Сатурн – вторая по размерам планета в нашей Солнечной системе и шестая планета от Солнца. Сатурн, точно так же как и Уран, Юпитер и Нептун, относятся к газовым гигантам. Свое название планета получила в честь бога земледелия.
В большей степени планета состоит из водорода, с незначительными примесями гелия и следами метана, воды, аммиака и тяжелых элементов. Что касается внутренней части, то она представляет собой незначительное ядро, включающее никель, железо и лед, покрытое газообразным внешним слоем и небольшим слоем металлического водорода. Внешняя атмосфера кажется при наблюдении из космоса однородной и спокойной, хотя иногда прослеживаются долговременные образования. У Сатурна есть планетарное магнитное поле, которое занимает промежуточное положение по напряженности между мощным полем Юпитера и магнитным полем Земли. Скорость ветра на планете может достигать до 1800 км/час, что намного больше чем на Юпитере.
Сатурн имеет заметную систему колец, которая главным образом состоит из частичек льда, имеющих меньшее количество пыли и тяжелых элементов. На данный момент вокруг Сатурна обращается 62 известных спутника. Самым крупным из них является Титан. Среди всех спутников он второй по размерам (после Ганимеда).
На орбите Сатурна располагается автоматическая межпланетная станция под названием «Кассини». Ученые запустили ее еще в 1997 году. А в 2004 году она достигла системы Сатурна, к задачам которой относятся изучение структуры колек и динамики магнитосферы и атмосферы.
Название планеты
Планета Сатурн была названа в честь римского бога земледелия. Позже он был отождествлен с предводителем титанов – Кроносом. Поскольку титан Кронос пожирал своих детей, он не пользовался популярностью среди греков. У римлян же бог Сатурн был в почете и уважении. Согласно древней легенде, он научил человечество обрабатывать землю, строить дома и выращивать растения. О временах его предполагаемого правления говорят «золотой век человечества», в его честь организовывались празднования, которые получили название Сатурналии. Рабы во время этих торжеств на незначительное время получали свободу. В индийской мифологии планете соответствует Шани.
Происхождение Сатурна
Стоит отметить, что происхождение Сатурна объясняют две главные гипотезы (точно так же, как и с Юпитером). Согласно гипотезе «концентрации», похожий состав Сатурна и Солнца заключается в том, что у этих небесных тел есть большая часть водорода. В результате малая плотность объясняется тем, что на изначальных стадиях развития Солнечной системы в газопылевом диске сформировались массивные «сгущения», которые дали начало планетам. Получается, что планеты и Солнце формировались схожим образом. Но как бы там ни было, эта гипотеза не объясняет различия состава Солнца и Сатурна.
Гипотеза «аккреции» говорит, что процесс образования Сатурна состоял из двух этапов. Сперва в течение двухсот миллионов лет шел процесс образования твердых плотных тел, которые напоминали планеты земной группы. В период этого этапа из области Сатурна и Юпитера диссипировалась некоторая часть газа, что в будущем сказалось на различии химических составов Солнца и Сатурна. После чего начался 2 этап, во время которого самые крупные тела смогли достигнуть удвоенной массы Земли. В течение нескольких сотен тысяч лет проходил процесс аккреции газа на эти тела из первичного протопланетного облака. Температура на втором этапе наружных слоев планеты достигала 2000 °C.
Сатурн среди прочих планет
Как уже было сказано выше, Сатурн относится к числу газовых планет: он не имеет твердой поверхности и в основном состоит из газов. Полярный радиус планеты – 54 400 км, экваториальный – 60 300 км. Среди остальных планет Сатурн отличается наибольшим сжатием. Вес планеты превышает массу Земли в 95,2 раза, но ее средняя плотность меньше плотности воды. Хотя массы Сатурна и Юпитера отличаются более чем в три раза, их экваториальный диаметр отличается только на 19%. Что касается плотности остальных газовых планет, то она существенно больше и составляет 1,27—1,64 г/см3 . Ускорение свободного падения вдоль экватора – 10,44 м/с2 , что сопоставимо с показателями Нептуна и Земли, но гораздо меньше, чем у Юпитера.
Вращение и орбитальные характеристики Сатурна
Среднее расстояние между Солнцем и Сатурном – 1430 млн км. Двигаясь со скоростью 9,69 км/с, планета обращается вокруг Солнца за 29,5 года (10 759 суток). Расстояние от Сатурна до нашей планеты меняется в пределах от 8,0 а. е. (119 млн км) до 11,1 а. е. (1660 млн км), среднее расстояние в период их противостояния примерно 1280 млн км. Юпитер и Сатурн находятся почти в точном резонансе 2:5 до Солнца в афелии и перигелии составляет 162 млн км.
