САТУРН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СКЛАД, ОРБІТА, БУДОВА - АРТЕ - 2025

Сатурн - друга за величиною планета Сонячної системи після Юпітера. Відома своєю кільцевою системою, вона належить до планет під назвою Йовіани, які розташовані за поясом астероїда, який відокремлює їх від скелястих планет.

Відомий з давніх часів, оскільки це одна з 5 планет, видимих ​​неозброєним оком і найдалі від них, Галілей вперше спостерігав її телескопом у 1610 р. Хоча він помітив деформацію, викликану кільцями, недостатня роздільна здатність інструменту не зробила дозволило йому розрізнити його форму.

Газова планета Сатурн, порівняно із Землею, у 95 разів менша. Джерело: Образ Сатурна: NASA / JPL / Інститут космічних наук Зображення Землі: Екіпаж NASA / Apollo 17 / Public domain.

Це було через роки, в 1659 році, Крістіан Гюйгенс влучно описав знамениті кільця. Невдовзі італійський астроном Джованні Кассіні зрозумів, що кільця мають поділ, який зараз називають відділом Кассіні.

Хоча астрономи давнини не могли деталізувати кільцеву систему, але вже чудовий вид планети повинен був вразити їх достатньо, щоб дати їй такі назви, як "Алап Сахма" (зірка Сонця) для халдеїв, "Фаенон" (яскравий, як Сонце) для греків або «хіма» (відповідальна за загальний потоп) для євреїв.

Стародавні римляни пов'язували планету з грецьким богом Кроносом, батьком Зевса, якого вони назвали Сатурном. На честь цього божества у грудні відзначалися фестивалі під назвою Сатурналія, які стародавні християни пізніше асоціювали з Різдвом.

Інші стародавні культури, такі як індуси, китайці та маї, також мають свої спостереження за планетою. Для майя дати, в які відбулися сполучення Сатурна, Юпітера та Марса, були святковими.

Загальна характеристика Сатурна

Сатурн не такий великий, як Юпітер, він становить лише третину його маси, а його радіус на 16% менший.

Він найменш щільний із планет; при 687 кг / м ^{3 він} міг би плавати по воді, якби був океан, досить великий, щоб його вмістити. Він складається в основному з водню та гелію, найлегших відомих елементів, хоча він містить інші у значно меншій пропорції.

У Сатурна є власне магнітне поле, менш інтенсивне, ніж у Юпітера, але набагато більше, ніж у Землі, з магнітною віссю, паралельною осі обертання. Ось чому полярні є поширеними у вигляді концентричних кіл, прямо в кожній полярній області. Вони утворюються при переміщенні електрично заряджених частинок посеред напруженого магнітного поля планети.

Ще однією відмітною особливістю Сатурна є тепло, яке він випромінює у космос, випромінюючи майже вдвічі більше енергії, яку отримує від Сонця. .

Тиск всередині Сатурна в мільйон разів більший за атмосферний тиск Землі. Краплі рідкого водню набирають швидкість, коли вони рухаються до центру планети, виробляючи тепло.

Рідкий водень поводиться як метал і відповідає не тільки за випромінюване тепло, але і за ефект динамо, який створює магнітне поле.

Атмосфера Сатурна нагадує атмосферу Юпітера з подібним малюнком світлих і темних смуг. Хмари складаються з кристалів аміаку, води та гідросульфіду амонію.

Сильні вітри та випадкові бурі, які тривають місяцями на Землі. Екваторіальний вітер на Сатурні може досягати 500 м / с.

Підсумок основних фізичних характеристик планети

-Маса: 5,69 х 10 ²⁶ кг.

-Екваторіальний радіус: 6,0 х 10 ⁴ км

-Полярний радіус : 5,4 х 10 ⁴ км

-Форма: сплюснута.

-Средня відстань до Сонця: 1,4 х 10 ⁹ км

- Нахил орбіти : 2,5º по відношенню до екліптики.

-Температура: від -139 до -189 ºC.

-Гравітація: 10,4 м / с ²

-Власне магнітне поле: Так.

-Атмосфера: Так, переважно водень.

