МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ГОСУДАРСТВЕННОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГОПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«БАШКИРСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИМ.АКМУЛЛЫ»
ПЛАНЕТАСАТУРН
/реферат поастрономии/
Выполнила:.
ФМФ, 4 курс,45 гр.
Проверил: ПлановскийВ.В.
Уфа 2008
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение…………………………………………………………………….…....3
1. Общиесведения…………………………………………….……………...4
1.1. Параметрыпланеты……………………………………………….…....6
1.2. Внутреннеестроение……………………………………………...…..6
2. Атмосфера……………………….…………………………………….……...7
2.1. «Гигантскийгексагон» ………………………………………….…….9
3. Космическиехарактеристики..………………………………………….....10
3.1. Магнитосфера…………………………………………………….…...10
3.2. Полярныесияния…………………………………………………......12
3.3. Инфракрасноесвечение Сатурна..……………………….………….12
4. Кольцевая система Сатурна……………………………………..……….…13
4.1. Открытие тонкойструктуры колец…………….…………………....15
5. Спутники Сатурна...……………………………..……………………….....20
6. Историяоткрытий…………………………..……………………………....21
7. Приложение………………………………………………………….………24
8. Литература………………………………………………………….………..26
ВВЕДЕНИЕ
В античной мифологииСатурн был божественным отцом Юпитера. Сатурн был богом Времени и Судьбы. Какизвестно, Юпитер в своем мифическом обличии пошел дальше отца. В Солнечнойсистеме Сатурну отведена также вторая роль среди планет. Сатурн второй как помассе, так и по размерам. Однако он позади многих и многих тел околосолнечногопространства по плотности.
Сатурн, не желаясмиряться с отставанием от Юпитера, обзавелся большим числом спутников и,главное, великолепным кольцом, благодаря которому шестая планета серьезнооспаривает первое место в номинации Великолепие. Многие астрономические книгина обложках своих предпочитают иметь именно Сатурн, а не Юпитер.
Сатурн может достигатьотрицательной звездной величины в период противостояния планеты. В небольшиеинструменты легко разглядеть диск и кольцо, если оно хоть чуть развернуто кЗемле. Кольцо из-за движения планеты по орбите меняет свою ориентацию поотношению к Земле. Когда плоскость кольца пересекает Землю, даже в средниетелескопы рассмотреть его не получается: оно очень тонкое. После этого кольцовсе больше и больше разворачивается к нам, а Сатурн, соответственно становитсявсе ярче и ярче в каждое следующее противостояние. В первый год уже недалекоготретьего тысячелетия в день противостояния 3-го декабря Сатурн разгорится до-0,45-й звездной величины. В этот год кольца максимально развернутся к Земле.Не слишком тяжело заметить также и Титан — самый большой спутник планеты, онимеет блеск порядка 8,5-й звездной величины. Из-за малой контрастности, облакаСатурна рассмотреть труднее, чем облачные полосы на Юпитере. Зато легкозаметить сжатие планеты у полюсов, которое достигает 1:10.
У Сатурна побывало 3космических аппарата. Эти же АМС предварительно посетили Юпитер: «Пионер11» и оба «Вояджера»
1. ОБЩИЕСВЕДЕНИЯ
Сатурн, наверное,наиболее красивая планета, если смотреть на нее в телескоп или изучать снимки«Вояджеров». Сказочные кольца Сатурна нельзя спутать ни с какими другимиобъектами Солнечной системы.
Планета известна с самыхдревних времен. Максимальная видимая звездная величина Сатурна +0,7m. Этапланета – один из самых ярких объектов на нашем звездном небе. Ее тусклый белыйсвет создал планете недобрую славу: рождение под знаком Сатурна издревлесчиталось плохим предзнаменованием.
Кольца Сатурна видимы сЗемли в небольшой телескоп. Они состоят из тысяч и тысяч небольших твердыхобломков камней и льда, которые вращаются вокруг планеты.
Период вращения вокруг оси– звездные сутки – составляет 10 часов 14 минут (на широтах до 30°). Так какСатурн – не твердый шар, а состоит из газа и жидкости, то экваториальные егочасти быстрее вращаются, чем приполярные области: на полюсах один оборотсовершается примерно на 26 минут медленнее. Средний период обращения вокруг оси– 10 часов 40 минут.
Сатурн имеет однуинтересную особенность: он – единственная планета в Солнечной системе, чьяплотность меньше плотности воды (700 кг на кубический метр). Если бы быловозможно создать огромный океан, Сатурн смог бы в нем плавать!
По внутреннему строению исоставу Сатурн сильно напоминает Юпитер. В частности, на Сатурне вэкваториальной области также существует Красное Пятно, хотя оно и меньшихразмеров, чем на Юпитере.
На две трети Сатурнсостоит из водорода. На глубине, примерно равной R/2, то есть половине радиусапланеты, водород при давлении около 300 ГПа переходит в металлическую фазу. Помере дальнейшего увеличения глубины, начиная с R/3, возрастает доля соединенийводорода и оксидов. В центре планеты (в области ядра) температура порядка 20000К.
Всякий, кто наблюдалпланеты в телескоп, знает, что на поверхности Сатурна, то есть на верхнейгранице его облачного покрова, заметно мало деталей и контраст их с окружающимфоном невелик. Этим Сатурн отличается от Юпитера, где присутствует множествоконтрастных деталей в виде темных и светлых полос, волн, узелков,свидетельствующих о значительной активности его атмосферы.
Возникает вопрос,действительно ли атмосферная активность Сатурна (например скорость ветра) ниже,чем у Юпитера, или же детали его облачного покрова просто хуже видны с Землииз-за большего расстояния (около 1,5 млрд. км.) и более скудного освещенияСолнцем (почти в 3,5 раза слабее освещения Юпитера)?
«Вояджерам»удалось получить снимки облачного покрова Сатурна, на которых отчетливозапечатлена картина атмосферной циркуляции: десятки облачных поясов,простирающихся вдоль параллелей, а также отдельные вихри. Обнаружен, вчастности, аналог Большого Красного Пятна Юпитера, хотя и меньших размеров.Установлено, что скорости ветров на Сатурне даже выше, чем на Юпитере: наэкваторе 480 м/с, или 1700 км/ч. Число облачных поясов больше, чем на Юпитере,и достигают они более высоких широт. Таким образом, снимки облачностидемонстрируют своеобразие атмосферы Сатурна, которая даже активнееюпитерианской.
Метеорологические явленияна Сатурне происходят при более низкой температуре, нежели в земной атмосфере.Поскольку Сатурн в 9,5 раз дальше от Солнца, чем Земля, он получает в 9,5 =90раз меньше тепла. Температура планеты на уровне верхней границы облачногопокрова, где давление равно 0,1 атм, составляет всего 85 К, или -188 С.Интересно, что за счет нагревания одним Солнцем даже такой температуры получитьнельзя. Расчет показывает: в недрах Сатурна имеется свой собственный источниктепла, поток от которого в 2,5 раза больше, чем от Солнца. Сумма этих двухпотоков и дает наблюдаемую температуру планеты.
