 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
САТУРНВика Воробьева
Сатурн - шестая планета Солнечной системы - был известен людям с глубокой древности. Вместе с Юпитером, Ураном и Нептуном он входит в число планет-гигантов Солнечной системы. Сатурн удален от Солнца на расстояние 1,43 миллиарда км, что в 9,5 раз превышает расстояние от Солнца до Земли, и делает один оборот вокруг Солнца за 29,4 года.
Сатурн - во многом уникальная планета. Его масса в 95 раз превышает массу Земли, а диаметр примерно в 9 раз больше земного диаметра. Это приводит к удивительно низкой средней плотности - 0,69 г/куб.см, что меньше плотности воды. Если бы в космосе был бы гигантский океан, Сатурн мог бы в нем плавать! Плотности всех прочих планет Солнечной системы значительно или немного, но больше плотности воды. Низкая средняя плотность и очень высокая скорость вращения (Сатурн делает один оборот за 10 часов 47 минут) приводят к самому высокому в Солнечной системе сжатию планеты: 0,1076. Его экваториальный радиус почти на 11% больше полярного радиуса! Это сжатие делает диск планеты не круглым, а сплюснутым, и хорошо заметно в телескоп.
В отличие от Земли и других планет земной группы, у Сатурна нет твердой поверхности. То, что мы видим как "поверхность", является верхушками облаков. Верхний слой облаков на Сатурне состоит из замерзшего аммиака, ниже расположены облака из гидросульфида аммония. По мере погружения в глубину водородная атмосфера Сатурна становится все плотнее и горячее, пока, наконец, на расстоянии около половины радиуса и давлении около 3 млн. атмосфер молекулярный водород не переходит в металлическую форму.
Самым знаменитым украшением Сатурна, конечно, являются его кольца. Кольца Сатурна образованы множеством ледяных валунов, камней и снежинок, вращающихся вокруг планеты.
Толщина колец составляет всего несколько сотен метров, а ширина - десятки тысяч километров. Кольца Сатурна, как и кольца других планет-гигантов, расположены в плоскости экватора планеты. Поскольку ось вращения Сатурна на 26,7 градусов наклонена к плоскости его орбиты, с Земли мы видим кольца то широко раскрытыми, и тогда они хорошо видны, то с ребра, и тогда их не удается разглядеть даже в самые хорошие телескопы.Атмосфера Сатурна состоит из водорода (96,3% по числу частиц), гелия (3%) и метана (0,004%), т.е. гелия там (по массе) всего около 6%. Сатурн обладает наиболее чистой водородной атмосферой из всех планет Солнечной системы. Кроме водорода, гелия и метана, в атмосфере присутствуют этан, ацетилен, аммиак, фосфин, а также такие экзотические на Земле вещества, как арсин AsH3 и герман GeH4. Однако количество примесей очень невелико, на уровне десятимиллионных долей от числа частиц и ниже. Средняя молекулярная масса атмосферы Сатурна составляет всего 2,135 г/моль.
Тропопауза (температурный минимум) расположена на уровне давления около 0,1 атм. при температуре 82К. Выше тропопаузы лежит стратосфера - область атмосферы, где температура растет с высотой. В стратосфере на уровне давлений 0,001-0,01 атм. и высотой 180-300 км над основным облачным слоем расположена оптически тонкая надоблачная дымка из мелких (размер 0,1-0,25 мкм) частиц замерзшего аммиака. В видимом и ИК-свете дымка почти прозрачна, но в ультрафиолетовом диапазоне ее оптическая толщина достигает 0,6 (это значит, что она ослабляет свет почти в 2 раза). Еще выше лежит мезопауза - область атмосферы с постоянной температурой (~140K). Начиная с уровня давлений 10-7 атм. температура атмосферы начинает быстро повышаться и к термосфере достигает 800К.
Температурный профиль верхней атмосферы Сатурна.
Данные получены на основе наблюдений затмений Сатурном далеких звезд в 80-х и 90-х годах прошлого века.Ниже тропопаузы (на уровнях давления 0,1-0,4 атм.) расположен слой оптически толстой дымки, нивелирующей рисунок нижележащих облаков. Эта дымка наиболее плотна в области экватора и становится тоньше к полюсам. Самые высокие облака в атмосфере Сатурна наблюдаются именно над экватором на уровне давления 0,07 атмосфер и высоте около 100 км над основным уровнем облаков. На широтах 20-30 градусов дымка опускается на 15 км ниже, в область давления 0,13 атм. Основной уровень облаков на Сатурне расположен при давлении 1,4 атм. и температуре около 150К.