-Щільність: 687 кг / м ³

-Сателіти: 82 офіційно призначені, безліч інших крихітних лун, без позначення.

-Кільця: Так, складна система.

Кільця Сатурна

Кільцева система Сатурна унікальна в Сонячній системі своєю надзвичайною красою. Джерело: Pixabay.

Кільця є відмітною ознакою Сатурна, адже хоча інші газові гіганти також ними володіють, без сумніву, ці планети є найбільш вражаючими.

Кільця складаються в основному з льоду та скель і підтримують форму завдяки гравітаційній дії деяких спеціалізованих супутників: супутників вівчарок.

Ілюстрація кілець Сатурна

Спочатку через недостатню роздільну здатність у своїх телескопах астрономи вважали, що кільця утворюють суцільний диск речовини навколо планети. У будь-якому випадку товщина системи незначна, щонайбільше, ледь не кілометр, а в деяких регіонах може бути метрів.

Італійський астроном Джованні Кассіні першим помітив існування розділової лінії між ними, приблизно в 1675 році.

Через роки французький математик П'єр де Лаплас зазначив, що насправді існували численні тонкі кільця. Нарешті, Джеймс Клерк Максвелл побудував модель, за якою він запропонував, щоб кільця складалися з багатьох частинок, кожна з яких мала незалежну орбіту.

Астрономи розрізняють кільця з літерами алфавіту. 7 головних і найяскравіших кілець - A, B, C і D, тоді як E, F і G - блідіші.

Також є тисячі слабших кілець. Найбідніший і зовнішній був виявлений інфрачервоним телескопом і називається кільцем Фібі.

Відображення художника, що показує кільця Сатурна та більші супутники. Джерело: photojournal.jpl.nasa.gov.

Поділ Кассіні відокремлює кільце А від кільця В, але в тому ж кільці А є темна область, яка називається поділом Енке, підтримується одним із супутників Сатурна: Пан. В межах області також є надзвичайно тонке кільце.

Існують підрозділи різної ширини, також названі на честь відомих астрономів: Коломбо, Гюйгенс, Максвелл і Кілер.

Походження кілець

Кільця складаються з частинок розміром від піску (мікронів) до величезних скель завдовжки десятки метрів, але астрономи погоджуються, що вони виникли не в той же час, що і планета, а зовсім недавно.

За оцінками, головні кільця A, B і C становлять, мабуть, кілька сотень мільйонів років, а це в астрономічному відношенні дуже мало. Вчені впевнені, що всі планети Сонячної системи утворилися одночасно, приблизно 4,6 мільярда років тому.

Матеріал, що складається з кілець, міг походити від комети, метеора чи місяця, роздробленого через гравітацію планети. У будь-якому випадку, це не залишки становлення планети.

Безумовно, походження кілець наразі невідоме, але загальна думка полягає в тому, що вони досить нестабільні, тому як тільки вони утворилися, вони можуть зникнути протягом декількох мільйонів років.

Перекладацький рух

Орбіта Сатурна. Середня відстань між Сатурном і Сонцем становить понад 1 400 000 000 км (9 АС). Із середньою орбітальною швидкістю 9,69 км / с Сатурну потрібно 10 759 земних днів, щоб обійти Сонце. Джерело: Тодд Тімберлейк, автор Easy Easy Simulation = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0)

Сатурну потрібно 29 років і 167 днів, щоб подорожувати своєю орбітою навколо Сонця. Цікаво, що Сатурн і Юпітер знаходяться в орбітальному резонансі, оскільки між ними існує гравітаційна взаємодія. Звичайно, притягнення Сонця набагато більше, але вплив Юпітера також впливає.

Коли між астрономічними об’єктами існує орбітальний резонанс, їх орбітальні періоди підтримують певну пропорцію, завжди з невеликою кількістю. У випадку Сатурна-Юпітера останній обертається 5 обертів на кожні 2 витки Сатурна, і цей резонанс вважається таким, що має стабілізуючі ефекти на орбіти обох планет.

Орбітальний резонанс, який виникає між частинками, що складають кільця Сатурна, та супутниками, які орбітують між ними, чинить потужний вплив на структуру кілець, наприклад, існування розколу Кассіні.

