Доклад по астрономии на тему сатурн 11 класс

ученицы 11 «1» класса

Введение.. PAGEREF
_Toc509910118 h 3

АТМОСФЕРА И ОБЛАЧНЫЙ СЛОЙ.. PAGEREF _Toc509910120 h 4

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА САТУРНА. PAGEREF _Toc509910121 h 5

КОЛЬЦА.. PAGEREF _Toc509910122 h 7

Спутники.. PAGEREF _Toc509910123 h 10

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.

Общие сведения о Сатурне

Расположен на расстоянии почти 1,5 млрд. км от Солнца. В своих размерах уступает только Юпитеру.

Демонстрация планет по размеру: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Земля, Венера, Марс, Меркурий

Сатурн — газовый гигант, поэтому не имеет твердой поверхности, верхняя мантия полностью состоит из газов, как и остальные газовые планеты – Юпитер, Уран, Нептун. Полное вращение вокруг себя Сатурн проходит почти за 11 земных часов.

Планета имеет тускло-желтый цвет из-за наличия облаков аммиака в атмосфере. Увидеть кольца можно через 15-ти миллиметровый телескоп. Чтобы с Земли добраться до планеты, необходимо лететь без перерыва около 7 лет.

Введение

Сатурн
был известен с доисторических времен. Галилей первым наблюдал его в телескоп в
1610 году. Ранние наблюдения Сатурна были усложнены предположением, согласно
которому Земля проходит через плоскость колец Сатурна каждые несколько лет,
когда Сатурн пересекает ее орбиту. Только в 1659 году Кристиан Гюйгенс
правильно вывел геометрию колец. Кольца Сатурна оставались уникальными для
Солнечной системы до 1977 года, когда были обнаружены очень слабые кольца
вокруг Урана и вскоре после этого вокруг Юпитера и Нептуна.

Первым
кораблем, летавшим к Сатурну, был «Pioneer 11» в 1979 году, и позднее –
«Voyager 1» и «Voyager 2». Cassini, который сейчас находится на пути к нему,
прибудет туда в 2004 году.

Спутники

Сатурн
имеет, по крайней мере, 28 спутников (ранее было известно 18) и 12 из них —
больше 100 км в диаметре.  Все спутники, кроме Гипериона и Фебы, повернуты
к Сатурну одной стороной

Последние
10 спутников Сатурна были найдены в течении 6 недель. Сообщение об открытии
последних четырёх (от S/2000 S 7 до S/2000 S 10) было опубликовано в начале
декабря 2000 г в циркуляре Международного Астрономического союза. Они были
обнаружены интернациональной группой астрономов, возглавляемой Бреттом
Глэдманом (Brett Gladman) из Франции и Дж. Дж. Кавелаарсом (JJ Kavelaars) из
Канады.

Впервые
спутники были замечены в ночь с 23 на 24 сентября  телескопом на горе
Мауна-Ки ( Гавайи). Затем существование этих спутников было подтверждено новыми
наблюдениями, проведенными в ноябре этого года с помощью одного из четырех
8-метровых телескопов, входящих в состав большого телескопа Very Large
Telescope в Чили, 2,2-метрового телескопа также из Европейской Южной
обсерватории в Чили и 5-метрового телескопа из Паломарской обсерватории в
Калифорнии.

Ограниченное
число наблюдений не позволило астрономам получить подробную информацию о них и
даже точно рассчитать их орбиты. Предполагается, что эти спутники представляют
собой небольшие ледяные космические тела, которые были в свое время захвачены
гравитационным полем Сатурна.  Поэтому я дам информацию только о ранее
известных спутниках Сатурна.

Орбита
внутренних спутников, Пан и Атлас, лежит около внешнего края кольца А.
Следующий спутник, Прометей, отвечает за щель, примыкающую к внутреннему краю
кольца F. Затем — Пандора, виновная в образовании другой границы кольца F. Они
обнаружены на снимках космических аппаратов. Следующие два спутника — Эпиметий
и Янус — обнаружены с Земли, они делят общую орбиту. Разница в удалении от
Сатурна составляет лишь 30-50 километров.

Компьютерная модель Эпиметия.
Ведомая сторона внизу

Компьютерная модель Януса. Ведомая
сторона внизу.