Космические аппаратыподробно исследовали химический состав надоблачной атмосферы Сатурна. Восновной она состоит почти на 89% из водорода. На втором месте гелий (около 11%по массе). Дефицит гелия на Сатурне объясняют гравитационным разделением гелияи водорода в недрах планеты: гелий, который тяжелее, постепенно оседает набольшие глубины (что, кстати говоря, высвобождает часть энергии,«подогревающей» Сатурн). Другие газы в атмосфере — метан, аммиак,этан, ацетилен, фосфин — присутствуют в малых количествах. Метан при стольнизкой температуре (около -188° С) находится в основном в капельно-жидкомсостоянии. Он образует облачный покров Сатурна.
Что касается малогоконтраста деталей, видимых в атмосфере Сатурна, о чем говорилось выше, топричины этого явления пока еще не вполне ясны. Было высказано предположение,что в атмосфере взвешена ослабляющая контраст дымка из мельчайших твердыхчастиц. Но наблюдения «Вояджера-2» опровергают это: темные полосы наповерхности планеты оставались резкими и ясными до самого края диска Сатурна,тогда как при наличии дымки они бы к краям замутнялись из-за большогоколичества частиц перед ними. Данные, полученные с «Вояджера-1»,помогли с большой точностью определить экваториальный радиус Сатурна. На уровневершины облачного покрова экваториальный радиус составляет 60330 км. или в 9,46 раза больше земного. Уточнен также период обращения Сатурна вокруг оси: одиноборот он совершает за 10 ч. 39,4 мин — в 2,25 раза быстрее Земли. Стольбыстрое вращение привело к тому, что сжатие Сатурна значительно больше, чем уЗемли. Экваториальный радиус Сатурна на 10% больше полярного.
Поскольку Сатурн весьмасходен с Юпитером по своим физическим свойствам, астрономы предположили, чтодостаточно заметное магнитное поле есть и у него. Отсутствие же у Сатурнанаблюдаемого с Земли магнитно-тормозного радиоизлучения объясняли влияниемколец.
1.1. ПАРАМЕТРЫПЛАНЕТЫ
Эллиптическая орбитаСатурна имеет эксцентриситет 0,0556 и средний радиус 9,539 а.е. (1427 млн. км).Максимальное и минимальное расстояния от Солнца равны приблизительно 10 и 9а.е. Расстояния от Земли меняются от 1,2 до 1,6 млрд. км. Наклон орбиты планетык плоскости эклиптики 2°29,4'. Угол между плоскостями экватора и орбитыдостигает 26°44'. Сатурн движется по своей орбите со средней скоростью 2,64км/с; период обращения вокруг Солнца составляет 29,46 земных лет.
Планета не имеет четкойтвердой поверхности, оптические наблюдения затрудняются непрозрачностьюатмосферы. Для экваториального и полярного радиусов приняты значения 60,27 тыс.км и 53,5 тыс. км. Средний радиус Сатурна в 9,1 раз больше, чем у Земли. Наземном небе Сатурн выглядит как желтоватая звезда, блеск которой меняется отнулевой до первой звездной величины. Масса Сатурна составляет 5,6850∙1026кг, что в 95,1 раз превосходит массу Земли; при этом средняя плотность Сатурна,равная 0,68 г/см3, почти на порядок меньше, чем плотность Земли. Ускорениесвободного падения у поверхности Сатурна на экваторе равно 9,06 м/с2.
Поверхность Сатурна(облачный слой), как и Юпитера, не вращается как единое целое. Тропическиеобласти в атмосфере Сатурна обращаются с периодом 10 ч 14 мин земного времени,а на умеренных широтах этот период на 26 мин больше.
1.2.ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ
По внутреннему строению исоставу Сатурн сильно напоминает Юпитер.
/>
В глубине атмосферыСатурна растут давление и температура, и водород постепенно переходит в жидкоесостояние. Чёткой границы, отделяющей газообразный водород от жидкого,по-видимому, не существует. Это должно выглядеть как непрерывное кипениеглобального водородного океана. На глубине около 30 тыс. км водород становитсяметаллическим (а давление достигает около 3 миллионов атмосфер). Протоны иэлектроны в нём существуют раздельно и он является хорошим проводникомэлектричества. Мощные электротоки, возникающие в слое металлического водорода,порождают магнитное поле Сатурна (гораздо менее мощное, чем у Юпитера).
На глубине, примерноравной R/2, то есть половине радиуса планеты, водород при давлении около 300ГПа переходит в металлическую фазу. По мере дальнейшего увеличения глубины,начиная с R/3, возрастает доля соединений водорода и оксидов. В центре планетынаходится массивное ядро (до 20 земных масс) из камня, железа и, возможно…льда (в области ядра) температура порядка 20000 К.
Откуда взяться льду вцентре Сатурна, где температура около 20 тыс. градусв? Ведь хорошо знакомая намкристаллическая форма воды — обыкновенный лед — плавится уже при температуре 0С при нормальном атмосферном давлении. Еще «нежнее» кристаллическиеформы аммиака, метана, углекислого газа, которые ученые также называют льдом.Например, твердая углекислота (сухой лед, используемый в различных эстрадныхшоу) при нормальных условиях сразу же переходит в газообразное состояние, минуяжидкою стадию.
Но одно и то же веществоможет образовывать различные кристаллические решетки. В частности, наукеизвестны кристаллические модификации воды, отличающиеся друг от друга неменьше, чем печная сажа — от химически тождественного ей алмаза. Например, такназываемый лед VII имеет плотность, почти вдвое превосходящую плотностьобычного льда, и при больших давлениях его можно нагревать до нескольких сотградусов! Поэтому не стоит удивляться тому, что в центре Сатурна при давлении вмиллионы атмосфер присутствует лед, т.е. в данном случае смесь из кристалловводы, метана и аммиака.
2. АТМОСФЕРА
Светло-желтый Сатурн внешневыглядит скромнее своего соседа — оранжевого Юпитера. У него нет столькрасочного облачного покрова, хотя структура атмосферы почти такая же. Верхниеслои атмосферы Сатурна состоят на 93 % из водорода (по объёму) и на7 % — из гелия. Имеются примеси метана, водяного пара, аммиака и некоторыхдругих газов. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских,что делает его не таким «цветным» и полосатым.
По данным «Вояджеров», наСатурне дуют самые сильные ветра в Солнечной системе, аппараты зарегистрировалискорости воздушных потоков 500 м/с. Ветра дуют, в основном, в восточномнаправлении (по направлению осевого вращения). Их сила ослабевает при удаленииот экватора; при удалении от экватора появляются также и западные атмосферныетечения. Ряд данных указывают, что ветры не ограничены слоем верхних облаков,они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2 тыс. км. Кроме того,измерения «Вояджера-2» показали, что ветра в южном и северном полушарияхсимметричны относительно экватора. Есть предположение, что симметричные потокикак-то связаны под слоем видимой атмосферы.
