Сатурн, если считать по удалённости от Солнца, является шестой планетой, а если по величине, то второй. Это газовый гигант, масса которого превосходит массу в 95 раз. Он имеет самую низкую плотность из всех планет и даже меньшую, чем у воды. Планета Сатурн, является, пожалуй, одной из самых красивых и загадочных. Её вид поражает и манит. Сказочные кольца создают ощущение чего – то необычного, благодаря им, его невозможно спутать с другой планетой, он единственный в своём роде.
Что означает название Сатурна? Известно, что оно происходит от имени Бога Кроноса, который повелевал могучими титанами в греческой мифологии. Планета получила данное название, благодаря своим гигантским размерам и необычному виду.
Параметры планеты
Атмосфера
В атмосфере Сатурна бушуют сильные ветра. Их скорость настолько велика, что составляет около 500 км/ч, а порой, достигает и 1500 км/ч. Согласитесь, довольно неприятное явление, но с Земли (если смотреть в телескоп) они выглядят очень красиво. На планете бушуют настоящие циклоны, самым большим из которых является Большой белый овал. Он получил это название за внешний вид, и представляет из себя мощнейший антициклон, систематически появляющийся на поверхности примерно один раз в тридцать лет. Размеры его просто гигантские, и составляют около 17 тысяч километров.
Атмосфера планеты стоит в основном из водорода и гелия, имеется совсем немного немного азота. В верхних слоях наблюдаются аммиачные облака.
Имеются и такие образования, как пятна. Правда они не так заметны, как, например, у Юпитера, но всё - таки, некоторые довольно большие и достигают около 11 тыс. км. То есть, довольно внушительны. Есть и светлые пятна, они намного меньше, всего около 3 тыс. км, а так же, коричневые, размеры которых составляют 10 тыс. км.
Имеются и полосы, которые, как предполагают учёные, появились от перепада температур. Их довольно много и именно в центре полос дуют самые мощнейшие ветра.
В верхних слоях атмосферы очень холодно. Температура колеблется от –180 °С до –150 °С. Хоть это и страшный холод, но, если бы внутри планеты не было ядра, обогревающего и дающего тепло, то температура атмосферы была бы заметно ниже, ведь Солнце же далеко.
Поверхность
У Сатурна нет твёрдой поверхности, а то, что мы видим, это только верхушки облаков. Их верхний слой состоит из замёрзшего аммиака, а нижний — из аммония. Чем ближе к планете, тем плотнее и горячее водородная атмосфера.
Внутреннее строение очень схоже с таковым у Юпитера.Ученые предполагают, что в центре планеты находится большое силикатно – металлическое ядро. Так, на глубине около 30 000 км. температура составляет 10000 °С, а давление около 3 млн. атмосфер. В самом ядре, давление ещё более высокое, так же как и температура. В нём и находится источник тепла, согревающий всю планету. Сатурн выделяет больше тепла, чем получает от .
Ядро окружено водородом, находящимся в металлическом состоянии, а над ним, уже ближе к поверхности, слой жидкого молекулярного водорода, переходящего в свою газовую фазу, примыкающую к атмосфере. Магнитное поле планеты имеет уникальную особенность, которая заключается в совпадении с осью вращения планеты. У магнитосферы Сатурна симметричный вид, но радиационные полюса правильной формы и имеют пустоты.
Первым, кто увидел кольца, был великий Галилео Галилей, и было это аж в 1610 году. Уже позже, при помощи более мощного телескопа, голландский астроном Гюйгенс, предположил, что Сатурн имеет два кольца: одно тонкое и одно плоское. На самом же деле, их на много больше, и состоят они из многочисленных кусочков льда, камней, самых разных размеров, сметающих всё на своём пути. Кольца просто огромные. Самое большое из них, превосходит размеры планеты в 200 раз. По сути, это мусор, который остался от разрушенных комет, спутников и иных космических отходов.
Интересно, что кольца тоже имеют название. Они расположены в алфавитном порядке, то есть это кольцо А, В, С и так далее.
У Сатурна всего 61 спутник. Они имеют различную форму, но в большинстве своём они малых размеров. В основном представляют из себя ледяное образование и только некоторые имеют примеси горных пород. Названия многих спутников произошли от имён титанов, и их потомков, так как само название планеты происходит от Кроноса, который повелевал ими.
Самые крупные спутники планеты — Титан, Феба, Мимас, Тефия, Диона, Рея, Гиперион и Япет. Они, кроме Фебы, вращаются синхронно и постоянно обращены одной стороной относительно Сатурна. Многие исследователи предполагают, что Титан, очень похож по своему строению и некоторым другим параметрам с молодой Землёй (какой она была 4.6 млрд. лет тому назад).
