Сатурн - Saturn

Сатурн Сатурн symbol.svg
Сатурн во время равноденствия.jpg
Изображено в естественных цветах в приближении равноденствия , сфотографировано Кассини в июле 2008 года; точка в нижнем левом углу - Титан
Обозначения
Произношение / С æ т ər п / ( слушать ) Об этом звуке
Названный в честь
Сатурн
Прилагательные Сатурне / s ə т ɜːr п я ə п / , Cronian / Kronian / к г п я ə п /
Орбитальные характеристики
Эпоха J2000.0
Афелий 1514,50 млн км (10,1238 AU)
Перигелий 1352,55 млн км (9,0412 AU)
1433,53 млн км (9,5826 AU)
Эксцентриситет 0,0565
378.09 дней
9,68 км / с (6,01 миль / с)
317,020 °
Наклон
113,665 °
2032-ноя-29
339.392 °
Известные спутники 82 с официальными обозначениями; бесчисленные дополнительные луны .
Физические характеристики
Средний радиус
58,232 км (36,184 миль)
  • 60,268 км (37,449 миль)
  • 9.449 Земли
Полярный радиус
  • 54,364 км (33,780 миль)
  • 8.552 Земли
Сплющивание 0,097 96
Длина окружности
  • 4,27 × 10 10  км 2 (1,65 × 10 10  квадратных миль)
  • 83.703 Земли
Объем
  • 8,2713 × 10 14  км 3 (1,9844 × 10 14  куб. Миль)
  • 763,59 Земли
Масса
  • 5,6834 × 10 26  кг
  • 95.159 Земли
Средняя плотность
0,687  г / см 3 (0,0248  фунта / куб. Дюйм ) (меньше воды)
0,22
35,5 км / с (22,1 миль / с)
Сидерический период вращения
10 ч 33 м 38 с + 1 м 52 с
- 1 м 19 с
Экваториальная скорость вращения
9,87 км / с (6,13 миль / с; 35500 км / ч)
26,73 ° (до орбиты)
Северный полюс прямое восхождение
40,589 °; 2 ч 42 м 21 с
Склонение северного полюса
83,537 °
Альбедо
Температура поверхности . мин значить Максимум
1 бар 134  К (-139  ° С )
0,1 бар 84  К (-189  ° С )
От −0,55 до +1,17
От 14,5 ″ до 20,1 ″ (без колец)
Атмосфера
Поверхностное давление
140 кПа
59,5 км (37,0 миль)
Состав по объему
96,3% ± 2,4% водород ( H
2
)
3,25% ± 2,4% гелий ( He )
0,45% ± 0,2% метан ( CH
4
)
0,0125% ± 0,0075% аммиак ( NH
3
)
0,0110% ± 0,0058% дейтерид водорода (HD)
0,0007% ± 0,00015% этан ( C
2
ЧАС
6
)
Льды :

Сатурн - шестая планета от Солнца и вторая по величине в Солнечной системе после Юпитера . Это газовый гигант со средним радиусом примерно в девять раз больше земного . Его плотность составляет лишь одну восьмую от средней плотности Земли; однако, с его большим объемом, Сатурн более чем в 95 раз массивнее. Сатурн назван в честь римского бога богатства и сельского хозяйства ; его астрономический символ (♄) представляет серп бога . Римляне назвали седьмой день недели субботой , Sāturni diēs («День Сатурна») не позднее 2 века для планеты Сатурн.

Внутреннее пространство Сатурна, скорее всего, состоит из железо-никелевого ядра и горной породы ( соединений кремния и кислорода ). Его ядро ​​окружено глубоким слоем металлического водорода , промежуточным слоем жидкого водорода и жидкого гелия и, наконец, газообразным внешним слоем. Сатурн имеет бледно-желтый оттенок из-за кристаллов аммиака в верхних слоях атмосферы. Электрический ток в металлическом слое водорода , как полагают, приводят к планетарной Сатурна магнитного поля , которая слабее , чем Земли, но имеет магнитный момент 580 раз , что Земли из - за большего размера Сатурна. Напряженность магнитного поля Сатурна составляет примерно одну двадцатую от силы Юпитера. Внешняя атмосфера, как правило, мягкая и неконтрастная, хотя могут проявляться долгоживущие черты. Скорость ветра на Сатурне может достигать 1800 км / ч (1100 миль / ч; 500 м / с), что выше, чем на Юпитере, но не так высоко, как на Нептуне . В январе 2019 года астрономы сообщили, что день на планете Сатурн был определен как 10 ч 33 м 38 с. + 1 м 52 с
- 1 м 19 с
, основанный на исследованиях C Ring планеты .

