта величина равна 25 км в секунду.

Ответ: а) Сидерический период обращения Сатурна =29,65 лет.

Синодический период обращения Сатурна ≈ 1,034 года

б) Линейный радиус Сатурна в км ≈59351 км

Линейный радиус Сатурна в радиусах Земли = 9,31 радиусов Земли.

Объяснение:   а) 1. По третьему закону Кеплера отношение квадратов периодов обращения планет вокруг Солнца равно отношению кубов больших полуосей  орбит этих планет. Т.е. Тз²/Тс² = Аз³/Ас³,     здесь  Тз – сидерический период обращения Земли вокруг Солнца = 1 год;  Тс – сидерический период обращения Сатурна – надо найти;  Аз – большая полуось орбиты Земли = 1 а.е.;  Ас – большая полуось орбиты Сатурна = 9,58 а.е.   Из закона Кеплера Тс² = Тз²*Ас³/Аз³.     Отсюда Тс=√(Тз²*Ас³/Аз³) = √(1²*9,59³/1³) = √9,59³ ≈ 29,65 лет.

а) 2. Сатурн, по отношению к Земле, является внешней планетой.  Тогда синодический и сидерический периоды обращения Сатурна связаны с сидерическим периодом обращения Земли соотношением:

1/Син = 1/Тз– 1/Сид,   здесь Син – синодический период обращения планеты; Сид – сидерический период обращения планеты; Тз – сидерический период обращения Земли = 1 год. Из этого соотношения синодический период обращения Сатурна:

Син = (Тз*Сид)/(Сид – Тз) = 1*29,65/(29,65 -1) = 29,65/28,65 ≈ 1,034 года

б)  Расстояние до Сатурна 26 декабря было S = 206265” *Rз/р”,  здесь 206265” количество угловых секунд в одном радиане;  Rз  – радиус Земли = 6371 км;  р” – горизонтальный параллакс Сатурна = 0,95”. Подставив известные величины в формулу расстояния имеем:

Sкм = 206265” * 6371км/0,95” ≈ 1383278226 км.

Линейный радиус Сатурна  Rc =  α” * Sкм/(2*206265”),  здесь  α” – угловой диаметр Сатурна = 17,7”;   Sкм –  расстояние до Сатурна = 1383278226 км.     Rc =17,7” * 1383278226 км/2*206265 ≈ 59351 км.

В радиусах Земли радиус Сатурна = 59351 км/6371 км = 9,31 радиусов Земли