Здесь и условия более благоприятны, и возможно, имеются простейшие микроорганизмы. Но пока что, подтвердить это не представляется возможным.
Путешествие на Сатурн
Если бы мы сейчас отправились на эту удивительную планету, то увидели бы завораживающую картину. Представьте себе, гигантский Сатурн, вокруг которого на огромной скорости вращаются многочисленные остатки планет, куски комет и льда, ведь именно это и представляет из себя тот самый пояс – кольцо, которое так красиво выглядит с Земли. На самом деле, всё не так романтично. А над планетой парят облака, плотно покрывающие всю поверхность. Местами, бушуют дикие ветра, проносясь на огромной скорости, которая быстрее, чем скорость звука на Земле.
Временами здесь бывают молнии, а значит, мы могли бы попасть под их воздействие, тем более опасно, что укрыться негде. В общем, Сатурн, довольно опасное место для нахождения человека, как бы надёжно он ни был защищён. Вас может унести ураган или попасть молния, тем более, не забывайте, что это газообразная планета, со всеми вытекающими отсюда последствиями.
- Сатурн является самой разряженной планетой в . Плотность составляет меньше плотности воды. А вращение планеты настолько велико, что она сплющивается со стороны полюсов.
- У Сатурна имеется феномен, который называется «Гигантский гексагон». Ни одна другая планета в солнечной системе не имеет этого. Что это такое? Это довольно устойчивое образование, представляющее из себя правильный шестиугольник, который окружает северный полюс планеты. Этот атмосферный феномен до сих пор ещё никто не может объяснить. Предполагается, что это головная часть вихря, основная масса которого находится в глубине водородной атмосферы. Размеры его огромны и составляют 25 тыс. километров.
- Если бы Солнце было в форме двери, то планета Земля по сравнению с ней, была бы размером с монетку, а Сатурн как баскетбольный мяч. Таковы их размеры в сравнении.
- Сатурн - это гигантская газообразная планета без твёрдой поверхности. То есть, то, что мы можем видеть, это не является твёрдым, а всего лишь облака.
- Средний радиус планеты составляет 58.232 км. Но не смотря на такие большие размеры, он вращается довольно быстро.
- На Сатурне сутки длятся 10,7 часов, это то время, которое необходимо планете для совершения одного оборота вокруг своей оси. Продолжительность года составляет 29,5 земных лет.
- Солнечный ветер, врезаясь в атмосферу Сатурна, создает своеобразные «звуки». Если перевести их в диапазон слышимых человеком звуковых волн, получится страшноватая мелодия:
Те, кто долетел до Сатурна
Самый первый космический корабль, достигший Сатурна бы Пионер 11, и произошло данное событие в 1979 году. Он не приземлялся на саму планету, а только пролетел относительно близко, на расстоянии 22.000 км. были сделаны фотографии, которые открыли свет учёным астрономам на некоторые вопросы к космическому гиганту. Немного позже, аппарат Кассини сумел отправить зонд на его спутник – Титан. Он успешно приземлился и сделал уже более подробные снимки как самого Сатурна, так и Титана. А в 2009 году под ледяной поверхностью Энцелада был обнаружен целый океан льда.
Совсем недавно, астрономы обнаружили в атмосфере планеты полярное сияние нового типа, оно образует кольцо вокруг одного из полюсов.
Планета все ещё таит в себе много тайн и загадок, которые предстоит разгадать астрономам и учёным в будущем.
Всё о планете Сатурн.
Сатурн – газовая планета Солнечной системы, которая состоит в основном из водорода. Шестая по счёту, она обладает хорошо различимой системой колец, благодаря которым остаётся узнаваемой. Вокруг планеты вращается 62 открытых спутника. Среди которых Титан – второй по величине природный спутник.
1. Открытие
Сатурн – одна из тех планет, которые легко видны с земли. Первым, кто заметил его при помощи телескопа, был Галилео Галилей. Однако он увидел, что планета якобы состоит из трёх тел, которые почти касаются друг друга. Тогда он выдвинул предположение, что эти частички могут быть спутниками Сатурна. Однако по истечении двух лет, во время очередных исследований, Галилей не смог найти недавно открытых спутников.
Гюйгенс воспользовался более мощным телескопом, который помог доказать, что те три тела, которые когда-то наблюдал Галилей. На самом деле кольца, которые опоясывают всю планету. Он же открыл самый большой спутник планеты Титан.