Самая известная особенность планеты - ее выдающаяся кольцевая система , состоящая в основном из частиц льда и небольшого количества каменистых обломков и пыли . Известно, что по крайней мере 82 спутника вращаются вокруг Сатурна, из которых 53 официально названы; это не включает сотни лун в его кольцах. Титан , самая большая луна Сатурна и вторая по величине луна в Солнечной системе, больше, чем планета Меркурий , хотя и менее массивна, и является единственной луной в Солнечной системе, которая имеет существенную атмосферу.

Физические характеристики

Составное изображение сравнения размеров Сатурна и Земли

Сатурн - газовый гигант, потому что он преимущественно состоит из водорода и гелия. У него нет определенной поверхности, но может быть твердое ядро. Вращение Сатурна заставляет его иметь форму сплющенного сфероида ; то есть он сплющен на полюсах и вздувается на экваторе . Его экваториальный и полярный радиусы различаются почти на 10%: 60 268 км против 54 364 км. Юпитер, Уран и Нептун, другие планеты-гиганты Солнечной системы, также сплюснуты, но в меньшей степени. Комбинация выпуклости и скорости вращения означает, что эффективная поверхностная сила тяжести вдоль экватора, 8,96 м / с 2 , что на 74% меньше, чем на полюсах, и ниже силы тяжести на поверхности Земли. Однако экваториальная космическая скорость почти 36 км / с намного выше, чем у Земли.

Сатурн - единственная планета Солнечной системы, которая менее плотна, чем вода - примерно на 30% меньше. Хотя ядро Сатурна значительно плотнее воды, средняя удельная плотность планеты составляет 0,69 г / см 3 из-за атмосферы. Юпитер в 318 раз больше массы Земли , а Сатурн в 95 раз больше массы Земли. Вместе Юпитер и Сатурн составляют 92% всей планетарной массы Солнечной системы.

Внутренняя структура

Схема Сатурна в масштабе

Несмотря на то, что он состоит в основном из водорода и гелия, большая часть массы Сатурна не находится в газовой фазе , потому что водород становится неидеальной жидкостью, когда плотность выше 0,01 г / см 3 , что достигается на радиусе 99,9% массы Сатурна. Температура, давление и плотность внутри Сатурна неуклонно повышаются по направлению к ядру, из-за чего водород становится металлом в более глубоких слоях.

Стандартные планетные модели предполагают, что внутренняя часть Сатурна похожа на внутреннюю часть Юпитера, имея небольшое скалистое ядро, окруженное водородом и гелием, со следовыми количествами различных летучих веществ . Это ядро ​​по составу похоже на Землю, но более плотное. Изучение гравитационного момента Сатурна в сочетании с физическими моделями внутренней части позволило наложить ограничения на массу ядра Сатурна. В 2004 году ученые подсчитали, что ядро ​​должно быть в 9–22 раза больше массы Земли, что соответствует диаметру около 25 000 км. Он окружен более толстым слоем жидкого металлического водорода , за которым следует жидкий слой насыщенного гелием молекулярного водорода, который постепенно переходит в газ с увеличением высоты. Самый внешний слой простирается на 1000 км и состоит из газа.

Сатурн имеет горячее внутреннее пространство, достигающее 11700 ° C в его ядре, и он излучает в космос в 2,5 раза больше энергии, чем получает от Солнца. Тепловая энергия Юпитера генерируется механизмом медленного гравитационного сжатия Кельвина – Гельмгольца , но одного такого процесса может быть недостаточно для объяснения производства тепла для Сатурна, поскольку он менее массивен. Альтернативным или дополнительным механизмом может быть выделение тепла за счет "дождя" капель гелия глубоко внутри Сатурна. Когда капли опускаются через водород с более низкой плотностью, в результате трения выделяется тепло, и внешние слои Сатурна остаются без гелия. Эти падающие капли могли накопиться в гелиевой оболочке, окружающей ядро. Было высказано предположение, что осадки из алмазов происходят на Сатурне, а также на Юпитере и ледяных гигантах Уране и Нептуне.

Атмосфера

Полосы
метана окружают Сатурн. Под кольцами справа висит луна Диона.

