Сатурн
По-моєму, це прибульці з Космосу, з планети
Сатурн. Ось і хрест у них на хвості ...
Юрій Коваль
"Найлегша човен у світі"
Сатурн видно на небі у вигляді світила другу зоряної
величини (добре помітна, але не особливо привертає увагу
"зірочка"). Сатурн відстоїть від Сонця на 9,54 а.е. Від Сонця до нього
в середньому - 1 426 980 000 км.
Рік на Сатурні триває 29,46 земного року (приблизно
30 земних років).
Швидкість руху навколо Сонця - 9,64 км/с. У три
з гаком рази повільніше Землі.
Орбіта Сатурна майже кругова (ексцентриситет --
0,056).
Кут нахилу орбіти майже схожий з земним (відмінність
на 2,5 градуса).
Маса Сатурна - 95,1 земної маси. Це друга за
масі планета Сонячної системи.
Діаметр Сатурна на екваторі - 9,4 земного. За
діаметру і обсягом він дуже близький до Юпітера. Планета сильно сплюснута, і для
неї вказують дві діаметру: екваторіальний - 120 536 км, полярний - 108 728 км
(останні уточнені дані). Сплюснутістю Сатурна теж видно на потужний телескоп
на-віч. Обсяг Сатурна в 734 рази більше земного.
Сатурн теж у багато разів поступається Землі по
щільності. Це найменш щільна планета. Середня щільність - 0,69 г/см3 (земна
- 5,5). Якщо Юпітер лише трохи щільніше води, то Сатурн навіть поступається воді!
Причини цього - початковий елементний склад (переважають легкі водень і
гелій).
Сила тяжіння на периферії Сатурна (у верхній частині
хмарного шару) складає всього 0,925 земний, хоча планета в 95 разів масивніше
Землі! Це відбувається через віддаленість хмарного шару від центру цієї пухкої
планети. Ми б у цих хмарах в гравітаційному сенсі відчували б себе, як
будинку.
Сатурн, як і інші планети-гіганти, швидко
обертається навколо своєї осі і робить оборот за 10 годин 14 хвилин, хоча за обсягом
грандіозний, як і Юпітер. Звідси випливає велика лінійна швидкість периферійних
частин планети на екваторі, чим пояснюється сильна сплюснутістю біля полюсів.
Вісь обертання нахилена до площини екліптики
більше, ніж у Землі - на 26,7 градусів (у Землі - 23,5). Тому на Сатурні
є зміна пір року, але її прояви специфічні.
Освітленість Сонцем - 1/90 земний.
В атмосфері Сатурна є метан і аміак.
Температура на верхівках хмар складає на
Сатурні мінус 180 градусів Цельсія (нові уточнені дані). Про температуру
твердій поверхні говорити не має сенсу, так як Сатурн - величезний газовий
куля з невеликим твердим ядром.
Сатурн смугасті, але в меншому ступені, ніж Юпітер. У
екваторіальному напрямку чергуються смуги різному пофарбованих хмар.
Екваторіальні освіти роблять поворот навколо планети за більш короткий
термін, ніж віддалені від екватора (обертання як у рідкого тіла - екватор
швидше), тобто існують зональні течії атмосфери з різною швидкістю.
Зони видні як смуги. На Сатурні теж досить бурхлива погода.
У середині XX століття були відомі 9 супутників
Сатурна, в 1967 р. - 10, у 1989 р. - 17, у 2000 р. - 22, що є рекордом
для планет [Нові супутники Сатурна, 2001].
Унікальна особливість Сатурна - дуже яскраві
екваторіальні кільця: зовнішнє; відокремлене від нього щілиною яскраве середня;
напівпрозоре внутрішнє. Вони не стикаються з планетою, що доведено ще
Гюйгенсом. Кільця складаються з дрібних уламків (каміння, пилу). Так як вісь
обертання планети нахилена, а рік триває майже 30 земних років, кожні 15 років
кільця Сатурна повертаються до нас ребром і як би зникають. Звідси робилися
висновки, що ширина кілець не більше 10 - 15 км. Вони опинилися у багато разів тонше
(див. нижче).
Нові відомості
У 1980 - 1981 роках Сатурн вивчався американськими станціями
"Вояджер-1" та "Вояджер-2" [Купер, Хенбест, 1998]. У 1997 р.
запущений міжнародний зонд "Кассіні-Гюйгенс", який повинен досягти
Сатурна в 2004 р. [Підготовка до вивчення Титана, 1996 и др.].