Когда исследованиями занялся Кассини, он смог увидеть, что кольцо не одно, оно состоит из двух частей. Между ними чётко виден зазор, прозванный щелью Кассини. Позже он открыл несколько спутников. После этого серьёзных открытий не было. Учёные постепенно находили всё новые и новые спутники. Только во время полёта телескопа «Хаббла» Сатурн был максимально изучен.
2. Кольца
После детального изучения оказалось, что у всех планет газовых гигантов есть такие же кольца кольца, но самые заметные только у Сатурна. Всего у планеты четыре кольца – три основных и одно очень тонкое. Это не сплошное тело, как могло показаться вначале. На самом деле, эти кольца тонкие и состоят из более мелких колец. Между ними есть щели, тоже заполненные миниатюрными кольцами, но они почти прозрачны и невидимы.
Некоторые спутники Сатурна входят в кольца и исполняют роль своеобразной поддержки. Именно их движение вокруг планеты не даёт кольцам распасться. Согласно наблюдениям зонда Кассини кольца постоянно колеблются.
Их происхождение до сих пор не ясно. По одной теории – они образовались после распада жидкого спутника Сатурна. Другая же теория гласит, что в один из спутников врезался метеорит, но его частицы продолжили вращение вокруг планеты.
3. Упоминание в литературе
Как и многие другие планеты, Сатурн пользуется большой популярностью у писателей-фантастов. Одни выбирают его как планету для другого народа, других прельщают кольца, на которых нередко разворачиваются сражения.
Вольтер в своей повести «Микромегас» писал о встрече человека и существа из другой планеты именно на Сатурне. Позже Желязны в «Песне чужого мира» описывал жителей планеты – огромные пузыри. Он высказывал мнение, что Сатурн полезен человечеству, как источник редких газов.
Станислав Лем в рассказе «Дознание» описывал как через кольца Сатурна был направлен звездолёт, а уже Бестер в «Дьявольском интерфейсе» описывает спутник Титан, на котором якобы находится метановая вода, представляющая огромную ценность для всех жителей земли.
Тема Сатурна встречается и в других книгах, её же можно увидеть в компьютерных играх, фильмах, мультфильмах. Тема стала очень популярной благодаря необычному виду планеты и её составляющих.
Сатурн — шестая планета от Солнца и вторая по величине планета Солнечной системы согласно параметрам диаметра и массы. Зачастую, Сатурн и называют братскими планетами. При сравнении, становится понятно, почему Сатурн и Юпитер были обозначены в качестве родственников. От состава атмосферы до особенностей вращения эти две планеты очень похожи. Именно в честь такой схожести, в римской мифологии Сатурн был назван в честь отца бога Юпитера.
Уникальной особенностью Сатурна является тот факт, что данная планета является наименее плотной в Солнечной системе. Не смотря на наличие у Сатурна плотной, твердой сердцевины, большой газообразный внешний слой планеты доводит средний показатель плотности планеты лишь до 687 кг/м3. В результате получается, что плотность Сатурна меньше, чем у воды и если бы он был размером со спичечный коробок, то легко бы поплыл по течению весеннего ручья.
Орбита и вращение Сатурна
Среднее орбитальное расстояние Сатурна составляет 1,43 х 109 км. Это означает, что Сатурн находится в 9,5 раз дальше от Солнца, чем общее расстояние от Земли до Солнца. Как результат солнечному свету требуется примерно час и двадцать минут, чтобы добраться до планеты. Кроме того, учитывая расстояние Сатурна от Солнца, продолжительность года на планете составляет 10,756 земных суток; то есть около 29,5 земных лет.
Эксцентриситет орбиты Сатурна является третьим по величине после и . В результате наличия такого большого эксцентриситета, расстояние между перигелием планеты (1,35 х 109 км) и афелием (1,50 х 109 км) является весьма существенным — около 1,54 X 108 км.
Наклон оси Сатурна, который составляет 26.73 градуса, очень похож на земной, и это объясняет наличие на планете таких же сезонов, как и на Земле. Однако из-за удаленности Сатурна от Солнца, он получает значительно меньше солнечного света в течение года и по этой причине сезоны на Сатурне являются гораздо более «смазанными» нежели на Земле.
Говорить о вращении Сатурна так же интересно как о вращении Юпитера. Обладая скоростью вращения примерно 10 часов 45 минут, Сатурн в этом показателе уступает только Юпитеру, который является самой быстро вращающейся планетой в Солнечной системе. Такие экстремальные темпы вращения без сомнения влияют на форму планеты, придавая ей форму сфероида, то есть сферу, которая несколько выпирает в районе экватора.
Второй удивительной особенностью вращения Сатурна являются различные скорости вращения между различными видимыми широтами. Данное явление образуется в результате того, что преобладающим веществом в составе Сатурна является газ, а не твердое тело.