Внешняя атмосфера Сатурна содержит 96,3% молекулярного водорода и 3,25% гелия по объему. Доля гелия значительно меньше по сравнению с содержанием этого элемента на Солнце. Количество элементов тяжелее гелия ( металличность ) точно не известно, но предполагается, что пропорции соответствуют изначальному содержанию, полученному при формировании Солнечной системы . Общая масса этих более тяжелых элементов оценивается в 19–31 раз больше массы Земли, при этом значительная часть находится в области ядра Сатурна.

В атмосфере Сатурна были обнаружены следовые количества аммиака, ацетилена , этана , пропана , фосфина и метана . Верхние облака состоят из кристаллов аммиака, а облака нижнего уровня, по-видимому, состоят либо из гидросульфида аммония ( NH
4
SH
) или воды. Ультрафиолетовое излучение Солнца вызывает фотолиз метана в верхних слоях атмосферы, что приводит к серии химических реакций углеводородов, в результате которых образующиеся продукты уносятся вниз за счет вихрей и диффузии . Этот фотохимический цикл модулируется годовым сезонным циклом Сатурна.

Слои облаков

Глобальный шторм опоясывает планету в 2011 году. Шторм проходит по планете так, что голова шторма (яркая область) проходит мимо его хвоста.

Атмосфера Сатурна имеет полосчатый узор, похожий на полосу Юпитера, но полосы Сатурна намного слабее и шире у экватора. Номенклатура, используемая для описания этих полос, такая же, как на Юпитере. Более тонкие облачные структуры Сатурна не наблюдались до пролетов космического корабля " Вояджер" в 1980-х годах. С тех пор наземные телескопы улучшились до такой степени, что можно проводить регулярные наблюдения.

Состав облаков меняется с глубиной и увеличением давления. В верхних слоях облаков с температурой в диапазоне 100–160 К и давлением 0,5–2 бар облака состоят из аммиачного льда. Облака водяного льда начинаются на уровне давления около 2,5 бар и простираются до 9,5 бар, где температура колеблется от 185 до 270 К. В этом слое перемешана полоса льда гидросульфида аммония, лежащая в диапазоне давлений 3–6. бар с температурой 190–235 К. Наконец, нижние слои, где давление составляет от 10 до 20 бар, а температура составляет 270–330 К, содержат область капель воды с аммиаком в водном растворе.

Обычно мягкая атмосфера Сатурна иногда демонстрирует долгоживущие овалы и другие особенности, характерные для Юпитера. В 1990 году космический телескоп им. Хаббла получил изображение огромного белого облака около экватора Сатурна, которого не было во время столкновений с « Вояджером» , а в 1994 году наблюдалась еще одна буря меньшего размера. Шторм 1990 года был примером Великого Белого Пятна , уникального, но недолговечного явления, которое происходит один раз в сатурнианский год, примерно каждые 30 земных лет, примерно во время летнего солнцестояния в северном полушарии . Предыдущие большие белые пятна наблюдались в 1876, 1903, 1933 и 1960 годах, причем шторм 1933 года был самым известным. Если периодичность сохранится, примерно в 2020 году произойдет еще один шторм.

Ветры на Сатурне - вторые по скорости ветры среди планет Солнечной системы после Нептуна. Данные Voyager указывают на пик восточного ветра 500 м / с (1800 км / ч). На изображениях, сделанных с космического корабля Кассини в 2007 году, северное полушарие Сатурна имело ярко-синий оттенок, похожий на Уран. Цвет, скорее всего, был вызван рэлеевским рассеянием . Термография показала, что на южном полюсе Сатурна есть теплый полярный вихрь , единственный известный пример такого явления в Солнечной системе. В то время как температура на Сатурне обычно составляет –185 ° C, температура вихря часто достигает –122 ° C, что считается самым теплым пятном на Сатурне.

Гексагональный узор облаков Северного полюса

Северный полюс Сатурна ( ИК- анимация)
Южный полюс Сатурна

Сохраняющаяся гексагональная волновая картина вокруг северного полярного вихря в атмосфере около 78 ° с.ш. была впервые отмечена на изображениях космического корабля " Вояджер" . Каждая из сторон шестиугольника имеет длину около 13 800 км (8 600 миль), что больше диаметра Земли. Вся структура вращается с периодом 10 ч 39 м 24 с (тот же период, что и у радиоизлучения планеты), который, как предполагается, равен периоду вращения внутренней части Сатурна. Гексагональный элемент не смещается по долготе, как другие облака в видимой атмосфере. Происхождение паттерна является предметом множества предположений. Большинство ученых думают, что это стоячая волна в атмосфере. Многоугольные формы были воспроизведены в лаборатории посредством дифференциального вращения жидкостей.