Сатурн - планета Сонячної системи з найбільшою кількістю супутників, 6 з них мають споріднені орбітальні періоди, подивимось:

-Мімас і Тетіс у співвідношенні 1: 2. За 1 оборот Мімаса, Тетіс вивертається 2 рази.

-Енекладо та Діона, стосовно 1: 2.

-Гіперион та Титан у співвідношенні 4: 3.

Нарешті, примітно, що 85% імпульсу кута Сонячної системи зосереджено на Юпітері та Сатурні, двох найбільших планетах, на відміну від Сонця, яке, незважаючи на найвищий відсотковий відсоток маси, має невеликий імпульс кута.

Кутовий імпульс системи є цікавою фізичною величиною, оскільки він зберігається за відсутності зовнішніх взаємодій. Щоб відбулася зміна, потрібен чистий крутний момент зсередини.

Дані руху Сатурна

Наступні дані коротко описують рух Сатурна:

-Мій радіус орбіти: 1,43 х 109 км

- Нахил орбіти : 2,5º щодо площини екліптики

-Ексцентричність: 0,056

- Середня орбітальна швидкість : 9,6 км / с

- Період перенесення : 29,46 років

- Період обертання: 10,66 годин

Коли і як спостерігати за Сатурном

Планета Сатурн вважається вищою планетою, оскільки її орбіта знаходиться за межами орбіти Землі. Вищі планети - Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. Навпаки, планети, орбіта яких найближча до Сонця, називаються нижчими планетами: Меркурій і Венера.

Найкращий час для спостереження за вищою планетою - це коли Земля приходить між нею і Сонцем. З іншого боку, складніше бачити, коли вона знаходиться в поєднанні, знаходячись далі від Землі і близько до Сонця, що робить її непрозорою. Ситуація графічно описана на наступному зображенні:

Опозиція та сполучення зовнішньої планети. Джерело: Маран, С. Астрономія для манекенів.

Природно, що однією з головних цілей будь-якого спостерігача за небом є перегляд кілець, для яких достатньо невеликого телескопа. Але необхідно враховувати, що іноді кільця знаходяться на краю відносно Землі і тому невидимі.

Кут, під яким розглядаються кільця, змінюється протягом 30 років, тобто час, коли Сатурн обходить Сонце.

Наступні опозиції Сатурна:

-2020 : 20 липня

-2021 : 2 серпня

-2022 : 14 серпня

-2023 : 27 серпня

-2024 : 08 вересня

-2025 : 21 вересня

Обертальний рух

Сатурну потрібно в середньому 10,66 годин, щоб виконати один оборот на власній осі обертання, хоча не всі його зони обертаються з однаковою швидкістю. Наприклад, на екваторі швидкість обертання становить 10,25 годин, тоді як всередині планети - приблизно 10,65 години.

Це явище відоме як диференціальне обертання, і воно пов'язане з тим, що планета не є твердою, як ми вже говорили. Також завдяки рідко-газоподібній природі планета відчуває деформацію за рахунок обертального руху, стаючи сплюснутою на полюсах.

Склад

Склад Сатурна принципово такий самий, як у Юпітера та інших газоподібних планет: водню та гелію, лише на Сатурні частка водню більша, враховуючи низьку щільність.

Оскільки Сатурн утворився у зовнішній області туманності, що зароджувала Сонячну систему, планета змогла швидко рости і захоплювати велику кількість водню та гелію, присутніх у туманності.

Завдяки величезному тиску та температурі, що зростають у міру заглиблення, молекулярний водень на поверхні перетворюється на металевий водень.

Хоча планета є газоподібною, у її ядрі є менша частка більш важких елементів, яка є принаймні частково скелястою, наприклад магній, залізо та кремній.

На додаток до цих елементів рясніють різні види льоду, такі як аміак, вода та метан, які, як правило, накопичуються у напрямку до центру планети, який знаходиться при високій температурі. З цієї причини матеріал фактично рідкий, а не газоподібний.