Кольцевая система Сатурна является самой известной в Солнечной системе. Сами кольца состоят в основном из миллиардов крошечных частиц льда, а также пыли и другого комического мусора. Такой состав объясняет, почему кольца видны с Земли в телескопы – лед обладает очень высоким показателем отражения солнечного света.
Существует семь широких классификаций среди колец: А, В, С, D, Е, F, G. Каждое кольцо получило свое название согласно английскому алфавиту в порядке периодичности обнаружения. Самыми видимыми с Земли кольцами являются A, B и C. На самом деле каждое кольцо – это тысячи более мелких колец, буквально прижимающихся друг к другу. Но между основными кольцами есть пробелы. Пробел между кольцами А и В является самым крупным из этих пробелов и составляет 4700 км.
Основные кольца начинаются на расстоянии примерно 7000 км над экватором Сатурна и простираются еще на 73000 км. Интересно отметить, что, несмотря на то, что это очень существенный радиус, фактическая толщина колец не больше одного километра.
Наиболее распространенной теорией для объяснения образования колец является теория о том, что на орбите Сатурна, под воздействием приливных сил, распался среднего размера спутник, а произошло это в тот момент, когда его орбита стала слишком близкой к Сатурну.
- Сатурн шестая планета от Солнца и последняя из планет, известных древним цивилизациям. Считается, что ее впервые наблюдали жители Вавилона.
Сатурн является одной из пяти планет, которые можно увидеть невооруженным глазом. Также он является пятым по яркости объектом в Солнечной системе.
В римской мифологии Сатурн был отцом Юпитера, царя богов. Подобное соотношение имеет в ракурсе схожести планет с одноименным названием, в частности по размеру и составу.
Сатурн выделяет больше энергии, чем получает от Солнца. Считается, что такая особенность обусловлена гравитационным сжатием планеты и трением большого количества гелия находящегося в ее атмосфере.
Сатурну требуется 29,4 земных лет для полного оборота по орбите вокруг Солнца. Столь медленное движение относительно звезд послужило поводом для древних ассирийцев обозначить планету как «Lubadsagush», что означает «самый старый из старых».
На Сатурне дуют самые быстрые ветры в нашей Солнечной системе. Скорость этих ветров была измерена, максимальный показатель — около 1800 километров в час.
Сатурн является наименее плотной планетой в Солнечной системе. Планета в основном состоит из водорода и имеет плотность меньше, чем у воды — что технически означает, что Сатурн будет плавать.
У Сатурна более 150 спутников. Все эти спутники имеют ледяную поверхность. Самыми большими из являются Титан и Рея. Весьма интересным спутником является Энцелад, так как ученые уверены, что под его ледяной корой скрывается водяной океан.
- Спутник Сатурна Титан является вторым по величине спутником в Солнечной системе, после спутника Юпитера под названием Ганимед. Титан имеет сложную и плотную атмосферу, состоящую в основном из азота, водяного льда и камня. Замороженная поверхность Титана имеет жидкие озера из метана и рельеф, покрытый жидким азотом. Из за этого исследователи считают, что если Титан и является гаванью для жизни, то эта жизнь будет в корне отличаться от земной.
Сатурн является самой плоской из восьми планет. Его полярный диаметр составляет 90% от его экваториального диаметра. Это происходит из-за того, что планета с низкой плотностью обладает высокой скоростью вращения – оборот вокруг своей оси занимает у Сатурна 10 часов и 34 минуты.
На Сатурне возникают бури овальной формы, которые по своей структуре подобны тем, что происходят на Юпитере. Ученые считают, что такой рисунок облаков вокруг северного полюса Сатурна может быть настоящим образцом существования атмосферных волн в верхних облаках. Также над южным полюсом Сатурна существует вихрь, который по своей форме очень похож на ураганные бури, происходящие на Земле.
В объективы телескопов Сатурн, как правило, виден в бледно-желтом цвете. Это происходит потому, что его верхние слои атмосферы содержит кристаллы аммиака. Ниже этого верхнего слоя находятся облака, которые в основном состоят из водяного льда. Еще ниже, слои ледяной серы и холодные смеси водорода.
Сатурн - шестая планета от Солнца и вторая по размерам планета в Солнечной системе после Юпитера. Сатурн, а также Юпитер, Уран и Нептун, классифицируются как газовые гиганты. Сатурн назван в честь римского бога земледелия.
В основном Сатурн состоит из водорода, с примесями гелия и следами воды, метана, аммиака и тяжёлых элементов. Внутренняя область представляет собой 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 62 известных на данный момент спутника. 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 Солнечной системы плотной атмосферой.