/>
Южное полушарие Сатурна.«Ураган Дракона», он хорошо виден на этом изображении, полученном вближней ИК-области (цвета на рисунке искусственные). Исследуя результаты,полученные Кассини, ученые обнаружили, что «Ураган Дракона» являетсяпричиной таинственных вспышек в радиодиапазоне. Возможно, мы видим гигантскую грозуна Сатурне, когда радиошум возникает из-за высоковольтных разрядов в молниях
Хотя пятна атмосферныхвихрей на Сатурне уступают по размерам юпитерианскому Большому Красному Пятну,но и там наблюдаются грандиозные штормы, видимые даже с Земли.
Снимки, переданные АМС«Вояджер-1», обнаружили несколько десятков поясов и зон, а такжеразличные конвективные облачные образования: несколько сот светлых пятендиаметром 2000 — 3000 км, коричневые образования овальной формы шириной ~10000км и красное овальное облачное образование (пятно) у 55° ю. ш. Протяженностькрасного пятна на Сатурне 11 000 км, по размерам оно примерно равно белымовальным образованиям на Юпитере. Красное пятно на Сатурне относительностабильно. Оно окружено темным кольцом. Полагают, что оно может представлятьсобой «верх» конвективной ячейки. Считают, что полосы в атмосфереСатурна обусловлены температурными перепадами. Число полос достигает несколькихдесятков, то есть намного больше, чем наблюдают с Земли, и больше, чем былообнаружено в атмосфере Юпитера. Ученые ожидали найти на Сатурне условия,сравнимые с условиями на Юпитере, поскольку в метеорологических явлениях обеихпланет доминирующим фактором является нагрев за счет внутреннего источникатепла, а не поглощения солнечной энергии. Однако атмосферы Сатурна и Юпитераоказались весьма различными. Например, на Юпитере наибольшие скорости ветразарегистрированы вдоль границ полос, а на Сатурне — вдоль центральной частиполос, в то время как на границах полос и зон ветер практически отсутствует. Впоясах и зонах атмосферы Юпитера чередуются западные и восточные потоки,которые разделяются областями сдвига. В отличие от этого, на Сатурне обнаружензападный поток в очень широкой полосе от 40° с. ш. до 40° ю. ш. Согласно однойгипотезе, ветры обусловлены циклическим подъемом и опусканием больших облаковаммиака. Южная полярная область Сатурна сравнительно светлая. В севернойполярной области обнаружена темная шапка. Возможно, это указывает на сезонныеизменения, которых на Сатурне не ожидали. Один профиль температуры, полученныйдля северного полушария Сатурна, показывает, что темные пятна соответствуютсравнительно высокой температуре, а большие светлые области — несколько более низкой.
Получены новые сведенияоб облаке нейтрального водорода, окружающего Сатурн в той же плоскости, вкоторой лежат кольца планеты и обращаются ее спутники. Ранее ученыепредполагали, что это облако тороидальной формы расположено вдоль орбиты Титанаи имеет своим источником атмосферу Титана, где происходит диссоциация метана сосвобождением водорода. Однако ультрафиолетовый.спектрометр АМС«Вояджер-1» показал, что облако расположено не вдоль орбиты Титана, апростирается с расстояния 1,5 млн. км от Сатурна (несколько дальше орбитыТитана) до расстояния 480 тыс. км от нее (район орбиты Реи). Общая масса облака25000 т, что согласуется с имеющимися теориями; плотность всего 10 атомов в 1см3.
В атмосфере Сатурнаиногда появляются устойчивые образования, представляющие собой сверхмощныеураганы. Аналогичные объекты наблюдаются и на других газовых планетах Солнечнойсистемы. Гигантский «Большой белый овал» появляется на Сатурне примерно одинраз в 30 лет, в последний раз он наблюдался в 1990 году (менее крупные ураганыобразуются чаще).
Не до конца понятным насегодняшний день остается такой атмосферный феномен Сатурна, как «Гигантскийгексагон». Он представляет собой устойчивое образование в виде правильногошестиугольника с поперечником 25 тыс. километров, которое окружает северныйполюс Сатурна.
В атмосфере обнаруженымощные грозовые разряды, полярные сияния, ультрафиолетовое излучение водорода.
2.1. «ГИГАНТСКИЙГЕКСАГОН»
/>
Гигантский гексагон — на сегодняшний день не имеющийстрогого объяснения атмосферный феномен на планете Сатурн. Представляет собойгеометрически правильный шестиугольник с поперечником в 25 тыс. километров,находящийся на северном полюсе Сатурна. По всей видимости, гексагон являетсядовольно необычным вихрем. Прямые стены вихря уходят вглубь атмосферы нарасстояние до 100 км. При изучении вихря в инфракрасном диапазоне наблюдаютсясветлые участки, представляющие собой гигантские прорехи в облачной системе,которые простираются, как минимум, на 75 км. вглубь атмосферы.
Впервые эта структурабыла замечена на ряде снимков, переданных аппаратами Вояджер-1 и Вояджер-2.Поскольку объект ни разу не попал в кадр полностью и из-за низкого качестваснимков, то серьёзного изучения гексагона не последовало.
Реальный интерес кГигантскому гексагону появился после передачи его снимков аппаратом «Кассини».Тот факт, что объект снова замечен после миссии Вояджеров, проходившей болеечетверти века назад, говорит о том, что гексагон представляет собой довольноустойчивое атмосферное образование.
Полярная зима и удачный уголобзора дали специалистам возможность рассмотреть глубинную структуру гексагона.
Предполагается, что гексагонне связан с авроральной активностью планеты или её радиоизлучением, несмотря нато, что структура расположена внутри аврорального овала.
Вместе с тем, объект, поданным «Кассини», вращается синхронно с вращением глубинных слоёв атмосферыСатурна и, возможно, синхронно с её внутренними частями. Если гексагоннеподвижен относительно глубинных слоёв Сатурна (в отличие от наблюдаемыхверхних слоёв атмосферы в более низких широтах), он может послужить опорой вопределении истинной скорости вращения Сатурна.
Сейчас основной точкойзрения по поводу природы феномена является модель, согласно которой Гигантскийгексагон представляет собой некую стабильную волну, окружающую полюс.
3.КОСМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
При пролете около СатурнаАМС «Вояджер-1» обнаружила явления, которые, по-видимому,представляют собой интенсивные всплески радиоизлучения в районе планеты.Всплески происходили во всем регистрируемом частотном диапазоне и, возможно,исходят от колец планеты. Согласно другим предположениям, всплески могли бытьпорождены молниями в атмосфере планеты. Приборы АМС регистрировали скачокнапряжения, в 106 раз превышающий то, что обусловила бы столь же удаленнаявспышка молнии в земной атмосфере.
Ультрафиолетовыйспектрометр зарегистрировал в южной полярной области Сатурна полярные сияния,охватывающие область протяженностью свыше 8000 км и сравнимые по интенсивности с такими явлениями на Земле.
3.1.МАГНИТОСФЕРА
До тех пор, пока первыекосмические аппараты не достигли Сатурна, наблюдательных данных о его магнитномполе не было вообще, но из наземных радиоастрономических наблюдений следовало,что Юпитер обладает мощным магнитным полем. Об этом свидетельствовало нетепловоерадиоизлучение на дециметровых волнах, источник которого оказался большевидимого диска планеты, причем он вытянут вдоль экватора Юпитера симметрично поотношению к диску. Такая геометрия, а также поляризованность излучениясвидетельствовали о том, что наблюдаемое излучение магнитно-тормозное иисточник его — электроны, захваченные магнитным полем Юпитера и населяющие егорадиационные пояса, аналогичные радиационным поясам Земли. Полеты к Юпитеруподтвердили эти выводы.