Мимас необычен тем, что на нем
обнаружили один огромный кратер, который имеет размер с треть спутника. Он
покрыт трещинами, что, вероятно, вызвано приливным влиянием Сатурна: Мимас —
ближайший к планете из крупных спутников. На фото можно увидеть тот самый
огромный метеоритный кратер, названный Гершелем. Его размер — 130 километров.
Гершель углублен в поверхность на 10 километров, с центральной горкой, почти
такой же высокой, как и Эверест

Энцелад имеет наиболее активную
поверхность из всех спутников в системе (за возможным исключением Титана, чья
поверхность не фотографировалась). На нём видны следы потоков, разрушивших
прежний рельеф, поэтому предполагается, что недра этого спутника могут быть
активными и в настоящее время. Кроме того, хотя кратеры могут быть увидены там
повсюду, недостаток их в некоторых областях подразумевает небольшой возраст
этих областей в несколько сотен миллионов лет. Это должно означать, что части
поверхности на Энцеладе по-прежнему подвержены изменениям. Считается что
активность его кроется в воздействии приливных сил Сатурна, разогревающих
Энцелад.

Следующие
два спутника Калипсо и Телесто были
прозваны Троянскими Тефиями, по аналогии с Троянцами, астероидами двигающимися
вокруг Солнца по орбите Юпитера. Один из них отстает, а другой опережает Тефию
на ее орбите  на 60 градусов. Эти 60 градусов неслучайны. Расчеты
показывают, что в случае обращения двух тел вокруг третьего, такая система
устойчива, когда все три тела расположены в углах равностороннего треугольника,
угол которого и равен 60-ти градусам. Например, один из таких
треугольников составляют Сатурн, Диона и Елена.  Оба спутника обнаружены с
Земли в 1980-м году, причем отыскали их на снимках несколько месяцев спустя,
после самих наблюдений.

Елена, 
обнаружена на наземных фотографиях, также движется на 60 градусов впереди
своего большего соседа по орбите — Дионы.
На поверхности Дионы видны следы выброса светлого материала в виде инея,
множество кратеров и извилистая долина.

Есть ещё три неподтвержденных
открытия спутников. Один из них близок к орбите Дионы, второй располагаться
между орбитами Тефии и Дионы, и третий — между Дионой и Реей. Все три были
обнаружены на фотографиях «Вояджера 2», но                         Диона              
пока нигде больше.

Рея
— имеет старую, сплошь усыпанную кратерами, поверхность. На ней, как и у
Дионы, выделяются яркие тонкие полосы. Эти образования — предположительно,
состоят изо льда, заполняющего разломы в коре спутников. Диаметр
Реи 1530 км, а плотность 1,24+0,05 г/см . Ее геометрическое альбедо равно 0,6.

Мимас,
Энцелад, Тефия, Диона, и Рея приблизительно сферические по форме и, скорее
всего, состоят, по большей части, из водяного льда. Энцелад отражает почти 100
процентов солнечного света, что подтверждает такое предположение. Мимас, Тефия,
Диона, и Рея полностью покрыты кратерами.

Титан
, диаметр которого 5150 км — один из наиболее интересных спутников Сатурна. Он
является вторым по величине спутником в Солнечной Системе. Считается, что
состав и процессы, происходящие в атмосфере этого спутника схожи с теми, что
миллиарды лет назад можно было бы обнаружить в Земной атмосфере. Его
поверхность 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 составляющих.
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 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.

Удивительным свойством верхней атмосферы являются
УФ-эмиссии, приуроченные к дневной стороне, но слишком яркие, чтобы их могла
возбудить поступающая солнечная энергия. Водород быстро диссипирует, пополняя
наблюдаемый тор, вместе с некоторым количеством азота, выбиваемого при диссоциации
N2 электронными ударами. На основе наблюдаемого расщепления температуры можно
построить глобальную систему

Гиперион — никак не подтверждает свою
внутреннюю деятельность. Неправильная форма спутника вызывает необычное
явление: Каждый раз, когда гигантский Титан и Гиперион сближаются, Титан
гравитационными силами меняет ориентацию Гипериона, что по изменяющемуся блеску
спутника можно отследить с Земли. Неправильная форма Гипериона и следы давней
бомбардировки метеоритами позволяют назвать Гиперион старейшим в системе
Сатурна.

Япета расположена в почти 4-х
миллионах километров от Сатурна. Одна сторона Япета обильно усыпана кратерами,
в то время как другая сторона оказывается почти гладкой. Япет известен
неоднородной по яркости поверхностью. Спутник, подобно Луне с Землей, повернут
всегда одной стороной к Сатурну, так, что и по орбите он движется только одной
стороной вперед, которая в 10 раз темнее, чем сторона противоположная. Есть
версия, что в своем движении спутник «подметает» пыль и мелкие частицы, также
вращающиеся вокруг Сатурна. С другой стороны, может быть, это темное вещество
порождено недрами спутника.