В настоящее время на орбите Сатурна находится автоматическая межпланетная станция «Кассини», запущенная в 1997 году и достигшая системы Сатурна в 2004, в задачи которой входит изучение структуры колец, а также динамики атмосферы и магнитосферы Сатурна.
Сатурн среди планет Солнечной системы
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; из всех планет Солнечной системы Сатурн обладает наибольшим сжатием. Масса планеты в 95 раз превышает массу Земли, однако средняя плотность Сатурна составляет всего 0,69 г/см2, 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/см2). Ускорение свободного падения на экваторе составляет 10,44 м/с2, что сопоставимо со значениями Земли и Нептуна, но намного меньше, чем у Юпитера.
Среднее расстояние между Сатурном и Солнцем составляет 1430 млн км (9,58 а. е.). Двигаясь со средней скоростью 9,69 км/с, Сатурн обращается вокруг Солнца за 10 759 дней (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. 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.
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 скорость составляет 844,3°/день). 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°/день). Впоследствии данные были пересмотрены: была дана новая оценка - 10 ч, 34 мин и 13 с. «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°/день).
В качестве продолжительности оборота Сатурна вокруг оси принята величина 10 часов, 34 минуты и 13 секунд.Точная величина периода вращения внутренних частей планеты остаётся трудноизмеряемой. 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).
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.
Происхождение
Происхождение Сатурна (равно как и Юпитера) объясняют две основные гипотезы. Согласно гипотезе «контракции», состав Сатурна, схожий с Солнцем (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.
Гипотеза «аккреции» гласит, что процесс образования Сатурна происходил в два этапа. Сначала в течение 200 миллионов лет 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.
Атмосфера и строение
Полярное сияние над северным полюсом Сатурна. Сияния окрашены в голубой цвет, а лежащие внизу облака - в красный. Прямо под сияниями видно обнаруженное ранее шестиугольное облако
Верхние слои атмосферы Сатурна состоят на 96,3 % из водорода (по объёму) и на 3,25 % - из гелия (по сравнению с 10 % в атмосфере Юпитера). Имеются примеси метана, аммиака, фосфина, этана и некоторых других газов. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских. Облака нижней части атмосферы состоят из гидросульфида аммония (NH4SH) или воды.
По данным «Вояджеров», на Сатурне дуют сильные ветры, аппараты зарегистрировали скорости воздушных потоков 500 м/с. Ветры 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 указывают, 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.
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 1990 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. Полярные сияния представляют собой яркие непрерывные кольца овальной формы, окружающие полюс планеты. Кольца располагаются на широте, как правило, в 70-80°. 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. Иногда кольца становятся спиральной формы вместо овальной.
В отличие от Юпитера полярные сияния Сатурна не связаны с неравномерностью вращения плазменного слоя во внешних частях магнитосферы планеты. Предположительно, они возникают из-за магнитного пересоединения под действием солнечного ветра. Форма и вид полярных сияний Сатурна сильно меняются с течением времени. Их расположение и яркость сильно связаны с давлением солнечного ветра: чем оно больше, тем сияния ярче и ближе к полюсу. Среднее значение мощности полярного сияния составляет 50 ГВт в диапазоне 80-170 нм (ультрафиолет) и 150-300 ГВт в диапазоне 3-4 мкм (инфракрасный).
28 декабря 2010 года «Кассини» сфотографировал шторм, напоминающий сигаретный дым. Ещё один, особенно мощный шторм, был зафиксирован 20 мая 2011 года.
Гексагональное образование на северном полюсе
Гексагональное атмосферное образование на северном полюсе Сатурна
Облака на северном полюсе Сатурна образуют шестиугольник - гигантский гексагон. Впервые это обнаружено во время пролётов «Вояджера» около Сатурна в 1980-х годах, 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. Период его вращения составляет 10 часов 39 минут. Если южный полюс Сатурна с его вращающимся ураганом не кажется странным, то северный полюс можно считать гораздо более необычным. 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». Фильмы, показывающие северный полюс Сатурна, демонстрируют сохранение шестиугольной структуры облаков во время их вращения. Отдельные облака на Земле могут иметь форму шестиугольника, но, в отличие от них, у облачной системы на Сатурне есть шесть хорошо выраженных сторон почти равной длины. Внутри этого шестиугольника могут поместиться четыре Земли. Предполагается, что в районе гексагона имеется значительная неравномерность облачности. Области, в которых облачность практически отсутствует, имеют высоту до 75 км.
Полного объяснения этого явления пока нет, однако учёным удалось провести эксперимент, который довольно точно смоделировал эту атмосферную структуру. Исследователи поставили 30-литровый баллон с водой 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. При эксперименте был получен в том числе и вихрь в форме гексагона.