Недавние наблюдения Сатурна с помощью АМС Кассини на волне 5 мкм (ИК-диапазон) позволили также увидеть и глубокие облака, расположенные значительно ниже основного облачного слоя, на уровне давления около 2 атм. Эти облака оказались сложены достаточно крупными частицами (радиус > 5 мкм), состоящими из гидросульфида аммония или водяного льда. Сравнение скорости движения "глубоких облаков" с обычными показало увеличение скорости ветра с глубиной примерно на 1,8 м/сек на км.
На левом рисунке показана зависимость давления в атмосфере Сатурна от высоты. За "ноль" был принят уровень с давлением 1 атм. На правом рисунке показан температурный профиль нижней атмосферы Сатурна. Ниже тропопаузы наблюдается устойчивый рост температруры с глубиной.Скорости ветра на Сатурне достигают 400-500 м/сек. Ветры дуют параллельно экватору в прямом направлении. Скорости ветра значительно различаются на разных широтах. В зонах взаимодействия ветровых течений образуются штормовые системы и вихри аналогично Большому Красному Пятну на Юпитере.
Этот снимок был получен АМС Кассини 7 марта 2006 года с расстояния около 2,9 млн.км. Разрешение снимка 17 км в пикселе. Виден атмосферный вихрь аналогичный Большому Красному Пятну на Юпитере.Еще одной интересной особенностью атмосферной циркуляции на Сатурне является постоянный вихрь циклонического типа около южного полюса, с максимальной скоростью ветра около 160 м/сек на 87 градусе южной широты. Этот вихрь был обнаружен на снимках, полученных Кассини в июле и августе 2004 года. Закручиваясь в огромной воронке, воздух опускается вниз и нагревается, что приводит к повышению измеряемых температур в этой области. Температура тропосферы повышается от 88К на широте 70 градусов южной широты до 91К на полюсе.
Скорости воздушных течений вокруг южного полюса Сатурна. Видны 2 струйных течения около 74 и 87 южной широты.Магнитное поле Сатурна интересно тем, что ось магнитного диполя с точностью до 1 градуса совпадает с осью вращения планеты, а центр диполя совпадает с центром масс Сатурна с точностью до 0,01 радиуса. Напряженность магнитного поля на экваторе на уровне верхушек облаков составляет 0,2 Гаусс (57% от земного).
Как и все газовые гиганты в Солнечной системе, Сатурн имеет систему колец. Однако в отличие от колец Юпитера, Урана и Нептуна кольца Сатурна роскошные, широкие и яркие, что делает эту планету излюбленным объектом для художников, рисующих на космическую тему.
Кольца сложены бесчисленным множеством ледяных частиц размером от многоэтажного дома до снежинки, вращающихся вокруг Сатурна. Ширина колец составляет несколько сотен тысяч километров, тогда как их толщина - всего несколько сотен метров. Каждое из колец состоит из множества (нескольких сотен) узких индивидуальных "колечек". Всего известно 7 колец Сатурна, их свойства приведены в данной таблице.
кг
Кольцо D очень слабое и наиболее близко к Сатурну. За ним следует кольцо С, еще называемое "креповым". Кольца А и В - самые яркие, массивные и непрозрачные, они сложены из относительно крупных (метровых) глыб и отбразывают на поверхность Сатурна глубокие черные тени. Кольца А и В разделяет деление Кассини. Внутри деления Кассини (как и внутри других делений) пространство не пусто: там тоже есть ледяные частицы, просто их гораздо меньше. Кольцо F - узкое колечко за внешним краем кольца А, его "пасут" 2 спутника: Прометей и Пандора. Кольца G и E - очень слабые. Можно уже считать доказанным, что частицы, слагающие кольцо Е, были выброшены гейзерами Энцелада, непрерывно извергающими в пространство мелкую ледяную пыль.
Тонкая структура кольца В, состоящего из множества мелких колечек. Снимок был получен Кассини 3 сентября 2005 годаЕсли собрать вместе все вещество колец, получится спутник диаметром около 400 км (т.е. размером с Мимас).
Спутники Сатурна, как и спутники других планет-гигантов, можно разделить на три ярко выраженные группы. К первой группе относятся внутренние спутники: Пан, Дафния, Атлас, Прометей, Пандора, Эпиметей и Янус. Все они являются ледяными глыбами неправильной формы, размеры любого из них не превышают 200 км. Они вращаются вокруг Сатурна по круговым орбитам практически в плоскости экватора планеты и делают один оборот всего за несколько часов.