Южный полюсный вихрь

Изображение южной полярной области с помощью HST указывает на наличие струйного течения , но отсутствие сильного полярного вихря или какой-либо гексагональной стоячей волны. В ноябре 2006 года НАСА сообщило, что « Кассини» наблюдал « ураганный » шторм, привязанный к южному полюсу, у которого была четко обозначенная стена для глаз . Облака вокруг глаз ранее не наблюдались ни на одной планете, кроме Земли. Например, на изображениях с космического корабля « Галилео» не было видно стены в Большом красном пятне Юпитера.

Шторм на южном полюсе мог существовать миллиарды лет. Этот вихрь сравним по размеру с Землей, а скорость ветра в нем составляет 550 км / ч.

Другие особенности

Кассини наблюдал ряд особенностей облаков, обнаруженных в северных широтах, получивших прозвище «Жемчужная нить». Эти особенности представляют собой прояснения облаков, которые находятся в более глубоких слоях облаков.

Магнитосфера

Полярные сияния на Сатурне
Авроральные сияния на северном полюсе Сатурна
Радиоизлучение обнаружено Кассини

Сатурн имеет собственное магнитное поле простой симметричной формы - магнитный диполь . Его сила на экваторе - 0,2  гаусс (20  мкТл ) - примерно одна двадцатая от силы поля вокруг Юпитера и немного слабее, чем магнитное поле Земли. В результате магнитосфера Сатурна намного меньше, чем у Юпитера. Когда « Вояджер-2» вошел в магнитосферу, давление солнечного ветра было высоким, и магнитосфера простиралась только на 19 радиусов Сатурна, или 1,1 миллиона км (712 000 миль), хотя она увеличивалась в течение нескольких часов и оставалась таковой в течение примерно трех дней. Скорее всего, магнитное поле создается так же, как и у Юпитера - токами в слое жидкого металлического водорода, называемого динамо-металлическим водородом. Эта магнитосфера эффективно отклоняет частицы солнечного ветра от Солнца. Луна Титан вращается внутри внешней части магнитосферы Сатурна и вносит плазму из ионизированных частиц во внешнюю атмосферу Титана. Магнитосфера Сатурна, как и Земля , порождает полярные сияния .

Орбита и вращение

Сатурн и кольца с космического корабля Кассини (28 октября 2016 г.)

Среднее расстояние между Сатурном и Солнцем составляет более 1,4 миллиарда километров (9  а.е. ). При средней орбитальной скорости 9,68 км / с, она занимает Сатурн 10,759 земных дней (или около 29   1 2  года), чтобы совершить один оборот вокруг Солнца. Как следствие, он образует с Юпитером резонанс среднего движения около 5: 2 . Эллиптическая орбита Сатурна наклонена на 2,48 ° относительно плоскости орбиты Земли. Расстояние перигелия и афелия в среднем составляет 9,195 и 9,957 а.е. Видимые детали на Сатурне вращаются с разной скоростью в зависимости от широты, и несколько периодов вращения были назначены различным регионам (как в случае с Юпитером).

Астрономы используют три разные системы для определения скорости вращения Сатурна. Система I имеет период 10 ч 14 м 00 с (844,3 ° / сут) и охватывает экваториальную зону, Южный экваториальный пояс и Северный экваториальный пояс. Полярные области считаются имеющими скорости вращения , аналогичные системы I . Все остальные широты Сатурна, за исключением северных и южных полярных регионов, обозначены как Система II и имеют период вращения 10 ч 38 м 25,4 с (810,76 ° / сут). Система III относится к скорости внутреннего вращения Сатурна. Основываясь на радиоизлучении планеты, обнаруженном « Вояджером-1» и « Вояджером-2» , Система III имеет период вращения 10 ч 39 м 22,4 с (810,8 ° / сут). Система III в значительной степени вытеснила Систему II.

Точное значение периода вращения интерьера остается неуловимым. Приближаясь к Сатурну в 2004 году, Кассини обнаружил, что период радиовращения Сатурна заметно увеличился, примерно до 10 ч 45 м 45 с ± 36 с . Последняя оценка вращения Сатурна (как указанная скорость вращения для Сатурна в целом), основанная на компиляции различных измерений, полученных с помощью зондов Кассини , Вояджер и Пионер, была опубликована в сентябре 2007 года и составляет 10 ч 32 м 35 с .