Внутреннее строение
Внутреннее строение Сатурна
В глубине атмосферы Сатурна растут давление и температура, и водород переходит в жидкое состояние, однако этот переход является постепенным. На глубине около 30 тыс. км водород становится металлическим (а давление достигает около 3 миллионов атмосфер). Циркуляция электротоков в металлическом водороде создаёт магнитное поле (гораздо менее мощное, чем у Юпитера). В центре планеты находится массивное ядро из тяжёлых материалов - камня, железа и, предположительно, льда. Его масса составляет приблизительно от 9 до 22 масс Земли. Температура ядра достигает 11 700 °C, а энергия, которую оно излучает в космос, в 2,5 раза больше энергии, которую Сатурн получает от Солнца. Значительная часть этой энергии генерируется за счёт механизма Кельвина - Геймгольца, который заключается в том, что 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. Предполагается, что дополнительная часть тепла создаётся за счёт конденсации и последующего падения капель гелия через слой водорода (менее плотный, чем капли) вглубь ядра. Результатом является переход потенциальной энергии этих капель в тепловую. По оценкам, область ядра имеет диаметр приблизительно 25 000 км.
Магнитное поле
Структура магнитосферы Сатурна
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 ежесекундно выбрасывают около 300-600 кг водяного пара, часть которого ионизируется магнитным полем Сатурна.
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, создается 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. Величина магнитного поля на экваторе Сатурна 21 мкTл (0,21 Гс), что соответствует дипольному магнитному моменту примерно в 4,6 ? 10 18 Tл м3. Магнитный диполь Сатурна жёстко связан с его осью вращения, поэтому магнитное поле очень асимметрично. Диполь несколько смещён вдоль оси вращения Сатурна к северному полюсу.
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 магнитосфера 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 Rs (Rs = 60 330 км - экваториальный радиус Сатурна). Расстояние зависит от давления солнечного ветра, который зависит от солнечной активности. Среднее расстояние до магнитопаузы составляет 22 Rs. С другой стороны планеты солнечный ветер растягивает магнитное поле Сатурна в длинный магнитный хвост.
Исследования Сатурна
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 диаметром не менее 15 мм. При апертуре инструмента в 100 мм видны более тёмная полярная шапка, тёмная полоса у тропика и тень колец на планете. А при 150-200 мм станут заметны четыре - пять полос облаков в атмосфере и неоднородности в них, но их контраст будет заметно меньше, чем у юпитерианских.
Вид Сатурна в современный телескоп (слева) и в телескоп времён Галилея (справа)
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.
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.
В дальнейшем значительных открытий не было до 1789 года, когда У. 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. 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. 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. При измерениях, проведённых 20-21 ноября 1995 года, была определена их детальная структура. В период максимального наклона колец в 2003 году был получены 30 изображений планеты в различных диапазонах длин волн, что на тот момент дало наилучший охват по спектру излучений за всю историю наблюдений. Эти изображения позволили учёным лучше изучить динамические процессы, происходящие в атмосфере, и создавать модели сезонного поведения атмосферы. Также широкомасштабные наблюдения Сатурна велись Южной Европейской обсерваторией в период с 2000 по 2003 год. Было обнаружено несколько маленьких спутников неправильной формы.
Исследования с помощью космических аппаратов
Затмение Солнца Сатурном 15 сентября 2006. Фото межпланетной станции Кассини с расстояния 2,2 млн км
В 1979 г. автоматическая межпланетная станция (АМС) США «Пионер-11» впервые в истории пролетела вблизи Сатурна. Изучение планеты началось 2 августа 1979 года. После окончательного сближения аппарат сделал полёт в плоскости колец Сатурна 1 сентября 1979 года. Полёт происходил на высоте на 20 000 км выше максимальной высоты облачности планеты. 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 изучал кольца. В числе открытий было обнаружение тонкого F кольца. Кроме того, было обнаружено, что многие участки, видимые с Земли как светлые, были видны с «Пионера-11» как тёмные, и наоборот. Также аппаратом была измерена температура Титана. Исследования планеты продолжались до 15 сентября, после чего аппарат полетел к более внешним частям Солнечной системы.
В 1980-1981 годах 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 на три месяца раньше. 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. 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.
Сатурн и его спутники - Титан, Янус, Мимас и Прометей - на фоне колец Сатурна, видимых с ребра и диска планеты-гиганта
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. К сожалению, 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. 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 г. к Сатурну была запущена АМС «Кассини-Гюйгенс», которая после 7 лет полёта 1 июля 2004 г. 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.