На Сатурні є плями, але вони дещо інші,
ніж Червона пляма на Юпітері. Раз на 30 земних років (раз на рік Сатурна) з
запізненням на 15 років спливає згусток теплих газів. Він охолоджується у верхніх
частинах хмарного шару, і свіжі кристали аміаку утворюють біла пляма. Друге
аналогічне пляма в останні роки заслонене кільцями, але має існувати
[ "Веснянки" на Сатурні, 1994]. Плями Сатурна - результат зміни часів
року, чого в принципі не може бути на Юпітер, тому що його ось майже не
нахилена.
Є на Сатурні і пляма, аналогічне Великому
Красному плямі Юпітера, але порівняно маленьке - це пляма Ганні (відкрито
Ганні Бункер за даними "Вояджера ").
Уздовж екватора проходить атмосферний протягом шириною
в десятки тисяч кілометрів і швидкістю до 500 м/с. Швидкість ураганних вітрів на
Сатурні досягає 1800 км/год [Всесвіт, 1999 и др.].
У Сатурна порівняно слабке магнітне поле, а сам
він має вкрай низькою щільністю. Звідси зроблено висновки, що тверде
кам'янисте ядро Сатурна, досить велика (діаметром близько 30 000 км), але не
сильно стисло (менше сила тяжіння). Через це водневі шари відсунуті
від центру, і шар металевого водню не великий. Далі є широкий шар
рідкого водню і атмосфера, що складається переважно з водню.
В атмосфері Сатурна в січні 1998 р. відкрито
полярні сяйва [Полярні сяйва в атмосфері планет, 1999]. Склад хмар, а
також взагалі будову і склад атмосфери майже такі ж, як на Юпітер, але
водню трохи більше (близько 94%), а гелію менше (близько 6%) [Всесвіт, 1999].
Це не суперечить меншої щільності планети в цілому.
Кільця
Сатурна
Вивчалися "Піонером-11" (1979) і
"Вояджер" (1980 - 1981). Товщина кілець, як з'ясувалося, не 1 км, а
50 м (кільце А) і 10 м (кільце С). Переважає діаметр часток у кілька
міліметрів.
Розрізняються наступні частини кілець (від зовнішніх до
внутрішнім):
кільце Е, вкрай неяскраве і саме зовнішнє кільце,
всередині якого знаходяться орбіти супутників від Мімаса до Діони; за однією з
гіпотез це кільце - вулканічний викид Енцелада;
кільце G, одне з самих зовнішніх кілець, неяскраве,
але досить широке, між орбітами Мімаса, а також Епіметея та Януса;
кільце F, відкрито "Піонером-11" в 1979
р., вузьке, саме зовнішнє з яскравих кілець, обмежений з двох сторін
супутниками-"пастухами" Пандори і Прометеєм; складається частково з
більш вузьких переплетених кілець (переплетені тяжінням "пастухів");
кільце А, саме зовнішнє з видимих із Землі,
володіє зазором - щілиною Енке, в щілини Енке рухаються супутники Атлас і Нова
місяць;
щілина Кассіні, відкрита у 1675 р., зазор між
кільцями А і Б, "Вояджери" відкрили в ній не менше 100 дуже слабких і
вузьких кілець;
кільце В, найширше, яскраве, і щільне, з
темними радіальними спицями, які живуть до 10 години (хмари часток і
пилинок, орієнтованих під дією магнітного поля?) [Бліох, Ярошенко,
1991];
кільце С, "крепових" кільце, саме
слабке і блакитне з видимих із Землі кілець, майже не відокремлена від кільця В,
складається з безлічі вузьких кілець;
кільце Д, майже стосується Сатурна, дуже слабке.
Вважалося, що кілець Сатурна 100 мільйонів
років, і виникли вони від зіткнення тел діаметрами порядку 200 км. Нещодавно в
Космічний телескоп імені Хаббла в ультрафіолетовому світлі виявлено, що в
атмосфері Сатурна на 33 градусах південної широти, де магнітно-силові лінії
перетинають саме внутрішнє кільце, вологи в 5-10 разів більше, ніж в інших
місцях [Кільця Сатурна ..., 1997; Вода в атмосферах планет-гігантів, 1998]. Це
означає, що іони води по силових лініях переміщуються від кільця до планети, то
Тобто йде дощ. Раніше знали, що навколо кілець хмара водяних парів. Волога з
кілець випаровується в результаті ударів мікрометеоритів. Нейтральні молекули
(якщо вони за зовнішнім краєм цього найближчого кільця), або до планети (якщо
опинилися ближче до неї). Все це означає, що каблучок не більше 30 мільйонів
років. Якщо б вони були старші, то давно вичерпалися б.