Феба
вращается вокруг планеты в направлении, обратном направлению вращения всех
других спутников и Сатурна вокруг оси. Она имеет, в общих чертах, сферическую
форму и отражает около 6 процентов солнечного света. Кроме Гипериона, это
единственный спутник, не повернутый к Сатурну вечно одной стороной. Все эти
особенности весьма обосновано позволяют сказать, что Феба — захваченный в гравитационные
сети астероид.

Сколько лететь до Сатурна?

Снимок Сатурна, сделанный аппаратом Вояджер-1

Путь от Земли до Сатурна занимает большое количество времени. Зонд Пионер-11 смог добраться до него за 6,5 лет, зато Вояджер-1 преодолел расстояние за 3 года и 2 месяца. Аппарат Вояджер-2 оказался возле гиганта через четыре года, а у Кассини ушло на это 6 лет и 9 месяцев. Последним возле планеты побывал корабль Новые Горизонты. У него на дорогу ушло 2 года и 4 месяца.

Столь большая разница во времени путешествия связана с разной конструкцией кораблей и выбранными маршрутами.

Возраст

Сатурн, ровно как и другие планеты, находящиеся в Солнечной системе, появился примерно 4,6 млрд лет назад. Водород и гелий в его составе намекают на то, что газовый гигант сформировался из туманности. Первые 600 млн лет своего существования планета не имела колец. Их изучение показало, что они не старше 4 млрд лет.

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.

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.

Интересный факт: на Сатурне периодически появляются бури, размер которых может превосходить габариты Земли.

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.

КОЛЬЦА

С Земли в
телескоп хорошо видны три кольца: внешнее, средней яркости кольцо А; среднее,
наиболее яркое кольцо В и внутреннее, неяркое полупрозрачное кольцо С, которое
иногда называется креповым. Кольца чуть белее желтоватого диска Сатурна.
Расположены они в плоскости экватора планеты и очень тонки: при общей ширине в радиальном
направлении примерно 60 тыс.км. они имеют толщину менее 3 км. Спектроскопически
было установлено, что кольца вращаются не так, как твердое тело, — с
расстоянием от Сатурна скорость убывает. Более то­го, каждая точка колец имеет
такую скорость, какую имел бы на этом расстоянии спутник,
свободно движущийся вокруг Сатурна по круговой орбите. Отсюда ясно: кольца
Сатурна по существу представляют собой колоссальное скопление мелких твердых
частиц, самостоятельно обращающихся вокруг планеты. Размеры частиц столь малы,
что их не видно не только в земные телескопы, но и с борта космических
аппаратов.

Характерная
особенность строения колец — темные кольцевые промежутки (деления), где
вещества очень мало. Самое широкое из них (3500 км) отделяет кольцо В от кольца
А и называется «делением Кассини» в честь астронома, впервые увидевшего его в
1675 году. При исключительно хороших атмосферных условиях таких делений с Земли
видно свыше десяти. Природа их, по-видимому, резонансная. Так, деление Кассини
— это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг Сатурна
ровно вдвое меньше, чем у ближайшего крупного спутника Сатурна — Мимаса. Из-за
такого совпадения Мимас своим притяжением как бы раскачивает частицы,
движущиеся внутри деления, и и в конце концов выбрасывает их оттуда.

Бортовые
камеры «Вояджеров» показали, что с близкого расстояния кольца Сатурна похожи на
граммофонную пластинку: они как бы расслоены на тысячи отдельных узких колечек
с темными прогалинами между ними. Прогалин так много, что объяснить их
резонансами с периодами обращения спутников Сатурна уже невозможно.

Чем же объясняется эта тонкая структура? Вероятно,  равномерное распределение частиц по плоскости
колец механически неустойчиво. Вследствие этого возникают круговые волны плотности
— это и есть наблюдаемая тонкая структура.

Помимо колец А,В и С
«Вояджеры» обнаружили еще четыре: D,E,F 
и G. Все они очень разрежены и потому неярки. Кольца D и E с трудом
видны с Земли при особо благоприятных условиях; кольца F и G обнаружены впервые.

Порядок
обозначения колец объясняется историческими причинами, поэтому он не совпадает
с алфавитным. Если расположить кольца по мере их удаления от Сатурна, то мы
получим ряд: D,C,B,A,F,G,E.