Прометей (слева) и Пандора (справа) на фоне кольца FВсе внутренние спутники тесно связаны с кольцами и находятся в динамическом взаимодействии с ними. Пан, Дафния и Атлас являются частью кольца А, Прометей и Пандора "пасут" кольцо F. Спутники Эпиметей и Янус находятся в уникальном гравитационном "танце" друг с другом. Орбита одного из них всего на 100 км ближе к Сатурну, чем орбита другого. Более близкий спутник движется чуть быстрее, и раз в 4 года догоняет более далекий. Во время сближения они гравитационно взаимодействуют друг с другом и меняются орбитами: более близкий спутник переходит на чуть более отдаленную орбиту, а более далекий - на чуть более близкую. Через 4 года все повторяется снова. Последний раз такой "обмен орбитами" произошел 21 января 2006 года, а в следующий раз это произойдет в 2010 году.
Ко второй группе спутников относятся крупные спутники Сатурна: Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан и Япет. Каждый из них является самостоятельным миром с неповторимыми особенностями и уникальной историей, а Титан по своим размерам, массе и наличию плотной атмосферы достоин называться планетой.
МИМАС
Мимас - ближайший к Сатурну крупный спутник. Он вращается вокруг планеты на расстоянии 185600 км (что составляет около 3 радиусов Сатурна) и делает один оборот за 0,942 дня.
Форма Мимаса - трехосный эллипсоид 418х392х383 км, причем самая длинная ось "смотрит" на Сатурн, а самая короткая соединяет северный и южный полюс.
Средняя плотность Мимаса - 1,137 г/куб.см., альбедо - 60%. Скорее всего, он почти целиком состоит из водяного льда.На поверхности Мимаса не видно никаких следов внутренней активности, он весь покрыт кратерами. Самый крупный кратер получил имя Гершель, его диаметр - около 130 км.
ЭНЦЕЛАД
Энцелад - второй крупный спутник Сатурна. Он вращается вокруг планеты на расстоянии 238100 км (что составляет почти 4 радиуса Сатурна) и делает один оборот за 1,37 дня.
Форма Энцелада - трехосный эллипсоид 513х495х489 км, причем самая длинная ось "смотрит" на Сатурн, а самая короткая соединяет северный и южный полюс.
Средняя плотность Энцелада - 1,12 г/куб.см., альбедо - 90%. Это ярчайший спутник в Солнечной системе.Его поверхность очень молода, на ней сравнительно мало кратеров (а есть области, где их нет вообще). Спектр поверхности такой же, как у чистого водяного льда. Спутник геологически активен до сих пор. В районе его южного полюса проходит система трещин, из которых в космос бьют гейзеры из мелкой ледяной пыли. Потом эта пыль рассеивается вдоль всей орбиты Энцелада, формируя самое удаленное и разреженное кольцо Е Сатурна.
Несмотря на свои небольшие размеры, Энцелад имеет разреженную атмосферу. Ее состав: 65% водяного пара, 20% молекулярного водорода, есть также немного углекислого газа, угарного газа и азота.
ТЕФИЯ
Тефия - третий крупный спутник Сатурна. Она вращается вокруг планеты на расстоянии 294700 км (чуть меньше 5 радиусов Сатурна) и делает один оборот за 1,888 дня.
Форма Тефии - трехосный эллипсоид 1071х1056х1052 км, причем самая длинная ось "смотрит" на Сатурн, а самая короткая соединяет северный и южный полюс.
Средняя плотность Тефии - 1,00 г/куб.см., альбедо - 80%. По всей видимости, спутник почти целиком состоит из водяного льда.Древняя поверхность Тефии покрыта многочисленными кратерами. Однако на ней заметны и следы геологических процессов, например, огромный разлом, протянувшийся на несколько сотен километров и получивший название Итака.
ДИОНА
Диона - четвертый крупный спутник Сатурна. Она вращается вокруг планеты на расстоянии 377400 км (что немного больше 6 радиусов Сатурна) и делает один оборот за 2,737 дня.
Диаметр Дионы составляет 1120 км, ее средняя плотность 1,49 г/куб.см, альбедо 60%.Более высокая средняя плотность говорит о том, что в составе Дионы присутствует значительная доля скальных пород. Ее поверхность старше поверхности Энцелада, но значительно моложе поверхности Тефии или Реи. Ледяную кору спутника перерезают многочисленные разломы и каньоны, что говорит о сравнительно недавней (десятки и сотни миллионов лет) геологической активности Дионы.
РЕЯ
Рея - пятый крупный спутник Сатурна. Она вращается вокруг планеты на расстоянии 527100 км (что немного меньше 9 радиусов Сатурна) и делает один оборот за 4,518 дня.
Диаметр Реи составляет 1528 км, это второй (после Титана) крупнейший спутник Сатурна. Ее средняя плотность 1,24 г/куб.см, альбедо 60%.Несмотря на то, что Рея крупнее Дионы, ее поверхность гораздо старше. Фактически она вся усеяна кратерами, на ней живого места нет! Яркое пятно почти в центре снимка - крупный молодой кратер, обнаживший чистый лед глубин.