Поскольку Сатурн весьмасходен с Юпитером по своим физическим свойствам, астрономы предположили, чтодостаточно заметное магнитное поле есть и у него. Отсутствие же у Сатурнанаблюдаемого с Земли магнитно-тормозного радиоизлучения объясняли влияниемколец.
Эти предложенияподтвердились. Еще при подлете «Пионера-11» к Сатурну его приборызарегистрировали в около планетном пространстве образования, типичные дляпланеты, обладающей ярко выраженным магнитным полем: головную ударную волну,границу магнитосферы (магнитопаузу), радиационные пояса. В целом магнитосфераСатурна весьма сходна с земной, но, конечно, значительно больше по размерам.Внешний радиус магнитосферы Сатурна в подсолнечной точке составляет 23экваториальных радиуса планеты, а расстояние до ударной волны — 26 радиусов.
Радиационные поясаСатурна настолько обширны, что охватывают не только кольца, но и орбитынекоторых внутренних спутников планеты.
Как и ожидалось, вовнутренней части радиационных поясов, которая «перегорожена» кольцамиСатурна, концентрация заряженных частиц значительно меньше. Причину этого легкопонять, если вспомнить, что в радиационных поясах частицы совершаютколебательные движения примерно в меридиональном направлении, каждый разпересекая экватор. Но у Сатурна в плоскости экватора располагаются кольца: онипоглощают почти все частицы, стремящиеся пройти сквозь них. В результатевнутренняя часть радиационных поясов, которая в отсутствие колец была бы всистеме Сатурна наиболее интенсивным источником радиоизлучения, оказываетсяослабленной. Тем не менее «Вояджер-1», приблизившись к Сатурну, всеже обнаружил нетепловое радиоизлучение его радиационных поясов.
Магнитное поле Сатурнапорождается электрическими токами в недрах планеты, — по-видимому, в слое, гдепод влиянием колоссальных давлений водород перешел в металлическое состояние.При вращении этого слоя с той угловой скоростью вращается и магнитное поле.
Вследствие большойвязкости вещества внутренних частиц планеты все они вращаются с одинаковымпериодом. Таким образом, период вращения магнитного поля — это в то же времяпериод вращения большей части массы Сатурна (кроме атмосферы, которая вращаетсяне как твердое тело).
3.2.ПОЛЯРНЫЕ СИЯНИЯ
Полярные сияния Сатурнавызваны высокоэнергетическим потоком от Солнца, которое охватывает планету.Полярное сияние Сатурна может быть замечено только в ультрафиолетовом свете,создание которого не помогает рассмотреть его с Земли.
/>
Это снимок полярногосияния Сатурна, сделанный в ультрафиолете двумерным спектрографом (STIS) космическоготелескопа. Расстояние до Сатурна — 1.3 млрд. км. Полярное сияние имеет видкольцевого занавеса, окружающего оба магнитных полюса планеты. Занавесподнимается более чем на полторы тысячи километров над поверхностью облаковСатурна.
Полярное сияние Сатурнааналогично земному — оба связаны с частицами солнечного ветра, которыезахватываются магнитным полем планеты как ловушкой и двигаются вдоль силовыхлиний от полюса к полюсу туда — обратно. В ультрафиолете полярное сияние лучшевыделяется на фоне планеты благодаря сильному люминесцентному свечениюводорода.
Изучение полярного сиянияСатурна началось более 20 лет назад: «Пионер 11» обнаружил увеличение яркостиСатурна у полюсов в далеком ультрафиолете в 1979г. Пролеты «Вояждеров» 1 и 2мимо Сатурна в начале 1980-х дали общее описание полярного сияния. Эта аппаратывпервые промерили магнитное поле Сатурна, которое оказалось очень сильным.
3.3.ИНФРАКРАСНОЕ СВЕЧЕНИЕ САТУРНА
Известный своей яркойсистемой колец и многочисленными спутниками, газовый гигант Сатурн выглядитстранным и незнакомым на этом представленном в искусственных цветах снимке,полученном космическим аппаратом «Кассини». Действительно, на этом составномизображении, полученном с помощью визуального и инфракрасного картирующегоспектрометра (Visual and Infrared Mapping Spectrometer — VIMS) знаменитыекольца почти не различимы. Они видны с ребра и пере-
/>
секают центр картинки.Самый эффектный контраст на изображении — вдоль терминатора, или границы дня иночи. Сине-зеленые оттенки справа (на дневной стороне) — это видимый солнечныйсвет, отраженный от вершин облаков Сатурна. Но слева (на ночной стороне)солнечного света нет, и в инфракрасном излучении теплых внутренних частейпланеты, похожем на свет китайского фонарика, видны силуэты деталей болееглубоких слоев облаков Сатурна. Тепловое инфракрасное свечение видно также втенях колец, широкими полосами пересекающих северное полушарие Сатурна.
4.КОЛЬЦЕВАЯ СИСТЕМА САТУРНА
/>
С Земли в телескоп хорошовидны три кольца: внешнее, средней яркости кольцо А; среднее, наиболее яркоекольцо В и внутреннее, неяркое полупрозрачное кольцо С, которое иногданазывается креповым. Кольца чуть белее желтоватого диска Сатурна. Расположеныони в плоскости экватора планеты и очень тонки: при общей ширине в радиальномнаправлении примерно 60 тыс.км. они имеют толщину менее 3 км. Спектроскопически было установлено, что кольца вращаются не так, как твердое тело, — срасстоянием от Сатурна скорость убывает. Более того, каждая точка колец имееттакую скорость, какую имел бы на этом расстоянии спутник, свободно движущийсявокруг Сатурна по круговой орбите. Отсюда ясно: кольца Сатурна по существупредставляют собой колоссальное скопление мелких твердых частиц, самостоятельнообращающихся вокруг планеты. Размеры частиц столь малы, что их не видно нетолько в земные телескопы, но и с борта космических аппаратов.
Характерная особенность строенияколец — темные кольцевые промежутки (деления), где вещества очень мало. Самоеширокое из них (3500 км) отделяет кольцо В от кольца А и называется«делением Кассини» в честь астронома, впервые увидевшего его в 1675году. При исключительно хороших атмосферных условиях таких делений с Земливидно свыше десяти. Природа их, по-видимому, резонансная. Так, деление Кассини- это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг Сатурнаровно вдвое меньше, чем у ближайшего крупного спутника Сатурна — Мимаса. Из-затакого совпадения Мимас своим притяжением как бы раскачивает частицы,движущиеся внутри деления, и в конце концов выбрасывает их оттуда. Бортовыекамеры «Вояджеров» показали, что с близкого расстояния кольца Сатурнапохожи на граммофонную пластинку: они как бы расслоены на тысячи отдельныхузких колечек с темными прогалинами между ними. Прогалин так много, чтообъяснить их резонансами с периодами обращения спутников Сатурна уженевозможно.