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 2006 году НАСА доложило об обнаружении аппаратом очевидных следов воды, которые извергаются гейзерами Энцелада. В мае 2011 года учёные НАСА заявили, что Энцелад «оказался наиболее приспособленным для жизни местом в Солнечной системе после Земли».
Сатурн и его спутники: в центре снимка - Энцелад, справа, крупным планом, видна половинка Реи, из-за которой выглядывает Мимас. Фотография сделана зондом «Кассини», июль 2011
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. Предполагается, что материал для этих колец мог образоваться вследствие удара о Янус или Эпиметей метеорита или кометы. 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. В октябре 2006 года на южном полюсе Сатурна были обнаружен ураган диаметром 8000 км.
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.
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).
Спутники
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, что приводит к их постепенному удалению.
Спутники Сатурна
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. Возможность возникновения простейших организмов не исключается учёными. 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 он находится по определённую сторону от Сатурна. Ведущее и заднее полушария Дионы и Реи также имеют свои отличия. Ведущее полушарие 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.
По состоянию на февраль 2010 г. известно 62 спутника Сатурна. 12 из них 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.
В течение 2006 г. 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.
Кольца
Сравнение Сатурна и Земли
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: их можно увидеть и в виде колец, и «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 и двумя другими учёными в 1895-1896 гг.
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.
Кольца Сатурна очень тонкие. При диаметре около 250 000 км их толщина не достигает и километра (хотя существуют на поверхности колец и своеобразные горы). Несмотря на свой внушительный вид, количество вещества, составляющего кольца, крайне незначительно. Если его собрать в один 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 сантиметров до 10 метров. По составу они на 93 % состоят изо льда с незначительными примесями, которые могут включать в себя сополимеры, образующихся под действием солнечного излучения и силикаты и на 7 % из углерода.
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 Кассинии и под воздействием его притяжения вещество удаляется из неё, а Пан находится внутри разделительной полосы Энке. 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. По одной из теорий, выдвинутой в 1849 году Эдуардом Рошем, кольца образовались вследствие распада жидкого спутника под действием приливных сил. По другой - спутник распался из-за удара кометы или астероида.
Данная статья представляет собой сообщение или доклад о Сатурне, где изложена характеристика этой планеты Солнечной системы: основные астрономические данные, строение атмосферы и ядра, описание колец и спутников.
Астрономические данные Сатурна
Максимальное расстояние от Солнца (афелий)
1,513 млрд. км (10,116 а.е.)
Минимальное расстояние от Солнца (перигелий)
1,354 млрд. км (9,048 а.е.)
Диаметр по экватору
120 540 км
Средняя температура верхних слоёв атмосферы
-180º С
Период обращения вокруг Солнца
29,458 земного года
Период обращения вокруг оси
10 ч 34 мин 13 с
Количество колец
8
Количество спутников
62
Описание планеты
Эта планета - бледно-золотой шар, окружённый тончайшим кольцом - получила своё название от имени древнеримского бога посевов, отца Юпитера. Шестой по счёту в Солнечной системе и второй по величине, Сатурн обращается вокруг нашего светила на среднем расстоянии в 1,4 млрд. км, отстоя от звезды вдвое дальше, чем Юпитер. Вещество этого небесного тела так же, как Юпитера, Урана и Нептуна, имеет небольшую среднюю плотность (0,69 г/см 3) , поскольку состоит в основном из газов; тем не менее относящийся к планетам-гигантам Сатурн примерно в 95 раз массивнее Земли.
В силу большого отстояния от центра Солнечной системы его орбитальный период (т. е. сатурнианский год) весьма продолжителен и составляет около 29,5 земного. При этом обращение Сатурна вокруг своей оси происходит значительно быстрее, нежели у Земли: один день здесь длится всего 10 ч 34 мин. Скорость движения облаков над экваториальной зоной планеты такова, что полный оборот они совершают на 26 минут быстрее, чем облака в более высоких широтах; причина тому - огромной силы (около 500 м/с) ветры, дующие в верхних слоях атмосферы.
Атмосфера и ядро
Сатурн окутан плотным, заполненным облаками слоем газов. Основу его атмосферы составляют гелий и водород; облака состоят главным образом из кристаллов воды и аммиака. Так же, как и у ближайшего соседа по Солнечной системе - Юпитера, в видимых атмосферных слоях этой планеты присутствуют определённые участки, окрашенные как в более тёмные, так и в более светлые тона (так называемые пояса и зоны соответственно); они вполне чётко различимы, хотя и менее контрастны, чем у Юпитера. Кроме того, здесь также наблюдаются относительно стабильные атмосферные возмущения - например, Большое белое пятно, которое существовало в течение нескольких месяцев, а затем возродилось примерно три десятилетия спустя; гигантское овальное образование размером с Землю, расположенное недалеко от северного полюса, было названо Большим коричневым пятном.