В марте 2007 года было обнаружено, что изменение радиоизлучения планеты не соответствует скорости вращения Сатурна. Эта разница может быть вызвана активностью гейзера на спутнике Сатурна Энцеладе . Водяной пар, выбрасываемый на орбиту Сатурна в результате этой активности, становится заряженным и создает сопротивление магнитному полю Сатурна, немного замедляя его вращение по сравнению с вращением планеты.

Кажущаяся странность Сатурна состоит в том, что на нем нет известных троянских астероидов . Это малые планеты, которые вращаются вокруг Солнца в устойчивых лагранжевых точках , обозначенных L 4 и L 5 , расположенных под углом 60 ° к планете вдоль ее орбиты. Были обнаружены троянские астероиды для Марса , Юпитера, Урана и Нептуна. Механизмы орбитального резонанса , в том числе вековой резонанс , считаются причиной пропавших без вести сатурнианских троянцев.

Естественные спутники

Монтаж Сатурна и его главных спутников ( Диона , Тетис , Мимас , Энцелад , Рея и Титан ; Япет не показан). Это изображение было создано из фотографий, сделанных в ноябре 1980 года космическим кораблем "
Вояджер-1" .

Сатурн имеет 82 известных спутника , 53 из которых имеют официальные названия. Кроме того, есть свидетельства существования десятков и сотен лун с диаметром от 40 до 500 метров в кольцах Сатурна, которые не считаются настоящими лунами. Титан , самый большой спутник, составляет более 90% массы на орбите Сатурна, включая кольца. Вторая по величине луна Сатурна, Рея , может иметь собственную тонкую систему колец наряду с разреженной атмосферой .

Возможное начало новой луны (белая точка) Сатурна (снимок, сделанный Кассини 15 апреля 2013 г.)

Многие из других спутников небольшие: 34 имеют диаметр менее 10 км, а еще 14 - от 10 до 50 км в диаметре. Традиционно большинство спутников Сатурна были названы в честь титанов из греческой мифологии. Титан - единственный спутник в Солнечной системе с большой атмосферой , в которой происходит сложная органическая химия . Это единственный спутник с углеводородными озерами .

6 июня 2013 года ученые из IAA-CSIC сообщили об обнаружении полициклических ароматических углеводородов в верхних слоях атмосферы Титана, возможных предшественников жизни . 23 июня 2014 года НАСА заявило, что имеет убедительные доказательства того, что азот в атмосфере Титана поступал из материалов в облаке Оорта , связанных с кометами , а не из материалов, которые сформировали Сатурн в прежние времена.

Спутник Сатурна Энцелад , который кажется похожим по химическому составу на кометы, часто рассматривается как потенциальная среда обитания для микробной жизни . Доказательство этой возможности включает в себя богатые солью частицы спутника, имеющие "океанический" состав, что указывает на то, что большая часть изгнанного льда Энцелада возникает в результате испарения жидкой соленой воды. Облет Кассини в 2015 году через шлейф на Энцеладе обнаружил большинство ингредиентов, поддерживающих формы жизни, которые живут за счет метаногенеза .

В апреле 2014 года ученые НАСА сообщили о возможном начале новой луны в пределах кольца А , которое было сфотографировано Кассини 15 апреля 2013 года.

Планетарные кольца

В кольцах Сатурна (распечатанные здесь Кассинь в 2007 году) являются наиболее массовыми и заметными в Солнечной системе.
УФ- изображение внешних колец Сатурна B и A в ложном цвете ; более грязные локоны в Cassini Division и Encke Gap выглядят красными.

Сатурн, вероятно, наиболее известен системой планетных колец, которая делает его визуально уникальным. Кольца простираются от 6 630 до 120 700 километров (от 4120 до 75 000 миль) от экватора Сатурна и в среднем имеют толщину примерно 20 метров (66 футов). Они состоят преимущественно из водяного льда с небольшими количествами примесей толина и присыпанным слоем примерно 7% аморфного углерода . Размер частиц, образующих кольца, варьируется от пылинок до 10 мкм. В то время как другие газовые гиганты также имеют кольцевые системы, Сатурн является самым большим и наиболее заметным.