Помимо колец А, В и С«Вояджеры» обнаружили еще четыре: D,E,F и G. Все они очень разреженыи потому неярки. Кольца D и E с трудом видны с Земли при особо благоприятныхусловиях; кольца F и G обнаружены впервые. Порядок обозначения колецобъясняется историческими причинами, поэтому он не совпадает с алфавитным. Еслирасположить кольца по мере их удаления от Сатурна, то мы получим ряд:D,C,B,A,F,G,E. Особый интерес и большую дискуссию вызвало кольцо F. Ксожалению, вывести окончательное суждение об этом объекте пока не удалось, таккак наблюдения двух «Вояджеров» не согласуются между собой. Бортовыекамеры «Вояджера-1» показали, что кольцо F состоит из несколькихколечек общей шириной 60 км., причем два из них перевиты друг с другом, какшнурок. Некоторое время господствовало мнение, что ответственность за этунеобычную конфигурацию несут два небольших новооткрытых спутника, движущихсянепосредственно вблизи кольца F, — один из внутреннего края, другой — увнешнего (чуть медленнее первого, так как он дальше от Сатурна). Притяжениеэтих спутников не дает крайним частицам уходить далеко от его середины, то естьспутники как бы «пасут» частицы, за что и получили название«пастухов». Они же, как показали расчеты, вызывают движение частиц поволнистой линии, что и создает наблюдаемые переплетения компонентов кольца. Но«Вояджер-2», прошедший близ Сатурна девятью месяцами позже, необнаружил в кольце F ни переплетений, ни каких-либо других искажений формы, — вчастности, и в непосредственной близости от «пастухов». Такимобразом, форма кольца оказалась изменчивой. Для суждения о причинах изакономерностях этой изменчивости двух наблюдений, конечно, мало. С Земли женаблюдать кольцо F современными средствами невозможно — яркость его слишкоммала.
/>
Кольцо D — ближайшее кпланете. Видимо, оно простирается до самого облачного шара Сатурна. Кольцо E — самое внешнее. Крайне разряженное, оно в то же время наиболее широкое из всех — около 90 тыс. км. Величина зоны, которую оно занимает, от 3,5 до 5 радиусовпланеты. Плотность вещества в кольце E возрастает по направлению к орбитеспутника Сатурна Энцелада. Возможно, Энцелад — источник вещества этого кольца.Частицы колец Сатурна, вероятно, ледяные, покрытые сверху инеем. Это былоизвестно еще из наземных наблюдений, и бортовые приборы космических аппаратовлишь подтвердили правильность такого вывода. Размеры частиц главных колецоценивались из наземных наблюдений в пределах от сантиметров до метров. Когда«Вояджер-1» проходил вблизи Сатурна, радиопередатчик космическогоаппарата последовательно пронизывал радиолучом на волне 3,6 см. кольцо А, деление Кассини и кольцо С.
Затем радиоизлучение былопринято на Земле и подверглось анализу. Удалосьвыяснить, что частицы указанных зон рассеивают радиоволны преимущественновперед, хотя и несколько по-разному. Благодаря этому оценили средний поперечникчастиц кольца А в 10 м, деления Кассини — в 8 м и кольца С — в 2 м. Сильное рассеяние вперед, но уже в видимом свете, обнаружено у колец F и E. Это означаетналичие в них значительного количества мелкой пыли (поперечник пылинки околодесятитысячных долей мм)
В кольце В обнаружилиновый структурный элемент — радиальные образования, получившие названия«спиц» из-за внешнего сходства со спицами колеса. Они также состоятиз мелкой пыли и расположены над плоскостью кольца. Не исключено, что«спицы» удерживаются там силами электростатического отталкивания.Любопытно отметить: изображения «спиц» были найдены на некоторыхзарисовках Сатурна, сделанных еще в прошлом веке. Но тогда никто не придал имзначения. Исследуя кольца, «Вояджеры» обнаружили неожиданным эффект — многочисленные кратковременные всплески радиоизлучения, поступающего от колец.Это не что иное, как сигналы от электростатических разрядов — своего родамолнии. Источник электризации частиц, по-видимому, столкновения между ними.Кроме того, была открыта окутывающая кольца газообразная атмосфера изнейтрального атомарного водорода. «Вояджерами» наблюдалась линияЛайсан-альфа (1216 А) в ультрафиолетовой части спектра. По ее интенсивностиоценили число атомов водорода в кубическом сантиметре атмосферы. Их оказалосьпримерно 600. Нужно сказать, некоторые ученые задолго до запуска к Сатурнукосмических аппаратов предсказывали возможность существования атмосферы у колецСатурна. «Вояджерами» была также сделана попытка измерить массуколец. Трудность состояла в том, что масса колец по крайней мере в миллион разменьше массы Сатурна. Масса колец заведомо меньше 1,7 миллионных долей массыпланеты.
4.1.ОТКРЫТИЕ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ КОЛЕЦ/> />
Самая «оригинальная»из планет, планета Сатурн, так же, как и Марс,
находится под пристальнымвниманием астрономического населения Земли.
XVII ВЕК: «Ясно вижукольцо»
Необычный вид планетыСатурн впервые подметил Галилео Галилей летом 1610 года. Он «с великимудивлением наблюдал Сатурн не в виде одной звезды, а состоящим из трехнеподвижных почти касающихся звезд, при этом центральная крупнее боковых и всетри расположены на прямой линии… В трубу с меньшим увеличением они не видныкак три отдельные звезды: Сатурн представляется удлиненной звездой в форме оливы».Галилей сравнивал боковые звезды с покорными служителями, которые помогаютпрестарелому Сатурну совершать свой путь и всегда держатся по обе стороны отнего. Вскоре, однако, природа подшутила над исследователем. В 1612 году кольцоСатурна оказалось повернутым к Земле ребром и «покорные служители»исчезли из поля зрения галилеевой трубы.
В 1614 году «боковыезвезды» Сатурна видел в свою трубу иезуит Кристофер Шайнер, в 1616 году — сам Галилей, а в 30- 50-е годы XVII века их замечали такие известные наблюдатели,как Пьер Гассенди, Франческо Фонтана, Джованни-Батиста Риччиоли, Ян Гевелий. Нохотя отдельные зарисовки планеты определенно показывали кольцевые очертания,разгадать тайну неземного дива никак не удавалось. Даже Гевелий, обнаружившийпериодичность смены фаз видимости Сатурна, так и не сумел разобраться, что жеявляют собой сатурновы украшения, Правильное объяснение «диковинки»планеты и периодических изменений ее вида дал в 1659 году Христиан Гюйгенс,наблюдавший с 1655 года Сатурн сначала в 12-футовый, а затем в новый 23-футовыйтелескоп; «Опоясан кольцом, тонким, плоским, нигде не прилегающим, кэклиптике наклоненным». Предвидя «недоверие тех, кто считаетнеобычным и неправильным», что он «приписывает небесному телу формудоселе не встречавшуюся, тогда как считается непреложным законом природы, чтоим подобает сферический вид», Гюйгенс подчеркнул: «я не измыслил этопредположение благодаря своей фантазии и воображению.., а ясно вижу кольцособственными глазами».