Є також уявлення, що кільця Сатурна і
інших планет-гігантів - це залишки хмари, з якого виникла планета і її
основні супутники. Приливні сили не дали можливості сформуватися тут
супутникові. Частки кілець - це по суті пухкі грудки снігу і льоду, що то
злипаються, то руйнуються [Енциклопедія для дітей, том 8, 1997].
Цікаво, що знімки одного та іншого
"Вояджер", що пролітали з інтервалом в 9 місяців, різко розрізняються.
На більш ранньому знімку кільце F нагадує за структурою перевиті дівочу косу.
Видно пересічні пасма. На пізньому знімку структура проста, тобто
"пасма" виникають і зникають [Непросту кільце Сатурна, 1998].
Вказувалося, що деякі видимі освіти в кільцях Сатурна
"живуть" лише близько 10 годин [Бліох, Ярошенко, 1991]. Ці та
деякі інші особливості пояснити поки не вдається. Імовірно
впливають відомі і ще невідомі супутники Сатурна, явища
резонансу і т.п. [Непросту кільце Сатурна, 1998]. Крім того, можуть мати
значення електричні та магнітні явища [Бліох, Ярошенко, 1991],
колективні гравітаційні взаємодії часток, а також їх зіткнення
[Горькавого, Фрідман, 1991].
Супутники
Сатурна
ПАН. Приблизно в 2,2 радіуса планети від її центру
(в 133 600 км), в 27 градусах до орбіти планети, маленький супутник. Ізо льоду.
Рухається в щілини Енке - вузькому зазорі в кільці А, майже разом з подальшим
супутником. Відкритий у 1990 р. при аналізі фотографій "Вояджер",
зроблених в 1980 - 1981 роках [Вісімнадцята місяць Сатурна, 1991]. Обертання в
стандартному напрямку.
АТЛАС. Приблизно в 2,2 радіуса планети (в 137 640
км), в 27 градусах до орбіти планети, маленький супутник. Ізо льоду. Рухається в
щілини Енке - вузькому зазорі в кільці А, майже разом з попереднім супутником.
Відкрито в 1980 р. "Пастух" кільця А. Обертання в стандартному
напрямі. Діаметр - 30 - 40 км.
ПРОМЕТЕЙ. Приблизно в 2,3 - 2,4 радіуса планети,
в 27 градусах до орбіти планети, маленький супутник. Ізо льоду. "Пастух"
кільця F. Орбіта із зовнішньої частини кільця F. Відкрито в 1980 р. Обертання в
стандартному напрямку. Діаметр 140 - 80 км.
Пандори. Приблизно в 2,3 радіуса планети, в 27 градусах
до орбіти планети, маленький супутник. Ізо льоду. "Пастух" кільця F.
Орбіта в зазорі між кільцями A і F. Відкрито в 1980 р. Обертання в стандартному
напрямі. Діаметр 110 - 70 км.
Епіметей. Приблизно в 2,5 радіусах планети, в 27
градусах до орбіти планети, дрібний супутник. Ізо льоду. На одній орбіті з
Янусом - уламок? Обертання в стандартному напрямку. Відкритий в 1966 г. Діаметр
140 - 100 км.
ЯНУС. Приблизно в 2,5 радіусах планети, в 27
градусах до орбіти планети. Діаметр, за поданнями 1967 р., становить від
160 до 320 км. Ізо льоду. На одній орбіті з Епіметей - уламок? Обертання в
стандартному напрямку. Відкрито 15 грудня 1967 французьким астрономом
Одуеном Дольфуса в момент, коли кільця Сатурна були звернені до Землі ребром.
Видно у вигляді зірки 14-ої величини [Любарський, 1967]. Діаметр 220 - 160 км.
Мімас. У 3,1 радіуса планети від її центру (в 186
000 км від поверхні планети), оборот за 0,9 земних діб, в 27 градусах до
орбіті планети, діаметром близько 540 км (за останніми даними - 390 км), масою
1/160000 Землі. Відкрито Гершелем в 1789 р. Є Гершель кратер діаметром 135
км. Ізо льоду. Обертання в стандартному напрямку. Рухається в межах
розрідженого кільця Е.