Есть две основные гипотезы о происхождении колец. Одна из гипотез состоит в том, что кольца - это остатки разрушенного спутника Сатурна. Вторая гипотеза заключается в том, что кольца остались от исходного вещества туманности, из которого был сформирован Сатурн. Некоторое количество льда в кольце E исходит из гейзеров лунного Энцелада. Обводненность колец изменяется в радиальном направлении, при этом самое внешнее кольцо A является наиболее чистым в ледяной воде. Эта разница в содержании может быть объяснена бомбардировкой метеоров.

За главными кольцами, на расстоянии 12 миллионов км от планеты, находится разреженное кольцо Фиби. Он наклонен под углом 27 ° к другим кольцам и, как и Фиби , вращается ретроградно .

Некоторые луны Сатурна, в том числе Пандора и Прометей , действуют как луны-пастухи, чтобы ограничить кольца и предотвратить их распространение. Пан и Атлас вызывают слабые, линейные волны плотности в кольцах Сатурна, что дает более надежные вычисления их масс.

История наблюдений и исследований

Галилео Галилей впервые заметил кольца Сатурна в 1610 году.

Наблюдение и исследование Сатурна можно разделить на три этапа. Первый этап - это древние наблюдения (например, невооруженным глазом ) до изобретения современных телескопов . Вторая фаза началась в 17 веке с телескопических наблюдений с Земли, которые со временем улучшились. Третий этап - это посещение космическими зондами на орбите или во время пролета . В 21-м веке телескопические наблюдения продолжаются с Земли (включая обсерватории на околоземной орбите, такие как космический телескоп Хаббл ), а до выхода на пенсию в 2017 году - с орбитального аппарата Кассини вокруг Сатурна.

Древние наблюдения

Сатурн был известен с доисторических времен, и в ранней письменной истории он был главным персонажем в различных мифологиях. Вавилонские астрономы систематически наблюдали и записывали движения Сатурна. В древнегреческом языке планета была известна как Φαίνων Фейнон , а в римские времена она была известна как «звезда Сатурна ». В древнеримской мифологии планета Файнон была священной для этого бога земледелия, от которого планета получила свое современное название. Римляне считали бога Сатурна эквивалентом греческого бога Кроноса ; в современном греческом языке планета сохранила название Кронос - Κρόνος : Кронос .

Греческий ученый Птолемей основывал свои расчеты орбиты Сатурна на наблюдениях, сделанных им, когда он находился в оппозиции . В индуистской астрологии есть девять астрологических объектов, известных как наваграхи . Сатурн известен как « Шани » и судит всех на основании хороших и плохих поступков, совершенных в жизни. В древней китайской и японской культуре планета Сатурн была обозначена как «земная звезда» ( 土星 ). Это было основано на пяти элементах, которые традиционно использовались для классификации природных элементов.

На древнееврейском языке Сатурн называется «Шаббатай». Его ангел - Кассиэль . Его интеллект или полезный дух «Agȋȇl ( иврит : אגיאל , латинизируется 'Agyal ), и его темный дух ( демон ) является Zȃzȇl ( иврит : זאזל , латинизируется Zazl ). Зазель был описан как великий ангел , призванный в магии Соломона , который «эффективен в любовных заклинаниях ». В османском турецком , урду и малайском языке имя Зазель - «Зухал», происходит от арабского языка ( арабский : زحل , латинизированный Зухал ).

Европейские наблюдения (17-19 вв.)

Роберт Гук отметил тени ( a и b ), отбрасываемые земным шаром и кольцами друг на друга на этом рисунке Сатурна в 1666 году.

Для разрешения колец Сатурна требуется телескоп диаметром не менее 15 мм, и поэтому о существовании колец не было известно, пока Христиан Гюйгенс не увидел их в 1659 году. Галилей со своим примитивным телескопом в 1610 году ошибочно подумал, что Сатурн выглядит не совсем круглым, как две луны на небе. Стороны Сатурна. Только после того, как Гюйгенс применил большее телескопическое увеличение, это предположение было опровергнуто, и кольца были действительно замечены впервые. Гюйгенс также открыл спутник Сатурна Титан; Джованни Доменико Кассини позже открыл еще четыре луны: Япет , Рею , Тетис и Диону . В 1675 году Кассини обнаружил брешь, известную теперь как Дивизия Кассини .

Никаких других важных открытий не было сделано до 1789 года, когда Уильям Гершель открыл еще две луны, Мимас и Энцелад . Спутник неправильной формы Гиперион , находящийся в резонансе с Титаном, был обнаружен в 1848 году британской командой.