/>1 — Г. Галилей, 1610 год;
2 — К. Шайнер, 1614 год;
3 — П. Гассенди, 1633год;
4 — Дж. Риччиоли, 1640год;
5, 6, 7, 8 — Я. Гевелий,1640-1650 годы;
9, 10 — П. Гассенди, 1645год;
11 — Е. Дивини, 1647 год;
12 — Ф. Фонтана, 1648год;
13, 14, 15 — Дж. Риччиоли,1648-1650 годы;
16, 17- X. Гюйгенс, 1656,1659 год;
18 — Дж. Кампани, 1664год;
19 — В. Болл, 1665 год;
20 — Я. Гевелий, 1675год;
/>
21 — Ж. Кассини, 1676 год
В 1664 году ДжузеппеКампани, один из признанных мастеров телескопостроения, проверяя качествосвоего 35-футового инструмента, «расщепил» кольцо Сатурна на два — внешнее, более темное, и внутреннее, светлое (кольца А и В по современномуобозначению, введенному в XIX веке О. В. Струве). А в 1675 году ХристианГюйгенс и Жан-Доминик Кассини обнаружили между этими двумя кольцами темнуюполосу. Ее впоследствии назвали делением Кассини. Таким образом,«классические» (то есть отраженные в школьном учебнике астрономии)особенности кольца Сатурна были установлены в XVII столетии.
XVIII ВЕК: разброд ишатания
С правильнымипредставлениями об устройстве кольца Сатурна впервые встречаемся в одном изтрудов Жака Кассини (1715 г.). По его мнению, кольцо могло быть«скоплением спутников, которые находились в одной плоскости и обращалисьвокруг планеты;… величина их столь мала, что они не могут быть заметны поотдельности, но в то же время они столь близки друг к другу, что невозможноразличить промежутки между ними, поэтому кажется, будто они образуют единоесплошное тело». Эту версию Кассини аргументировал ссылкой на третий законКеплера, согласно которому твердое кольцо должно быть разрушено притяжениемпланеты. Правда, есть веские основания считать, что подобное объяснение природысатурнова кольца принадлежит другому французскому ученому- Персонье Робервалю,одному из создателей Парижской академии в 1666 году. Однако эта гипотеза былачисто умозрительной, а потому далеко не единственной. В 30-х годах XVIII векафранцузский ученый и инженер П.-Л. Мопертюи предположил, что кольцо Сатурнаобязано своим происхождением кометам, которые планета захватывала при близком прохождении.Головы комет становились спутниками Сатурна, а хвосты образовали кольца. Ж.-Ж.Мэран и Ж.-Л. Бюффон, коллеги Мопертюи по Парижской академии, считали кольцоостатком экваториального вещества планеты. По Мэрану, Сатурн первоначально имелбольшие размеры, но, сжимаясь в результате охлаждения, сбросил внешние слои;согласно Бюффону, кольцо отделилось от планеты вследствие избытка центробежнойсилы. Впервые темное внутреннее кольцо Сатурна (кольцо С) наблюдал английскийастроном Томас Райт. Кольцо Сатурна представилось ему «образованным измногих колец, из которых два видны очень хорошо и заметно третье. Я наблюдал ихв рефлектор с 5-футовым фокусом в марте 1739 года, причем внешнее относилось квнутреннему (кольцо А к кольцу В), как 1 к 3, а остальная часть (кольцо С)казалась очень темной. В это время кольцо было максимально развернутым»,Интересную гипотезу строения кольца Сатурна развил в 1755 году Иммануил Кант всвоем труде «Всеобщая естественная история и теория неба». Ему ужебыло известно о наблюдении «многих концентрических колец, отделенных Другот друга некоторым пространством». Считая кольцо «газом частиц».Кант доказывал, что так как равновесие кольца обусловлено равенством тяготенияи центробежной силы, то в соответствии с законом сохранения углового моментаразреженный, но все же «столкновительный» диск будет дробиться наузкие концентрические полосы и именно это предотвратит кольцо от полногоразрушения. Рассуждения Канта о динамике разреженного кольца вполнесостоятельны, а вывод о дроблении кольца на концентрические зоны предвосхитилошеломляющие открытия XIX и XX веков. Итак, классические результаты XVII векаобросли пестрыми сообщениями о наблюдении различных полос на кольцах А и В.
XIX ВЕК: А все-таки онодробится!
Любопытнейшие деталистроения кольца Сатурна открылись английскому капитану Генри Кейтеру — оптику,геодезисту, метрологу. 17 декабря 1825 года наблюдая в ньютоновский телескоп(фокус 40 дюймов, апертура 6,25 дюйма), Кейтер предположил, что видит«внешнее кольцо разделенным многочисленными темными полосами, чрезвычайноблизкими, причем одна сильнее остальных и делит кольцо примерно пополам».В этот же вечер явление было засвидетельствовано двумя другими людьми, которымКейтер показывал кольцо Сатурна. 16 и 17 января 1826 года полосы представилисьКейтеру менее отчетливыми.
Наконец, 22 января 1828года, когда основное деление прослеживалось превосходно, «не ощущалосьникаких следов делений внешнего кольца. Поэтому я убежден, что они не являютсянеизменными». О своих наблюдениях Кейтер сообщил в начале 1826 года ДжонуГершелю, который вскоре исследовал кольцо Сатурна в 20-футовый телескоп иничего особенного не обнаружил. Летом 1826 года Василий Яковлевич Струве,основываясь на своих наблюдениях, заявил: «Что касается деления кольца намногочисленные части, я не заметил никаких следов». Однако в 1838 годуримский священник Франческо де Вико в 6-дюймовый ахроматический телескоп вновьотчетливо видел и показал своим ученикам и друзьям три темные полосы — однупочти посередине кольца А и две другие на кольце В. Видимость полос немногоменялась в зависимости от атмосферных условий, а при прохождении Сатурна черезмеридиан иногда были видны сразу шесть колец. В том же году вышла обстоятельнаястатья немецкого астронома Иоганна-Франца Энке. Он писал, что 25 апреля 1837года, когда литература о делениях кольца Сатурна была ему почти неизвестна, ониспытывал новый ахроматический окуляр и увидел, что «ушки» внешнегокольца разделены штрихами на две равные части. Деление систематическиисследовалось в мае-июле, был выполнен ряд микрометрических измерений егоположения и толщины. Появление этой низкоконтрастной полосы, которую Энке идругие одновременно наблюдали либо посередине кольца А, либо чуть ближе к егонаружному краю, обусловлено, как выяснилось в наши дни, наложением несколькихблизких темных полос. Вместе с тем современные наблюдения подтвердили наличиекрайне узкой высококонтрастной щели вблизи наружного-края кольца А, которуюотчетливо видел в 36-дюймовый рефрактор Ликской обсерватории (США) и зарисовалДжеймс Килер 7 января" 1888 года. Но именно эту полосу сейчас называютделением Энке. В своей статье Энке привел также данные наблюденийИоганна-Готфри де Галле. Тот видел, что 8 мая 1838 года" «внутреннийкрай внутреннего кольца расплывался», а 25 мая «темное пространствомежду Сатурном и его кольцом было образовано, вплоть до середины, плавнымпротяжением внутреннего края кольца в темноту». Это робкое описание кольцаС дано" через 100 лет после наблюдений Райта. Результаты Райта так и нестал достоянием широкой астрономической общественности; напротив, наблюденияГалле, опубликованные в «Записках Берлинской академии наук», получилиизвестность «всего» 13 лет спустя, вскоре после того, как в конце1850 года кольцо С было окончательно открыто в Америке и Европе. Осенью 1851года независимо, на разных материках, вновь были зарегистрированы деления накольце В. В 1859 году будущий создатель классической электродинамики ДжеймсМаксвелл доказал, что кольцо Сатурна не может быть единой системой, твердой илижидкой, и подтвердил — на более высоком математическом уровне — вывод Канта одроблении кольца. Чтобы система колец могла существовать, она, утверждалМаксвелл, «должна состоять из бесконечного числа независимых частиц,обращающихся вокруг планеты с различными скоростями. Эти частицы могутсобираться в серии узких колец или же могут двигаться внутри своего ансамбляхаотически. В первом случае разрушение будет чрезвычайно медленным, во втором — более быстрым, но при этом может появиться тенденция к скучиванию в узкиекольца, что замедлит разрушительное действие». Таким образом, данныенаблюдений структуры кольца Сатурна получили в XIX столетии недостававшие ранееатрибуты надежных результатов: независимость от места наблюдений и конкретныхинструментов, повторяемость, возможность проверки. Но почему все-таки, начинаяс середины XIX века, никто больше не наблюдал многочисленных делений на кольцахА и В? Возможно, это отчасти объясняется ухудшением астроклимата — астрономыпервыми ощутили последствия мирового
/>
промышленного бума.