ЯПЕТ
Япет - седьмой крупный спутник Сатурна. Он вращается вокруг планеты на расстоянии 3560800 км (или 59 радиусов Сатурна) и делает один оборот за 79,33 дня. В отличие от более близких спутников, вращающихся практически в плоскости экватора Сатурна, орбита Япета наклонена на 7,57 градуса к этой плоскости.
Диаметр Япета составляет 1436 км, он совсем немного меньше Реи. Его средняя плотность 1,253 г/куб.см.Одной из удивительных особенностей Япета является то, что одно из его полушарий (ведущее) отражает в 6 раз меньше света, чем другое (ведомое)! Экваториальная зона и средние широты ведущего полушария покрыты красноватым темным веществом неизвестного состава и происхождения. По мере движения к полюсам слой вещества становится тоньше и у полюсов сходит на нет.
Еще одной интригующей деталью поверхности Япета является 10-километровый горный хребет, протянувшийся параллельно экватору почти на половину диаметра спутника.Кроме уже упомянутых крупных спутников, на расстоянии от 3 до 60 радиусов Сатурна летает еще несколько крупных и мелких ледяных глыб. Между орбитами Мимаса и Энцелада проходят орбиты Метоны и Паллены, размеры которых не превышают 3-4 км. По орбите Тефии, опережая ее и отставая на 60 градусов (иначе говоря, в лагранжевых точках орбиты Тефии, где положение небольших спутников устойчиво), движутся Телесто и Калипсо, две ледяные глыбы размером 24 и 19 км соответственно. По орбите Дионы движутся Елена и Полидевк, размерами 32 и 4 км.
По всей видимости (но это лично мое мнение, оно не общепринято), сравнительно недавно (скажем, в течение последнего полумиллиарда лет) в системе Сатурна произошло катастрофическое событие: спутник-спутниковое рассеяние или сближение планеты с крупным объектом из пояса Койпера, в результате которого один из спутников столкнулся с другим и/или погрузился глубоко в область Роша Сатурна и разрушился. Система Сатурна наполнилась огромным количеством крупных и мелких ледяных глыб, летающих по самым разным орбитам. За прошедшее время подавляющая часть их упала на планету или на поверхности спутников, часть образовала знаменитые кольца Сатурна, а часть (очень небольшая, чьи орбиты случайно оказались устойчивы) образовала небольшие спутники вроде Метоны, Паллены, Телесто, Калипсо, Елены, Полидевка и Гипериона.Наконец, третью группу спутников Сатурна образуют небольшие тела, захваченные Сатурном за все время его существования. Это Кивиок, Иджирак, Феба, Палиак, Скади, Альбиорикс, Эррипо, Сиарнак, Тарвос, Мундилфари, Нарви, Суттунг, Трюм, Имир и еще 20 спутников, открытых за последние год-два и еще не получивших собственные имена. Из них только Феба достигает размера 240 км, размеры остальных составляют всего несколько (у некоторых - несколько десятков) км. Эти спутники летают по самым окраинам системы Сатурна, двигаясь по нерегулярным орбитам с большими эксцентриситетами и наклонами к плоскости экватора планеты. Многие из них обладают обратным движением. Самый удаленный из них делает один оборот вокруг Сатурна за 3,4 года.
Феба - единственный из нерегулярных спутников Сатурна, мимо которого пролетал космический аппарат с Земли.
Этот снимок был получен АМС Кассини 11 июня 2004 года с расстояния 32500 км, разрешение 190 м в пикселе.Феба вращается вокруг Сатурна на расстоянии 12944300 км (215 радиусов Сатурна) по обратной (ретроградной) орбите с эксцентриситетом 0,1644 и углом наклона к экватору планеты, равном 174,75 градуса. Она делает полный оборот за 548,2 суток. Ее средняя плотность равна 1,3 г/куб.см, альбедо всего около 8%
Вокруг Сатурна наверняка вращается несколько еще не открытых спутников диаметром несколько километров.
Источники:
1. Determination of the Haze Layer Parameters in the Saturn Atmosphere from Cassini-VIMS Images
2. A strong vortex in Saturn`s south pole
3. The Depths of Saturn Revealed: Discrete Cloud Systems and Winds at the 2-Bar Level as Imaged by Cassini/VIMS
4. Состав атмосфер планет-гигантов
5. Информационный справочник "Естественные спутники планет"
6. Сатурн в Планетном фотожурнале НАСА
7. М.Я. Маров, "Планеты Солнечной системы", Москва, 1986.
;void(0);)
;void(0);)
;void(0);)
;void(0);)