Хмари Сатурна складаються з аміаку та водяних льодів, тоді як в атмосфері, крім цих речовин, виявлено ацетилен, метан, пропан та сліди інших газів.

Внутрішня структура

Внутрішня та зовнішня будова Сатурна. Джерело: Kelvinsong / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Хоча переважає водень та гелій, Сатурн у природі містить скелясте ядро. Під час процесу утворення планет Сонячної системи гази конденсуються навколо цього ядра, у швидкому процесі, що дозволило йому швидко рости.

Ядро Сатурна містить, як ми вже говорили, гірські породи та летючі елементи та сполуки, оточені шаром рідкого водню. Вчені підрахували, що це ядро ​​в 9 і 22 рази більше, ніж Земля: в радіусі близько 25 000 км.

Цей шар рідкого водню оточений у свою чергу шарами рідкого водню та гелію, які з часом стають газоподібними у самих зовнішніх шарах. Лінія Френкеля - це термодинамічна межа, яка відокремлює газоподібну рідину від рідини.

Природні супутники Сатурна

Згідно з останніми підрахунками, у Сатурна є 82 призначені супутники та безліч міні-лун, котрих досі не вистачає. Це робить Сатурн планетою найбільшою на сьогодні супутників.

Супутникова система Сатурна дуже складна; наприклад, відомо, що вони мають пряму дію на кільця: супутники вівчарок.

Крім того, є троянські супутники, які залишаються на стабільній орбіті на 60 ° вперед або позаду інших супутників. Наприклад, супутники Телесто та Каліпсо - троянці Тетіса, один із головних супутників Сатурна.

Основними супутниками Сатурна є Титан, Мімас, Енцелад, Тетіс, Діона, Рея, Гіперйон, Япет і Фіба. Ці супутники були відомі ще до космічних місій, але дослідницькі зонди Сатурна виявили ще багато.

Зліва Мімас і величезний кратер удару. Праворуч поверхня Титану. Обидва зображення походять від зонда Кассіні. Джерело: Wikimedia Commons.

Найбільший з усіх лун Сатурна - Титан, який також має власну атмосферу і є другим за величиною у всій Сонячній системі після Ганімеда, великого місяця Юпітера. Титан навіть більший за Меркурій.

З іншого боку, Енцелад, шостий місяць Сатурна за розміром, - це величезний сніжний ком з сюрпризом: його серцевина вкрита океаном гарячої рідкої води.

Сатурн і Титан, його найважливіший супутник

Цікавим фактом серед супутників Сатурна є те, що є супутники, орбіти яких однакові, але їм вдається не стикатися. Найпомітніші з цих коорбітальних супутників - Янус та Епіметей.

Не всі супутники Сатурна мають сфероїдальну форму, є безліч нерегулярних супутників, як правило, невеликих розмірів і орбіт досить далеко від планети.

Титан та його атмосфера

Мозаїка інфрачервоних зображень Титану, знята зондом Кассіні в 2015 році. Джерело: NASA через Wikimedia Commons.

Це найбільший і найважливіший із супутників Сатурна, видно з Землі як невелика точка світла, за допомогою телескопа. Голландський астроном Крістіан Гюйгенс вперше побачив його близько 1655 року, а Джон Гершель, вже в 19 столітті, назвав його Титаном.

Його приблизна щільність становить 1,9 г / см ^3, і хоча вона містить скелясте ядро, це світ майже повністю виготовлений з льоду.

У титані є щільна атмосфера, де панує азот і невеликий відсоток метану, а також сліди вуглеводнів. Це надзвичайна рідкість у Сонячній системі, оскільки для інших супутників не вистачає власної атмосфери.

У ньому також є океани та кількість опадів, але не вода, а метан. Про існування цієї сполуки відомо з середини 20 століття завдяки спектроскопії, проведеній астрономом Джерардом Куйпером. Пізніше зонд Voyager підтвердив це відкриття.

Цікаво про Титан, що там було виявлено багато органічних сполук, окрім метану, який є попередниками життя. Механізм, за допомогою якого Титан придбав цю своєрідну атмосферу, досі невідомий, але він представляє великий інтерес, оскільки достаток вуглеводнів набагато більший, ніж у Землі.