Дифференциальное вращение атмосферы планеты подобно вращению атмосфер Венеры и Юпитера, а также Солнца. А. Вилльямс первым обнаружил, что скорость вращения Сатурна может меняться не только по глубине и широте, но и по времени. Анализ переменности вращения экваториальной зоны за 200 лет показал, что главный вклад в эту переменность вносит годовой и полугодовой циклы.
Атмосфера и строение Сатурна
Верхние слои атмосферы на 96,3% состоят из водорода и на 3,25% из гелия. Есть примеси аммиака, метана, этана, фосфина и некоторых других газов. В верхней части атмосферы аммиачные облака мощнее юпитерианских, в то время как облака нижней части состоят из воды или гидросульфида аммония.
Согласно с данными «Вояджеров», на планете дуют сильные ветра. Аппаратам удалось зарегистрировать скорость ветров в 500 м/с. В основном они дуют в восточном направлении. Их сила ослабевает одновременно с отдалением от экватора (могут появляться западные атмосферные течения). Исследования показали, что циркуляция атмосферы может проходить в слое верхних облаков, но и на глубине до 2000 км. Более того, по измерениям «Вояджера-2» стало известно, что ветры в северном и южном полушарии симметричны относительно экватора. Существует предположение, что симметричные потоки имеют связь под слоем видимой атмосферы.
Иногда в атмосфере Сатурна появляются устойчивые образования, которые представляют собой сверхмощные ураганы. Точно такие же объекты прослеживаются и на остальных газовых планетах Солнечной системы. Примерно 1 раз в 30 лет на Сатурне появляется «Большой Белый овал», который в последний раз видели в 2010 году (не такие крупные ураганы формируются чаще).
Во время штормов и бурь на Сатурне наблюдаются сильные разряды молнии. Вызванная ими электромагнитная активность колеблется с годами от практически полного отсутствия до сверхмощных электрических бурь.
Аппарат «Кассини» 28 декабря 2010 года сфотографировал шторм, который напоминал сигаретный дым. Очередной сильный шторм был зафиксирован астрономами 20 мая 2011 года.
Внутреннее строение
В глубине атмосферы планеты растут температура и давление, а водород переходит в жидкое состояние, но этот переход постепенный. На глубине в 30 тыс. км водород становится металлическим (3 млн атмосфер – давление). Магнитное поле создается циркуляцией электрических токов в металлическом водороде. Оно не настолько мощное, как у Юпитера. В центральной части планеты находится мощное ядро из тяжелых и твердых материалов – металлов, силикатов и предположительно льда. Его вес примерно составляет от 9 до 22 масс нашей планеты. Температура ядра – 11 700°C. Нельзя не отметить и тот факт, что энергия, излучаемая Сатурном в космос, в два с половиной раза больше энергии, которую он получает от Солнца. Существенная часть этой энергии генерируется благодаря механизму Кельвина – Гельмгольца. В то время, когда температура падает, соответственно уменьшается давление в ней, она понижается, а энергия переходит в тепло. Но такой механизм не может выступать единственным источником энергии Сатурна. Ученые предполагают, что дополнительная часть тепла появляется благодаря конденсации и последующему падению капель гелия через слой водорода вглубь ядра. Как следствие, потенциальная энергия капель переходит в тепловую. Область ядра, по оценкам ученых, имеет диаметр примерно 25 тыс. км.
Спутники Сатурна
Крупнейшие спутники Сатурна – Энцелад, Мимас, Диона, Тефия, Титан, Рея и Япет. Впервые они были открыты в 1789 году, но и по сей день остаются главными объектами исследования. Их диаметры варьируются от 397 до 5150 км. Распределение по массам отвечает распределению по диаметрам. Наименьшими эксцентриситетами орбиты обладают Тефия и Диона, наибольшим – Титан. Все спутники с известными параметрами располагаются выше синхронной орбиты, что приводит к их медленному удалению.
По состоянию на 2010 год известно 62 спутника Сатурна. Причем 12 из них открыты посредством космических аппаратов: «Кассини», «Вояджер-1», «Вояджер-2». Большинство спутников, кроме Фебы и Гипериона, характеризуются синхронным собственным вращением — каждый из них всегда повернут одной стороной к Сатурну. Информации о вращении мелких спутников нет. Дионе и Тефии сопутствуют по два спутника в точках Лагранжа L4 и L5.
На протяжении 2006 года команда ученых под чутким руководством Дэвида Джуитта, работающая на Гавайях, выявила с помощью телескопа Субару девять спутников Сатурна. Они отнесли их к нерегулярным спутникам, отличающимся ретроградной орбитой. Время их вращения вокруг Сатурна варьируется от 862 до 1300 дней.
Первые снимки высокого качества были получены с изображением одного из спутников Тефии только в 2015 году.