Особый
интерес и большую дискуссию вызвало кольцо F. К сожалению, вывести
окончательное суждение об этом объекте пока не удалось, так как наблюдения двух
«Вояджеров» не согласуются между собой. Бортовые камеры «Вояджера-1» показали,
что кольцо F состоит из нескольких колечек общей шириной 60 км., причем два из
них перевиты друг с другом, как шнурок. Некоторое время господствовало мнение,
что ответственность за эту необычную конфигурацию несут два небольших
новооткрытых спутника, движущихся непосредственно вблизи кольца F, — один из
внутреннего края, другой — у внешнего (чуть медленнее первого, так как он
дальше от Сатурна). Притяжение этих спутников не дает крайним частицам уходить
далеко от его середины, то есть спут­ники как бы «пасут» частицы, за что и
получили название «пастухов». Они же, как показали расчеты, вызывают движение
частиц по волнистой линии, что и создает наблюдаемые переплетения компонентов
кольца. Но «Вояджер-2», прошедший близ Сатурна девятью месяцами позже, не обна­ружил
в кольце F ни переплетений, ни каких-либо других искажений формы, — в частности,
и в непосредственной близости от «пастухов». 
Таким образом, форма кольца оказалась изменчивой. Для суждения о
причинах  и  закономерностях  этой изменчивости двух наблюдений, конечно,
мало. С Земли же наблюдать кольцо F современными  средствами 
невозможно — яркость его слишком мала. Остается надеяться, что более
тщательное  исследование полученных
«Вояджерами» снимков кольца прольет свет на эту проблему.

Кольцо D —
ближайшее к планете. Видимо, оно простирается до самого облачного шара Сатурна.
Кольцо E — самое внешнее. Крайне разряженное, оно в то же время наиболее
широкое из всех — около 90 тыс.км. Величина зоны, которую оно занимает, от 3,5
до 5 радиусов планеты. Плотность вещества в кольце E возрастает по направлению
к орбите спутника Сатурна Энцелада. Возможно, Энцелад — источник вещества этого
кольца.

Частицы
колец Сатурна, вероятно, ледяные, покрытые сверху инеем. Это было известно еще
из наземных наблюдений, и бортовые приборы космических аппаратов лишь
подтвердили правильность такого вывода. Размеры частиц главных колец
оценивались из наземных наблюдений в пределах от сантиметров до метров
(естественно, частицы не могут быть одинаковыми по величине: не исключается
также, что в разных кольцах типичный поперечник частиц различен).

Когда
«Вояджер-1» проходил вблизи Сатурна, радиопередатчик космического аппарата
последовательно пронизывал радиолучом не волне 3,6 см. кольцо А, деление
Кассини и кольцо С. Затем радиоизлучение было принято на Земле и подверглось
анализу. Удалось выяснить, что частицы указанных зон рассеивают радиоволны
преимущественно вперед, хотя и несколько по-разному. Благодаря этому оценили
средний поперечник частиц кольца А в 10 м, деления Кассини — в 8 м и кольца С —
в 2 м.

Сильное
рассеяние вперед, но на этот раз в видимом свете, обнаружено у колец F и E. Это
означает наличие в них значительного количества мелкой пыли (поперечник пылинки
около десятитысячных долей миллиметра).

В кольце В
обнаружили новый структурный элемент — радиальные образования, получившие
названия «спиц» из-за внешнего сходства со спицами колеса. Они также состоят из
мелкой пыли и расположены над плоскостью кольца. Не исключено, что «спицы»
удерживаются там силами электростатического отталкивания. Любопытно отметить:
изображения «спиц» были найдены на некоторых зарисовках Сатурна, сделанных еще
в прошлом веке. Но тогда никто не придал им значения.

Исследуя
кольца, «Вояджеры» обнаружили неожиданным эффект — многочисленные
кратковременные всплески радиоизлучения, поступающего от колец. Это не что
иное, как сигналы от электростатических разрядов — своего рода молнии. Источник
электризации частиц, по-видимому, столкновения между ними.

Кроме того,
была открыта окутывающая кольца газообразная атмосфера из нейтрального
атомарного водорода. «Вояджерами» наблюдалась линия Лайсан-альфа (1216 А) в
ультрафиолетовой части спектра. По ее интенсивности оценили число атомов
водорода в кубическом сантиметре атмосферы. Их оказалось примерно 600. Нужно
сказать, некоторые ученые задолго  до  запуска 
к  Сатурну космических аппаратов
предсказывали возможность существования атмосферы у колец Сатурна.