Достигающий в диаметре примерно 120,5 тыс. км неправильный шар (атмосфера планеты сильно подвержена сплющиванию на полюсах, поскольку быстрое вращение способствует «выдавливанию» её в экваториальные области) состоит из нескольких слоёв. Предполагается, что в её глубинах скрываются минимум два слоя жидкого водорода, причём один из них, состоящий из так называемого металлического водорода, может проводить электричество.
Ядро Сатурна представляет собой огромную сферу, слагаемую, видимо, камнями и льдом. По предположениям учёных, своими размерами она превышает ядро Юпитера (около 30 тыс. км): косвенным свидетельством этого является более активное перемещение атмосферных масс от полюсов к экватору.
Кольца
Поскольку ось планеты очень сильно - более чем на 63º - наклонена к плоскости орбиты, земные астрономы имеют прекрасную возможность наблюдать эти удивительные образования в плане. Считается, что впервые увидел их Галилео Галилей (1564-1642) в 1610 году, но из-за несовершенства телескопа они были сочтены цепью спутников; только полвека спустя голландскому учёному Гюйгенсу удолось выяснить, что это кольцо, окружающее планету и нигде с ней не соприкасающееся.
Из-за движения Сатурна по орбите кольца медленно поворачиваются к нам то одной, то другой стороной; каждые 15 лет они располагаются к нам ребром, и тогда их нельзя разглядеть даже в самые мощные телескопы. Первое время считалось, что это огромный монолит, но более поздние исследования опровергли эту теорию. В частности, информация, полученная от космических аппаратов серий «Пионер» и «Вояджер» в 1970-1980 годах, свидетельствовала: Сатурн окружает ни много ни мало семь колец, причём структура каждого весьма сложна. Восьмое кольцо - кольцо Феба - диаметром более 13 млн. км, было открыто в 2009 году. Существует также предположение о наличии системы колец у одного из спутников Сатурна - Реи.
Судя по всему, кольца являются остатками того допланетного облака, которое породило все тела Солнечной системы, и состоят из небольших - от 1 мм до нескольких метров - пылевых частиц, покрытых льдом. При средней толщине от 10 м до 10 км их диаметр составляет 270 тыс. км. Три самые яркие названы A, B и C; в отличие от колец D, E, F и G, более узких и тусклых, они неплохо различимы с Земли даже в слабый телескоп. Кольца A и B разделяет так называемая щель Кассини (по имени итальянского астронома, жившего в XVII-XVIII ст.); подобная же «прореха» в теле кольца A называется щелью Энке. Кроме того, автоматическая станция «Кассини» в начале 2004 года обнаружила наличие у Сатурна радиационного пояса внутри колец, что стало для учёных полной неожиданностью.
Спутники
Кроме миллиардов крохотных лун, составляющих его кольца, Сатурн обладает и большим количеством спутников - 62. Их размер и форма очень различны: есть объекты, подобные Япету и Рее (средние диаметры 1 436 и 1 528 км соответственно), а есть - небольшие сателлиты, такие как Атлас (около 32 км) и Телесто (24 км). Благодаря современному оборудованию в последние годы стало возможным открытие множества мельчайших по космическим меркам спутников, диаметр которых составляет менее 10 км.
Самый большой спутник Сатурна - Титан, его диаметр равен 5 150 км и во всей Солнечной системе он уступает лишь спутнику Юпитера Ганимеду. Титан - один из наиболее интересных спутников Сатурна: считается, что процессы, происходящие в его атмосфере (85 % азота, около 12 % аргона и 3 % метана), схожи с теми, что миллиарды лет назад можно было бы обнаружить на юной Земле. 14 января 2005 года на эту планету был спущен зонд «Гюйгенс», передавший немало ценной научной информации.
Периоды обращения и радиусы орбит в каждой из трёх групп спутников Сатурна - Тефии, Телесто и Калипсо, Дионы и Елены, Януса и Эпиметия - одинаковы. Есть и другие интересные факты: например, щель Энке внутри кольца A возникла благодаря спутнику Пану, орбита которого лежит в той же плоскости, а спутники Атлас и Прометей, между орбитами которых расположилось кольцо F, не дают составляющим его частицам разлететься в пространстве (за это они получили прозвище «луны-пастухи»).
Помимо Сатурна, кольцами также обладают и другие планеты Солнечной системы: Юпитер, Уран и Нептун.