Енцелада. У 4 радіусах планети (в 238 000 км від
поверхні), оборот за 1,4 земних діб, в 27 градусах до орбіти планети,
діаметром близько 550 км, масою 1/70000 Землі. Відкрито Гершелем в 1789 р. Ізо
льоду. Чи відбиває майже 100% падаючого світла. Це найсвітліше тіло Сонячної
системи. Обертання в стандартному напрямку. На супутнику чомусь відсутні
кратери, але припливні сили на ньому не великі [Океан ..., 1987]. Супутник рухається
в межах розрідженого кільця Е. Висувалося припущення, що ця обручка
є вулканічним викидом Енцелада. Тоді на супутнику повинні діяти
водні вулкани - гейзери, які оновлюють поверхню супутника і є
творцями кільця, але їх енергетичний джерело не ясний.
Тефія. У 4,9 радіуса планети (в 295 000 км),
оборот за 1,9 земних діб, в 27 градусах до орбіти планети, діаметром близько 920
км (за останніми даними - 1050 км), масою 1/9200 Землі. Відкрито Кассіні в 1684
м. Ізо льоду. Цікавими є величезний кратер Одиссей діаметром 400 км і тріщина Ітака
довжиною 2000 км (за іншими даними - 3000 км), шириною 100 км і глибиною 5 км
(перевищує Великий Каньйон у США). Тефія знаходиться на одній орбіті з двома нижче
описаними супутниками, які знаходяться в 60 градусах спереду і ззаду її
(аналог Юпітера з "греками" і "троянцями") - єдиний
випадок у супутникових системах! Обертання в стандартному напрямку. Рухається в
межах розрідженого кільця Е.
Телесто. Приблизно в 4,9 радіуса планети (в 295
000 км від поверхні планети), оборот за 1,9 земних діб, в 27 градусах до
орбіті планети, дрібний супутник (діаметр близько 20 км). Ізо льоду. На одній
орбіті з Каліпсо та Тефіей - коорбітальний супутник! Обертання в стандартному
напрямі. Рухається в межах розрідженого кільця Е. Відкрито в 1980 р.
КАЛІПСО. Приблизно в 4,9 радіуса планети (в 295
000 км від поверхні), оборот за 1,9 земних діб, в 27 градусах до орбіти
планети, дрібний супутник (діаметр від 20 до 30 км). Ізо льоду. На одній орбіті
з двома попередніми супутниками - коорбітальний супутник! Обертання в стандартному
напрямі. Рухається в межах розрідженого кільця Е. Відкрито в 1980 р.
Діон. У 6,3 радіуса планети (в 377 000 км),
оборот за 2,7 земних діб, в 27 градусах до орбіти планети, діаметром близько 860
км (за іншими даними - 1120 км), масою 1/6000 Землі. Відкрито Кассіні в 1684 р.
Ізо льоду. Має в 60 градусах спереду коорбітальний супутник Олену. Другого
коорбітального супутника немає або він зовсім незначний. Обертання в стандартному
напрямі. Рухається в межах розрідженого кільця Е. На поверхні є
деформації кори.
ОЛЕНА. У 6,3 радіуса планети (в 377 000 км),
оборот за 2,7 земних діб, в 27 градусах до орбіти планети, дрібний
коорбітальний супутник (діаметр від 30 до 36 км). Рухається в 60 градусах спереду
від Діони. Ізо льоду. Обертання в стандартному напрямку. Рухається в межах
розрідженого кільця Е. Відкрито в 1980 р.
РЕЯ. У 8,8 радіуса планети (в 527 000 км),
оборот за 4,5 земних діб, в 27 градусах до орбіти планети, діаметром близько
1440 км, масою 1/2500 Землі. Відкрито Кассіні в 1672 р. Ізо льоду. Обертання в
стандартному напрямку.
ТИТАН. У 20,4 радіусу планети від її центру (в 1
222 000 км від поверхні планети), оборот за 15,9 земної доби, в 27 градусах
до орбіти планети, діаметром близько 4850 км (за останніми даними - 5150 км,
більше Меркурія), масою 1/43 Землі, тобто в 2 рази більше Місяця і в 20 разів
більше, ніж всі інші супутники Сатурна разом узяті. Другий за масою
супутник у Сонячній системі (поступається тільки Ганімед). Відкрито Гюйгенсом у 1655
р. Єдиний супутник Сатурна, який складається не тільки з льоду (є
кам'янисте ядро і крижана мантія). Лід може бути не тільки водяною, але аміачним
і метановим. Титан володіє щільною помаранчевої атмосферою, яка складається, в
основному, з азоту ( "глибоко заморожена Земля") [Поверхня
Титану ..., 1993]. Присутній і метан: 2 - 8% [Яка погода на Титані? 2001].
Є аерозольна серпанок і хмари, через які поверхня не видно (смог
органічного походження). Тиск атмосфери в 1,6 разів більше земний.