У рамках місії Кассіні на Сатурн, зонду Гюйгенса вдалося висадитися на поверхню Титану і виявити замерзлу поверхню, але повну наземних форм.

Хоча Титан користується різноманітною геологією та кліматом, це неприємний світ для людини. Його атмосфера дуже динамічна; Наприклад, як відомо, дме швидкісний вітер, що значно перевершує найбільші наземні урагани.

Місії до Сатурна

Піонер 11

Він був запущений НАСА в 1973 році і досяг орбіти Сатурна через кілька років, в 1979 році. Ця місія знімала зображення низької роздільної здатності, а також знаходила невідомі супутники та кільця, ніколи не бачені з Землі.

Зрештою, зонд був остаточно в 1995 році, але він мав табличку з відомим повідомленням, створеним Карлом Саганом та Френком Дрейком, на випадок, якщо на нього натрапляли прибульці-прибульці.

Вояджер

Ця місія полягала у запуску двох зондів: Voyager 1 і Voyager 2.

Хоча Вояджер 1 був задуманий, щоб досягти Юпітера та Сатурна, він вже перевищив межі Сонячної системи, увійшовши в міжзоряний простір у 2012 році. Серед його найважливіших висновків - підтвердження існування атмосфери Титана, а також важливі дані атмосфери Сатурна та кільцевої системи.

Voyager 2 зібрав інформацію про атмосферу Сатурна, атмосферний тиск та численні високоякісні зображення. Після відвідування Сатурна зонд дійшов до Урана та Нептуна, після чого він увійшов у міжзоряний простір, як і сестра.

Кассіні

Місія Кассіні - це спільний проект між НАСА, Європейським космічним агентством та італійським космічним агентством. Він був запущений у 1997 році з мису Канаверал і його метою було вивчення планети Сатурн та його супутникової системи.

Зонд досяг Сатурна в 2004 році і встиг вийти на орбіту планети 294 рази до 2017 року, коли у нього закінчилося пальне. Потім зонд був навмисно занурений у Сатурн, щоб запобігти його вторгнення в один із супутників і таким чином уникнути радіоактивного зараження.

Кассіні провів зонд Гюйгенса, перший об'єкт, створений людиною, що здійснив посадку в світі за поясом астероїда: Титан, найбільший супутник Сатурна.

Гюйгенс сприяв зображенням пейзажу Титана, а також будови кілець. Він також отримав зображення Мімаса, іншого супутника Сатурна, який пасе кільця. Вони показують величезний кратер Гершель, з величезною горою в центрі.

Кассіні також підтвердив наявність води на Енцеладі, шостому крижаному місяці Сатурна, діаметром 500 км, який знаходиться в орбітальному резонансі з Діоною.

Енцелад, крижаний місяць Сатурна, що всередині знаходиться океан. Зображення зонда Кассіні. Джерело: Wikimedia Commons. NASA / JPL / Інститут космічних наук / Загальнодоступне надбання.

Вода Енцелада гаряча, а планета повна гейзерів і фумарол, які виганяють водяну пару та органічні сполуки, саме тому багато хто вважає, що це може зайняти життя.

Про Япету, ще одному з великих супутників Сатурна, зображення Кассіні виявили затемнену сторону, походження якої досі не визначене.

Список літератури

1. Небо місяця. Сполучення та протиставлення зовнішніх планет. Відновлено з: elcielodelmes.com.
2. Маран, С. Астрономія для манекенів.
3. POT. Місії Кассіні. Відновлено з: solarsystem.nasa.gov.
4. Пауелл, М. Планети оголеного ока на нічному небі (і як їх визначити). Відновлено: goleyeplanets.com.
5. Насіння, М. 2011. Сонячна система. Сьоме видання. Cengage Learning.
6. Вікіпедія. Планетарне кільце. Відновлено з: es.wikipedia.org.
7. Вікіпедія. Сатурн (планета). Відновлено з: es.wikipedia.org.
8. Вікіпедія. Сатурн (планета). Відновлено з: en.wikipedia.org.