«Вояджерами» была также
сделана попытка измерить массу колец. Трудность состояла в том, что масса колец
по крайней мере в миллион раз меньше массы Сатурна. Из-за этого траектория
движения космического аппарата вблизи Сатурна в громадной степени определяется
мощным притяжением самой планеты и лишь ничтожно возмущается слабым притяжением
колец. Между тем именно слабое притяжение и необходимо выявить. Лучше всего для
этой цели подходила траектория «Пионера-11». Но анализ измерений траектории
аппарата по его радиоизлучению показал, что кольца (в пределах точности
измерений) на движение аппарата не повлияли. 
Точность же составила 1,7 х 10-6 массы Сатурна. Иными
словами, масса колец заведомо меньше 1,7 миллионных долей массы планеты.

Физические параметры планеты

Внутреннее строение похоже на остальные газовые планеты. Плотность атмосферы и мантии схожа, поэтому нет четкой границы перехода. Отличие состоит главным образом в составе.

Сатурн — одна из самых больших планет системы и должна иметь сильную гравитацию. Однако она практически такая же, как на Земле.

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

Интересный факт: параметры Сатурна превосходят земные в следующее количество раз – радиус в 9,3, площадь в 82, объем в 765, масса в 95.

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.

Сатурн, вторая по размеру планета Солнечной системы, представляет
собой огромный быстро вращающийся (с периодом 10,23 часа) шар, состоящий
преимущественно из жидкого водорода и гелия, окутанный мощным слоем атмосферы.
Экваториальный диаметр по верхней границе облачного слоя составляет 120536 км,
а полярный — на несколько сотен километров меньше. В атмосфере Сатурна
содержится 94% водорода и 6% гелия (по объему). Отметим, что в атмосфере
Юпитера его 19%. Дефицит гелия на Сатурне объясняют грави­тационным разделением
гелия и водорода в недрах планеты: гелий, ко­торый тяжелее, постепенно оседает
на большие глубины (что, кстати говоря, высвобождает часть энергии,
«подогревающей» Сатурн). Другие газы в атмосфере — метан, аммиак,
этан, ацетилен, фосфин — присутст­вуют в малых количествах. Метан при столь
низкой температуре ( около -188 С)находится в основном в капельно-жидком
состоянии. Он образует облачный покров Сатурна.

История изучения

Поскольку Сатурн можно разглядеть без использования телескопа, его обнаружили еще древние люди. Упоминания планеты встречаются в вавилонских источниках. Греки называли газового гиганта Кроносом в честь бога земледелия. А Птолемею даже удалось рассчитать его орбиту.

Галилео Галилей первым наблюдал Сатурн в телескоп

В 1610-ом году Галилей с помощью телескопа обнаружил вокруг Сатурна кольца, но принял их за спутники. Через некоторое время Христиан Гюйгенс обнаружил Титан и еще несколько небесных тел, вращающихся вокруг Сатурна. Вплоть до XX века астрономы открывали новые спутники.

Интересный факт: первым кольца Сатурна обнаружил Христиан Гюйгенс в 1655-ом году и сделал их описание.

Когда люди начали покорять космос, несколько летательных аппаратов было отправлено в сторону Сатурна. В 1979-ом году зонд Пионер-11 долетел до планеты и сделал ее снимки. В 1980-ом к ней прибыл Вояджер-1, а спустя год Вояджер-2. В 2004-ом космический корабль Кассини начал сбор сведений о планете и Титане, а спустя два года открыл новое кольцо. Сейчас газовый гигант регулярно наблюдается в современные телескопы.

Когда открыли Сатурн?

Фото Сатурна на звездном небе

Сатурн был открыт людьми еще в древности. Это одна из пяти планет, которые можно рассмотреть на небе невооруженным взглядом. О газовом гиганте знали в Древней Греции, Риме и Вавилоне.

Кто открыл?

Несмотря на то, что еще в древности люди наблюдали Сатурн на небе, его первооткрывателем можно считать Галилео Галилея, который рассмотрел планету в изобретенный им телескоп и увидел ее вблизи.

Как Сатурн получил свое имя?

Древние греки именовали планету Кроносом, в честь бога земледелия. Римляне решили позаимствовать это и назвали небесное тело именем своего повелителя урожая – Сатурна. С тех пор газовый гигант именуется именно так.

АТМОСФЕРА И
ОБЛАЧНЫЙ СЛОЙ

Всякий, кто
наблюдал планеты в телескоп, знает, что на поверх­ности Сатурна, то есть на
верхней границе его облачного покрова, за­метно мало деталей и контраст их с
окружающим фоном невелик. Этим Сатурн отличается от Юпитера, где присутствует
множество контрастных деталей в виде темных и светлых полос, волн, узелков,
свидетельству­ющих о значительной активности его атмосферы.