В 1899 году Уильям Генри Пикеринг обнаружил Фиби, спутник очень неправильной формы , который не вращается синхронно с Сатурном, как это делают более крупные луны. Фиби была первым таким спутником, который был обнаружен, и для обращения по ретроградной орбите Сатурна требуется больше года . В начале 20 века исследования Титана привели к подтверждению в 1944 году, что у него толстая атмосфера - особенность, уникальная среди спутников Солнечной системы.

Современные зонды НАСА и ЕКА

Облет Пионера 11

Пионер 11 изображение Сатурна

Pioneer 11 совершил первый пролет Сатурна в сентябре 1979 года, когда он пролетел в пределах 20 000 км от вершин облаков планеты. Были сделаны снимки планеты и нескольких ее спутников, но их разрешение было слишком низким, чтобы можно было различить детали поверхности. Космический аппарат также изучил кольца Сатурна, выявив тонкое F-кольцо и тот факт, что темные промежутки в кольцах выглядят яркими, если смотреть под большим фазовым углом (по направлению к Солнцу), а это означает, что они содержат тонкий светорассеивающий материал. Кроме того, Pioneer 11 измерил температуру Титана.

Облет космического корабля "Вояджер"

В ноябре 1980 года зонд " Вояджер-1" посетил систему Сатурна. Он отправил первые изображения планеты, ее колец и спутников в высоком разрешении. Впервые были замечены особенности поверхности различных спутников. "Вояджер-1" совершил облет Титана с близкого расстояния, расширив знания об атмосфере Луны. Это доказало, что атмосфера Титана непроницаема для видимых длин волн ; поэтому никаких деталей поверхности не было видно. Облет изменил траекторию космического корабля из плоскости Солнечной системы.

Почти год спустя, в августе 1981 года, « Вояджер-2» продолжил изучение системы Сатурна. Были получены более близкие изображения спутников Сатурна, а также свидетельства изменений в атмосфере и колец. К сожалению, во время пролета поворотная платформа камеры зонда застряла на пару дней, и некоторые запланированные изображения были потеряны. Гравитация Сатурна использовалась для направления траектории космического корабля к Урану.

Зонды обнаружили и подтвердили несколько новых спутников, вращающихся рядом с кольцами планеты или внутри них, а также небольшой разрыв Максвелла (разрыв в кольце С ) и разрыв Киллера ( разрыв шириной 42 км в кольце А ).

Космический аппарат Кассини – Гюйгенса

Кассини-Гюйгенс космический зонд вышел на орбиту вокруг Сатурна 1 июля 2004 года В июне 2004 года она провела близко облета Фиби , отправляя обратно изображения с высоким разрешением и данные. Кассини «S облета крупнейшего спутника Сатурна, Титана, захваченных радиолокационных изображений больших озер и их побережий с многочисленными островами и горами. Орбитальный завершило два пролётов Titan перед выпуском Гюйгенса зонда 25 декабря 2004 года Гюйгенса спускался на поверхность Титана 14 января 2005 года.

Начиная с начала 2005 года, ученые использовали Кассини для отслеживания молний на Сатурне. Мощность молнии примерно в 1000 раз больше, чем у молнии на Земле.

На южном полюсе Энцелада гейзеры разбрызгивают воду из многих мест вдоль полос тигра .

В 2006 году НАСА сообщило, что « Кассини» обнаружил свидетельства существования резервуаров с жидкой водой на глубине не более десятков метров под поверхностью, извергающихся в гейзерах на спутнике Сатурна Энцеладе . Эти струи ледяных частиц выбрасываются на орбиту вокруг Сатурна из отверстий в южной полярной области Луны. На Энцеладе обнаружено более 100 гейзеров. В мае 2011 года ученые НАСА сообщили, что Энцелад «становится самым обитаемым местом за пределами Земли в Солнечной системе для жизни, какой мы ее знаем».

Фотографии Кассини показали ранее неоткрытое планетарное кольцо за пределами более ярких главных колец Сатурна и внутри колец G и E. Предполагается, что источником этого кольца является падение метеороида у Януса и Эпиметея . В июле 2006 г. были получены снимки углеводородных озер возле северного полюса Титана, присутствие которых было подтверждено в январе 2007 года. В марте 2007 года углеводородные моря были обнаружены вблизи Северного полюса, крупнейшее из которых размером почти с Каспийское море. . В октябре 2006 года зонд обнаружил циклоноподобный шторм диаметром 8000 км с глазной стеной на южном полюсе Сатурна.