История визуальныхнаблюдений кольца Сатурна, его тонкой структуры за последние лет сто почти ужезабылась, но в наши дни — благодаря «указаниям»«Вояджеров»- была спешно реставрирована, и интерес к ней возродилсявновь. И тогда мы узнали, что для астрономов XIX века отнюдь не в диковинкуоказалось бы открытие большого числа делений на кольце Сатурна. Поразительно,насколько совпадает предполагаемое дробление кольца на рисунках английскогоастронома Р. Проктора, с изображением, переданным на Землю«Вояджером-1». Признавав заслуги астрономов прошлого в изучении«сатурнова украшения», Международный астрономический союз недавноприсвоил отдельным делениям кольца имена Гюйгенса, Максвелла и Килера.
5.СПУТНИКИ САТУРНА
Если до полетовкосмических аппаратов к Сатурну было известно 10 спутников планеты, то сейчасмы знаем около 60 естественных спутников Сатурна, атакже три предполагаемых. Крупнейший из спутников — Титан. Ученые предполагают,что условия на этом спутнике Сатурна схожи с теми, которые существовали нанашей планете 4 миллиарда лет назад, когда на Земле только зарождалась жизнь.
Новые спутники весьмамалы, но, тем не менее, некоторые из них оказывают серьезное влияние надинамику системы Сатурна. Таков, например, маленький спутник, движущийся увнешнего края кольца А, он не дает частицам кольца выходить за пределы этогокрая — это Атлас.
Некоторые из них имеютсреднюю плотность 1,0 г/см3, что больше соответствует водяному льду. Плотностьдругих несколько выше, но тоже невелика (исключение — Титан). Например, Рея,пятый классический спутник Сатурна, имеет плотность 1,3 г/см3. Присутствиебольшого количества льда в составе спутников Сатурна — это прямое указание наих образование в зоне низких температур, которые и ныне характерны для внешнейчасти Солнечной системы. Согласно существующим теориям в период формированияпланет на периферии протопланетного облака температуры были очень низкими, илегкие летучие вещества, такие, как водяной пар, конденсировалисьпреимущественно на периферии.
Спутники названы в честьгероев античных мифов о титанах и гигантах. Почти все эти космические теласветлые. У наиболее крупных спутников формируется внутреннее каменистое ядро.
Спутники планеты и еекольца предлагают небесной механике несколько загадок. В 1980 г. несколько групп исследователей объявили о новых удивительных открытиях. Например, по орбитеДионы, четвертого крупного спутника, движется еще один спутник S6 (Хелена).
Все открытые спутникисравнительно малы no-размерам, имеют геометрическое альбедо 0,3-0,5 инеправильную, за одним исключением, форму. Среди них впервые были обнаруженытак называемые спутники «пастухи» (иногда их по аналогии с английским терминомназывают «сторожевыми собаками»). Они своим гравитационным воздействием как быфокусируют движение отдельных частиц в кольцах, не допуская их выпадения изобщего ансамбля.
Орбиты малых спутников,обладающих этими особенностями, располагаются следующим образом. У самоговнешнего края кольца A, на среднем расстоянии от центра Сатурна 137670 км, находится «пастух» кольца A, 1980 S 28 (Атлас), размерами около 20 км. 1980 S 27 и 1980 S 26 — соответственно внутренний и внешний «пастухи» кольца F с размерами70х40 и 55х40 км и средним радиусом орбит 139353 и 141700 км. Два коорбитальных спутника, 1980 S 1 и 1980 S 3 (Янус и Эпиметий), немного больше: 110х90км и 70х55 км. Их орбиты отличаются всего на 50 км: 151422 и 151472 км. На орбите Тефии (294700 км) находятся маленькие тела размером 50-60 км, 1980 S 25 и 1980 S 13 (Калипсо и Телесто), первое из которых, может, имеет более или менееправильную шаровую форму. Наконец, на орбите Дионы (377500 км) находится такое же маленькое тело — 1980 S 6.
Перейдем к классическим(крупным) спутникам Сатурна. Все они (кроме Фебы) находятся в синхронномвращении, т. е. постоянно обращены к Сатурну одной стороной (Мимас, Энцелад,Тефия, Диона, Рея, Титан, Гиперион, Япет, Феба).
Слежениеза спутниками Сатурна:
На этих пяти парах фотографий,полученных космическим телескопом им. Хаббла, заметно, как некоторые спутникиСатурна движутся вокруг своей окольцованной планеты. Все снимки были сделаныпоследовательно, с интервалом 97 минут (это период обращения телескопа вокругЗемли) 21 ноября 1995 года. Фотографии получены 2-й широкоугольной планетной камерой.Обычно яркие кольца Сатурна видны почти с торца. На верхней паре фотографий поцентру висит большой яркий спутник Диона, тогда как меньшие спутники Пандора,Прометей и Мимас (на верхнем правом снимке) находятся у диска планеты вблизивнешнего кольца. На второй и третьей паре снимков спутники Рея и Эпиметейпролетают как бы в танце. Когда кольца Сатурна расположены торцом к Земле,уменьшается количество света, приходящего от колец. Тогда астрономампредоставляется возможность исследовать сложную систему спутников этой планетыи искать с трудом замечаемые неоткрытые спутники.