Возникает
вопрос, действительно ли атмосферная активность Сатурна (например скорость
ветра) ниже, чем у Юпитера, или же детали его об­лачного  покрова просто хуже видны с Земли из-за
большего расстояния (около 1,5 млрд. км.) и более скудного освещения  Солнцем 
(почти  в 3,5 раза слабее
освещения Юпитера)?

«Вояджерам»
удалось получить снимки облачного покрова Сатурна, на которых отчетливо
запечатлена картина атмосферной циркуляции: де­сятки облачных поясов,
простирающихся вдоль параллелей, а также от­дельные вихри. Число облачных
поясов больше, чем на Юпитере. Таким образом, снимки облачности де­монстрируют
своеобразие атмосферы Сатурна, которая даже активнее юпитерианской.

В
отличие от Юпитера полосы на Сатурне доходят до очень высоких широт — 78 градусов.
Гигантское овальное образование размером с Землю, расположенное недалеко от
северного полюса, названо Большим Коричневым Пятном, так

Метеорологические
явления на Сатурне происходят при более низкой температуре, нежели в земной
атмосфере. Поскольку Сатурн в 9,5 раз дальше от Солнца, чем Земля, он получает
в 9,5 =90 раз меньше тепла. Температура планеты на уровне верхней границы
облачного покрова, где давление равно 0,1 атм, составляет всего 85 К, или -188
С. Интересно, что за счет нагревания одним Солнцем даже такой температуры по­лучить
нельзя. Расчет показывает: в недрах Сатурна имеется свой собственный источник
тепла, поток от которого в 2,5 раза больше, чем от Солнца.  Источником внутренней энергии может быть,
согласно гипотезе, энергия, выделяемая за счет гравитационной дифференциации
вещества, когда более тяжелый гелий медленно погружается в недра планеты. Сумма
двух потоков и дает наблюдаемую температуру пла­неты.

«Вояджеры»
обнаружили ультрафиолетовое излучение водорода в атмосфере средних широт и
полярные сияния на широтах выше 65 градусов. Подобная активность может привести
к образованию сложных углеводородных молекул. Полярные сияния средних широт,
которые происходят только в освещенных Солнцем областях, возникают по тем же
причинам, что и полярные сияния на Земле. Разница лишь в том, что на нашей
планете это явление присуще исключительно более высоким широтам.

Жизнь на Сатурне

Наличие жизни на Сатурне маловероятно из-за царящих здесь условий. Поскольку верхний слой состоит из газа, находиться на поверхности не представляется возможным. Более того, температура здесь может опускаться до -150 градусов Цельсия.

Если же двигаться к ядру планеты, где более теплый климат, начнет возрастать давление. На глубине, где начинается плюсовая температура, оно примерно такое же, как на дне Мирового океана.

Модель Энцелада с действующими гейзерами, которые доказывают наличие подземного океана и возможной жизни в нем

Однако жизнь может быть на спутниках Сатурна. Например, на Титане имеются моря из углеводорода, в котором могут существовать простейшие организмы.

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.

МАГНИТНЫЕ
СВОЙСТВА САТУРНА.

До тех пор, пока первые космические аппараты не
достигли Сатур­на, наблюдательных данных о его магнитном поле не было вообще.
но из наземных радиоастрономических наблюдений явствовало, что Юпитер об­ладает
мощным магнитным полем. Об этом свидетельствовало нетепловое радиоизлучение на
дециметровых волнах, источник которого оказался больше видимого диска планеты,
причем он вытянут вдоль экватора Юпи­тера симметрично по отношению к диску.
Такая геометрия, а также по­ляризованность излучения свидетельствовали о том,
что наблюдаемое излучение магнитно-тормозное и источник его — электроны,
захваченные магнитным полем Юпитера и населяющие его радиационные пояса, анало­гичные
радиационным поясам Земли. Полеты к Юпитеры подтвердили эти выводы.

Поскольку
Сатурн весьма сходен с Юпитером по своим физическим свойствам, астрономы
предположили, что достаточно заметное магнитное поле есть и у него. Отсутствие
же у Сатурна наблюдаемого с Земли магнитно-тормозного радиоизлучения объясняли
влиянием колец.