С 2004 г. по 2 ноября 2009 г. зонд обнаружил и подтвердил восемь новых спутников. В апреле 2013 года « Кассини» отправил обратно изображения урагана на северном полюсе планеты, в 20 раз больше, чем на Земле, с ветром быстрее 530 км / ч (330 миль в час). 15 сентября 2017 года космический корабль « Кассини-Гюйгенс» выполнил «грандиозный финал» своей миссии: несколько проходов через промежутки между Сатурном и внутренними кольцами Сатурна. Вход в атмосферу из Кассини закончил миссию.

Возможные будущие миссии

Продолжение исследования Сатурна по-прежнему считается жизнеспособным вариантом для НАСА в рамках их текущей программы миссий New Frontiers . НАСА ранее просило представить планы для миссии к Сатурну, которая включала бы входной зонд в атмосферу Сатурна , и возможные исследования обитаемости и возможное открытие жизни на спутниках Сатурна, Титане и Энцеладе, с помощью Dragonfly .

Наблюдение

Любительский телескопический вид Сатурна

Сатурн - самая далекая из пяти планет, легко видимых невооруженным глазом с Земли, четыре других - это Меркурий , Венера , Марс и Юпитер. (Уран, а иногда и 4 Веста , видны невооруженным глазом на темном небе.) Сатурн кажется невооруженным глазом в ночном небе как яркая желтоватая точка света. Средняя видимая величина Сатурна составляет 0,46 со стандартным отклонением 0,34. Большая часть изменения величины происходит из-за наклона системы колец относительно Солнца и Земли. Самая яркая звездная величина, -0,55, возникает примерно в то время, когда плоскость колец наклонена наиболее сильно, а самая слабая величина 1,17 - примерно в то время, когда они меньше всего наклонены. Планете требуется около 29,5 лет, чтобы совершить полный оборот эклиптики на фоне созвездий Зодиака . Большинству людей потребуется оптическое устройство (очень большой бинокль или небольшой телескоп), увеличивающее по крайней мере в 30 раз, чтобы получить изображение колец Сатурна с четким разрешением. Когда Земля проходит через плоскость колец, что происходит дважды в год Сатурна (примерно каждые 15 земных лет), кольца ненадолго исчезают из поля зрения, потому что они такие тонкие. Следующее «исчезновение» произойдет в 2025 году, но Сатурн будет слишком близко к Солнцу для наблюдений.

Имитация появления Сатурна с Земли (в противостоянии) во время орбиты Сатурна, 2001–2029 гг.
Сатурн затмевает Солнце, как видно с Кассини . Видны кольца, в том числе кольцо F.

Сатурн и его кольца лучше всего видны, когда планета находится в оппозиции или рядом с ней , конфигурация планеты имеет удлинение на 180 ° и, таким образом, появляется в небе напротив Солнца. Оппозиция Сатурна происходит каждый год - примерно каждые 378 дней - и в результате планета проявляется с максимальной яркостью. И Земля, и Сатурн вращаются вокруг Солнца по эксцентрическим орбитам, что означает, что их расстояния от Солнца меняются со временем, а следовательно, и расстояния друг от друга, следовательно, яркость Сатурна меняется от одного противостояния к другому. Сатурн также кажется ярче, когда кольца расположены под углом, так что они более заметны. Например, во время противостояния 17 декабря 2002 года Сатурн выглядел самым ярким из-за благоприятной ориентации его колец относительно Земли, хотя в конце 2003 года Сатурн был ближе к Земле и Солнцу.

Портрет
HST Saturn от 20 июня 2019 г.

Время от времени Сатурн покрывается Луной (то есть Луна закрывает Сатурн на небе). Как и все планеты Солнечной системы, Сатурн покрывается «временами года». Сатурнианские затмения будут происходить ежемесячно в течение примерно 12-месячного периода, за которым последует примерно пятилетний период, в течение которого такая активность не регистрируется. Орбита Луны наклонена на несколько градусов по отношению к Сатурну, так Покрытия будут происходить только тогда , когда Сатурн находится вблизи одной из точек в небе , где две плоскости пересекаются (как по длине года Сатурна и год 18,6 околоземного узловой прецессия периода орбита Луны влияет на периодичность).

Прощание с Сатурном и лунами ( Энцелад , Эпиметей , Янус , Мимас , Пандора и Прометей ), Кассини (21 ноября 2017 г.).

Ноты

Рекомендации

дальнейшее чтение

внешние ссылки