Єдиний з супутників в Сонячній системі, про якого достовірно відомо,
що він володіє могутньою атмосферою. Вращается Титан по орбіті у водневому лихо.
Рухається в стандартному напрямку. Повернений до Сатурна майже однією стороною
(доба лише на 49 хв коротше місяця - 15,9 земних діб). Передбачається, що
на Титані є моря з рідкого метану та етану, а також континенти з льоду з
смолою (з гідроуглеродамі). Якщо не моря, то хоча б метанові озера. Можливі
дощі з рідкого метану. Можуть бути також хмари з органічної речовини,
яке виникло під дією ультрафіолетових променів Сонця [Поверхня
Титану ..., 1993]. Нещодавно на Титані вдалося розгледіти темні 100-кілометрові
області, які можуть бути вуглеводневим озерами. Доведено також, що
атмосфера дуже динамічна, хмари покривають зазвичай не більше 1% поверхні.
Ймовірно, щільність атмосфери може змінюватися через випаровування азоту з озер
[Яка погода на Титані? 2001]. Все це піднімає старий питання про можливість
життя на іншій хімічній основі, ніж земна. Нещодавно на Титані в інфрачервоних
променях відкриті також яскраві точки, які можуть виявитися вершинами гір з водним
або вуглеводневим снігом [ "Астрономи Медонской обсерваторії ...",
2001]. У листопаді 1980 р. поблизу пройшла американська станція
"Вояджер-1". У 2004 р. планується приліт до Титану станції
"Кассіні" та спуск на нього апарату "Гюйгенс" [Підготовка до
вивчення Титана, 1996].
Гіперіон. Приблизно в 24 радіусах планети, в 27
(?) Градусах до орбіти планети. Темне тіло (не з льоду) неправильної форми
(330х 240 х 200 км). Обертання в стандартному напрямку. У резонансі з Титаном
(4:3). Відкрито Дж.Бондом і У. Бондом, а також незалежно У. Лассель в 1848 р.
Япет. У 59,4 радіусу планети (в 3 562 000 км),
оборот за 79,3 земної доби, в 16 градусах до орбіти планети, діаметром близько
1330 км, масою 1/4300 Землі. Відкрито Кассіні в 1671 р. Ізо льоду. Обертання в
стандартному напрямку. Є вказівка, що Япет змінює яскравість в 10 - 20 разів,
тому що поверхня з одного боку крижана, а з іншого - вуглисті [У дивному
Світ Нептуна, 1989; Темна сторона Япета, 2001]. Іноді асиметрію Япета
пов'язують з бомбардуванням пилом від Феби. Пізніше з'явилася гіпотеза, що
"винуватий" Титан: він накопичив на поверхні утворюються в атмосфері
темні та червоні речовини, а потім метеорит вибив ці речовини (суміш аморфного
вуглецю, водяної пари і Соліна, що утворюються з азоту і метану під дією
блискавок) на орбіту навколо Сатурна; Япет ж, що рухається вперед однієї і тієї ж
стороною, "нагріб" ця речовина на себе [Темна сторона Япета, 2001].
Феба. У 215 радіусах планети (в 12 950 000 км).
Діаметр порядку 220 км. Майже шарообразен. Ізо льоду? До недавнього часу була
єдиним відомим супутником Сатурна, який обертається в протилежному
напрямі. Оборот робить за 550 земних діб. Напевно, захоплений астероїд.
Відкрито Пікерінгом в 1898 р. [Нові супутники Сатурна, 2001].
S/2000 S1, S2, S3 і S4. Чотири супутника,
виявлених у серпні-вересні 2000 р. міжнародним колективом. Орбіти
витягнуті. Іррегулярні супутники (захоплені астероїди) [Нові супутники
Сатурна, 2001].
Теж є групи, але не такі чіткі, як у
Юпітера:
14 найближчих до планети супутників рухаються дуже
кучно (11 на тій же орбіті, що й ще якісь) та в стандартному напрямку,
всі вони маленькі або середніх розмірів;
Титан і Гіперіон - не дуже природна група,
тому що два тіла різко відрізняються за розміром; рух у стандартному
напрямку;
Япет - різко віддалений від інших супутників, середніх
розмірів, рух в стандартному напрямку;
Феба - різко віддалена від інших супутників,
невеликий супутник, рух у протилежному напрямку.
З деякою натяжкою всі 4 групи супутників
можна поставити у відповідність з 4 групами супутників Юпітера, а також з
небесними тілами Сонячної системи, як це зроблено для Юпітера.
Список літератури
Для підготовки
даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.seminarium.narod.ru