Эти
предложения подтвердились. Еще при подлете «Пионера-11» к Сатурну его приборы
зарегистрировали в около планетном пространстве образования, типичные для
планеты, обладающей ярко выраженным магнит­ным полем: головную ударную волну,
границу магнитосферы (магнитопаузу), радиационные пояса (Земля и Вселенная,
1980, N2, с.22-25 — Ред.). В целом магнитосфера Сатурна весьма сходна с земной,
но, ко­нечно, значительно больше по размерам. Внешний радиус магнитосферы
Сатурна в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса планеты, а
расстояние до ударной волны — 26 радиусов. Для сравнения можно напомнить, что
внешний радиус земной магнитосферы в подсолнеч­ной точке — около 10 земных
радиусов. Так что даже по относительным размерам магнитосфера Сатурна
превосходит земную более чем вдвое. Радиационные пояса Сатурна настолько
обширны, что охватывают не только кольца, но и орбиты некоторых внутренних
спутников планеты. Как и ожидалось, во внутренней части радиационных поясов,
которая «перегорожена» кольцами Сатурна, концентрация заряженных частиц зна­чительно
меньше. Причину этого легко понять, если вспомнить, что в радиационных поясах
частицы совершают колебательные движения пример­но в меридиональном
направлении, каждый раз пересекая экватор. Но у Сатурна в плоскости экватора
располагаются кольца: они поглощают почти все частицы, стремящиеся пройти
сквозь них. В результате внут­ренняя часть радиационных поясов, которая в
отсутствие колец была бы в системе Сатурна наиболее интенсивным источником
радиоизлучения, оказывается ослабленной. Тем не менее «Вояджер-1»,
приблизившись к Сатурну, все же обнаружил нетепловое радиоизлучение его
радиационных поясов.

В отличие
от Юпитера Сатурн излучает в километровом диапазоне длин волн. Заметив, что
интенсивность излучения модулирована с пери­одом 10ч. 39,4 мин., предположили,
что это и есть период осевого вращения радиационных поясов, или, другими
словами, период вращения магнитного поля Сатурна. Но тогда это и период
вращения Сатурна. В самом деле, магнитное поле Сатурна порождается
электрическими токами в недрах планеты, — по-видимому, в слое, где под влиянием
колоссаль­ных давлений водород перешел в металлическое состояние. При вращении
этого слоя с той угловой скоростью вращается и магнитное поле.

Вследствие большой вязкости вещества внутренних частиц
планеты все они вращаются с одинаковым периодом. Таким образом, период вращения
магнитного поля — это в то же время период вращения большей части массы Сатурна
(кроме атмосферы, которая вращается не как твердое те­ло).

Состав и поверхность

Изображение поверхности Сатурна

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.

Интересный факт: поскольку поверхность Сатурна имеет низкую плотность, планета не утонет, если поместить ее в воду.

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.

Кольца Сатурна

Любое описание данного небесного тела начинается с информации о наличии колец. За всю историю астрономии, астрологии и других наук, изучающих космос, было выдвинуто множество гипотез их происхождения.

Причины возникновения могут быть в следующем:

Тема о возникновении колец до сих пор волнует умы ученых, так как не имеется доказательств их образования. Ясно одно, что они моложе самой планеты. Лед в составе колец чистый. Не выглядит, что он образовался одновременно с планетой примерно 4 млрд. лет назад.

Интересно, что кольца «терялись» в 1995 г., этот же случай повторился в 2009 г. Оказывается, они не исчезали, а планета смотрела ребром в земную сторону.

Наглядное изображение колец 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.

Интересный факт: ближайшее кольцо к Сатурну располагается на расстоянии 7000 км, а самое дальнее на 73 000 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.

Атмосфера Сатурна

Сатурн имеет схожие особенности и состав воздушной атмосферы, что и Юпитер. Верхняя толщина состоит из 91% водорода и 9% гелия.

Редко проносятся плотные облака из метана, аммиака и этана. Самый нижний слой, возле мантии, имеет в составе пары оксида водорода, сернистый аммоний.

Сатурн прозвали негласно планетой бурь из-за постоянного вращения атмосферных масс. Сильные ветра движутся со скоростью 1800 км/час и только по направлению на восток. Самые сильные бури проходят в экваториальной части.

На Сатурне бывают молнии, которые почти в сотни раз сильнее и больше, чем на Земле.

Исследования ученых

Начало изучения планеты было положено сразу после первого освоения космоса. В 1979 г. спутником на Землю были отправлены первые фотографии Сатурна, что до сих пор имеет огромное значение для изучения космоса.

В 1980 г. «Вояджер» собрал данные о температуре и составе атмосферы. Получил данные, описывающие спутники и кольца. Были получены более отчетливые кадры планеты.

В начале 1990-х космический телескоп Хаббл сделал детализированные снимки спутников и колец, чем ученые поспешили воспользоваться и провести новые исследования и вычисления.