6. ИСТОРИЯОТКРЫТИЙ
Сатурн — одна из пятипланет Солнечной системы, легко видимых невооруженным глазом с Земли. Вмаксимуме блеск Сатурна превышает первую звёздную величину.
Впервые наблюдая Сатурнчерез телескоп в 1609—1610 годах, Галилео Галилей заметил, что Сатурн выглядитне как единое небесное тело, а как три тела, почти касающихся друг друга, ивысказал предположение, что это два крупных «компаньона» (спутника) Сатурна.Два года спустя Галилей повторил наблюдения и, к своему изумлению, не обнаружилспутников.
/>
В 1659 году Гюйгенс, спомощью более мощного телескопа, выяснил, что «компаньоны» — это на самом делетонкое плоское кольцо, опоясывающее планету и не касающееся её. Гюйгенс такжеоткрыл самый крупный спутник Сатурна — Титан. Начиная с 1675 года изучениемпланеты занимался Кассини. Он заметил, что кольцо состоит их двух колец,разделённых чётко видимым зазором — щелью Кассини, и открыл ещё несколькокрупных спутников Сатурна.
В 1979 году космическийаппарат «Пионер-11» впервые пролетел вблизи Сатурна, а в 1980 и 1981 годах заним последовали аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Эти аппараты впервыеобнаружили магнитное поле Сатурна и исследовали его магнитосферу, наблюдалиштормы в атмосфере Сатурна, получили детальные снимки структуры колец ивыяснили их состав.
В 1990-х годах Сатурн,его спутники и кольца неоднократно исследовались космическим телескопом Хаббл.Долговременные наблюдения дали немало новой информации, которая была недоступнадля «Пионера-11» и «Вояджеров» при их однократном пролёте мимо планеты.
В 1997 году к Сатурну былзапущен аппарат «Кассини-Гюйгенс» и, после семи лет полёта, 1 июля 2004 года ондостиг системы Сатурна и вышел на орбиту вокруг планеты. Основными задачамиэтой миссии, рассчитанной минимум на 4 года, является изучение структуры идинамики колец и спутников, а также изучение динамики атмосферы и магнитосферыСатурна. Кроме того, специальный зонд «Гюйгенс» отделился от аппарата и напарашюте спустился на поверхность спутника Сатурна Титана.Год Ученый Открытие 1610 Г. Галилей Первое телескопическое наблюдение Сатурна. Зарисовано как три звездочки. 1633 Первая зарисовка Сатурна. 1655 Г.Х. Гюйгенс 25 марта открывает кольцо Сатурна и первый спутник — Титан. 1671 Дж. Кассини Открывает спутник Япет, 23.12.1672г — спутник Рея, 1675г — цель в кольце, в 1684г спутники Тефия и Диона. 1790 В. Гершель Определяет период вращения Сатурна. 1837 И. Ф. Энке Открывает вторую щель в кольце. 1838 И. Г. Галле Открывает внутреннее кольцо Сатурна (кольцо С в кольце В). 1840 Дж. Ф. Гершель Дает название первым пяти открытым спутникам. 1857 Д. К. Максвелл Доказал теоретически, что кольца должны состоять из множества несвязанных частиц (работа печатается в 1859г). 1876 Открывается Белое пятно (наблюдается периодически). 1895 А.А. Белопольский Доказывает метеорный состав колец Сатурна. 1932 В атмосфере планеты открыты метан и аммиак. 1979 КА «Пионер — 11» Пролетая 1 сентября в 21400 км от планеты, обнаружил магнитосферу планеты и показал тонкую структуру колец. Открыты два новых кольца. 1980 КА «Вояджер — 1» 12 ноября пролетает мимо планеты в 123000 км, исследует спутник Титан, открывает 5 спутников, новые кольца. 1981г КА «Вояджер — 2» 27 августа сближается с планетой. Исследует Титан, радиационные пояса, магнитное поле. 2000г Бретт Глэдман В течение года открывает 10 новых спутников у планеты.
ПРИЛОЖЕНИЕСАТУРН (в сравнении с Землей) Основные параметры: Показатель Сатурна: Земной показатель: Сатурн/Земля: ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПЛАНЕТЫ Масса (1024 кг) 568,46 5,9736 95,159 Объем (1010 км3) 82713 108,321 763,59 Экваториальный радиус (км) 60268 6378,1 9,449 Полярный радиус (км) 54364 6356,8 8,552 Объемный средний радиус (км) 58232 6371,0 9,140 Средняя плотность (кг/м3) 687 5515 0,125 Гравитация (м/с2) 10,44 9,80 1,065 Ускорение свободного падения (м/с2) 8,96 9,78 0,916 Вторая космическая скорость (км/с) 35,5 11,19 3,172 Альбедо 0,342 0,306 1,12 Визуальное альбедо 0,47 0,367 1,28 Солнечная энергия (W/m2) 14,90 1367,6 0,011 Температура абсолютно черного тела (К) 81,1 254,3 0,319 Момент инерции (I/MR2) 0,210 0,3308 0,635 Число естественных спутников 47 1 - Планетарная кольцевая система Да Нет - ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОРБИТЫ Полуглавная ось (расстояние от Солнца) (106 км) 1433,53 149,60 9,582 Сидерический период орбиты (дней) 10759,22 365,256 29,457 Тропический период орбиты (дней) 10746,94 365,242 29,424 Максимальная орбитальная скорость (км/с) 10,18 30,29 0,336 Минимальная орбитальная скорость (км/с) 9,09 29,29 0,310 Наклон орбиты (градусы) 2,485 0,000 - Эксцентриситет Орбиты 0,0565 0,0167 3,383 Период вращения вокруг своей оси (часы) 10,656 23,9345 0,445 Продолжительность светового дня (часы) 10,656 24,0000 0,4414 Наклон оси (градусы) 26,73 23,45 1,140 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОБСЕРВАТОРИЙ Исследователь Неизвестен Дата открытия Доисторические времена Минимальное расстояние до Земли (106 км) 1195,5 Максимальное расстояние до Земли (106 км) 1658,5 Максимальная визуальная величина 0,43 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АТМОСФЕРЫ Поверхностное давление (bar) более 1000 bars Плотность атмосферы 1 bar (кг/м3) 0,19 Высота атмосферы (км) 59.5 Ср. температура 1 bar (К) 134 K / — 139 C Ср. температура 0,1 bar (К) 84 K / — 189 C Скорость ветра (м/с) 400 м/с (30° широт) Молекулярный вес 2,07 г/моль Основной состав атмосферы Молекулярный водород (H2) — 96,3%; Гелий (He) — 3,25% Другие составляющие — ppm (промили) Метан (CH4) — 4500 (2000); Аммиак (NH3) — 125 (75); HD — 110 (58); Этан (C2H6) — 7 (1,5); Аэрозоли Аммиачные и водные кристаллики льда, аммиак гидросульфид
ЛИТЕРАТУРА
1. Интернет, galspace.spb.ru/
2. Интернет,ru.wikipedia.org/wiki
3. Интернет,www.astronet.ru/
4. Интернет,www.vokrugsveta.ru/vs/article/228/