В 1997 г. началась миссия «Кассини-Хьюгенс». Спустя 7 лет зонд «Хьюгенс» сел на поверхность спутника Титана, а аппарат «Кассини» вплоть до 2017 г. пересылал на Землю данные об этой удивительной планете.

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:

Внутренние луны Сатурна

Все внутренние луны состоят преимущественно изо льда. Также они могут иметь твердое скалистое ядро.

Внешние спутники располагаются за пределами кольца E. В большинстве своем они состоят из горных пород и льда. Среди них можно выделить следующие основные луны:

Внешние луны Сатурна

Дальше этих небесных тел находятся нерегулярные спутники. Практически все они обладают небольшими размерами и ретроградными орбитами. Их разделяют на три категории:

За пределами этих групп находятся и другие спутники, но их расстояние до Сатурна слишком велико, чтобы собрать их в полноценные категории.

Интересный факт: некоторые крупные небесные объекты Сатурна имеют собственные спутники. Например, вокруг Тефии вращаются Калипсо и Телесто.

Сколько спутников у Сатурна?

Орбиты некоторых спутников Сатурна

Наблюдения показывают, что у Сатурна может быть до 150-ти спутников, но только 62 из них находятся на орбитальных путях. Остальные располагаются на больших расстояниях и относятся к числу нерегулярных. Чтобы совершить полный обход вокруг газового гиганта, им требуется несколько лет.

Интересные факты о планете Сатурн

Сатурн – вполне необычная планета.

Крупнейшие спутники Сатурна

Она имеет множество интересных фактов:

Интересное видео про Сатурн

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Как образовался Сатурн

Процесс образования Солнечной системы

Изначально на месте Солнечной системы было большое облако, состоящее из пыли и газа. В определенный момент на него начала воздействовать внешняя сила. Это могла быть волна от взрыва сверхновой или столкновение с другим облаком.

Из-за этого скопление начало вращаться и постепенно сжиматься. Накопившаяся в центре энергия спровоцировала появление протозвезды, которая в будущем стала Солнцем. Оставшиеся пыль и газ начали вращаться вокруг светила и превратились в диск. Более твердые материалы находились ближе к центру, и там сформировались планеты земной группы.

На дальнем расстоянии расположились ледяные частички и газы. Из них образовались газовые гиганты, в том числе и Сатурн.

Орбита Сатурна

Период полного оборота вокруг Солнца составляет 30 земных лет. Орбита не является идеальным кругом (как и у остальных планет системы).

Именно из-за эллиптической формы траекторий орбит бывают смены сезонов. Ближайшая точка к Солнцу на орбите носит название – перигелий, самая отдаленная – афелий.

С тех пор как итальянский физик Галилео Галилей в далеком 1610 г. увидел планету в старинный телескоп, прошло чуть больше, чем 13 полных сатурнианских лет. То есть планета 13 раз с тех пор полностью обогнула Солнце.

Наблюдение в телескоп

Поскольку Сатурн можно разглядеть на небе и невооруженным глазом, телескоп существенно упрощает эту задачу. Даже благодаря любительскому оборудованию можно получить довольно крупную и четкую картинку планеты. Найти газового гиганта можно на южной части неба.

Интересный факт: поскольку кольца также отражают свет, общая видимая площадь планеты кажется больше, что облегчает ее поиск.

Если смотреть на Сатурн через 60-70 мм телескоп, будут заметны кольца и очертания Сатурна. Также удастся различить цвета отдельных широт. Для лучшей детализации нужно использовать оборудование с апертурой не менее 100 мм.

Наблюдение Сатурна через телескоп

Не лишним будет использование светофильтров. Голубой помогает четче увидеть кольца, зеленый показывает больше деталей на полюсах, а оранжевый позволяет лучше рассмотреть центр Сатурна.

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.

Интересный факт: солнечный свет добирается до Сатурна примерно за 1 ч 20 мин. За это время планета преодолевает расстояние в 46 500 км, двигаясь вокруг звезды.

Наглядное изображение орбиты Сатурна вокруг Солнца

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.

Список использованной литературы

1. «Система Сатурна», М.,
Мир,1990г.

2. Ф.Я.
Цикл «Семья Солнца: планеты и спутники Солнечной систе­мы», М., Мир, 1984г.

3. «Земля и Вселенная» N4,
1982г.

4.
«Справочник любителя и астронома», Е.П.Куликовский, М., Нау­ка, 1977г.

5. «Планеты открытые заново», С.Н.Коновалов, М.,
Наука, 1981г.