Сатурн — шестая по удаленности от Солнца и вторая после Юпитера по размеру планета Солнечной системы. Ивестен больше всего опоясывающими его яркими кольцами. Легко различим невооруженным глазом; планета известна с доисторических времен.
Исторические наблюдения. Сатурн — самая дальняя планета, которую можно увидеть невооруженным глазом- Галилей в 1610 году впервые наблюдал ее с помощью подзорной трубы и обнаружил по обеим сторонам диска 2 меньших по размеру «тела». И только в 1656 году Христиан Гюйгенс объяснил истинную природу этих тел, выдвинув гипотезу о существовании вокруг планеты кольца.
В 1 675 году Кассини удалось разглядеть внутри кольца разделительную полосу, получившую в честь итальянского астронома название; щель Кассини. Все тот же Кассини открыл, кроме того, пересекающие планету параллельные полосы, похожие на полосы Юпитера, только менее явные.
В конце XVIII века Уильям Гершель впервые вычислил период вращения Сатурна на основе изучения ряда характеристик этих полос — 10 ч 16 мин, что почти совпадает с истинным периодом — 10 ч 13 мин.
Зонды, отправленные к Сатурну. Вблизи Сатурна побывало три зонда. Первым был «Пионер-1 I», который после исследования Юпитера пролетел недалеко от Сатурна в сентябре 1979 года. Фотографии, сделанные зондом, позволили познакомиться с невидимыми с Земли кольцами и маленьким спутником.
Вторым прибывшим к планете зондом был «Вояджер-1», приблизившийся к ней в ноябре 1980 года на расстояние 64 000 км. Он передал данные об основных спутниках. «Вояджер-2» подлетел к Сатурну в августе 1981 года и должен был проследовать к Урануи Нептуну, имея совершенно иную орбиту, чем у его зонда-собрата.
НАСА в сотрудничестве с Европейским космическим агентством и Итальянским космическим агентством запустило в 1997 году зонд «Кассини», летящий в настоящее время к Сотурну. Если все произойдет, как задумано, долгожданная встреча состоится в июле 2004 года, после того как зонд пройдет мимо Венеры и Юпитера, получив разгон вследствие эффекта «гравитационной пращи». На борту «Кассини» находится маленький зонд «Гюйгенс», который будет спущен на «Титан», крупнейший спутник Сатурна, для изучения его атмосферы и поверхности.
Орбитальная и физическая характеристика. Сатурн - вторая от Солнца из четырех газообразных планет Солнечной системы. У него такая же структура, как и у Юпитера, и даже одинаковый элементный состав: водород и гелий.
По модели внутренней структуры у Сатурна имеется каменистое ядро, вокруг которого находится слой металлического водорода, а выше слой молекулярных водорода и гелия, смыкающийся с нижними слоями атмосферы, Одна из особенностей планеты — очень низкая, наименьшая из всех планет Солнечной системы плотность — она ниже плотности воды. Одним из подтверждений этого факта является форма планеты, кажущейся приплюснутой на полюсах и очень сильно раздутой на экваторе. Полярный диаметр почти на 10% меньше экваториального.
Сатурну требуется 29,5 лет для полного оборота вокруг Солнца Он находится на среднем расстоянии от нашей звезды в 9,5 АЕ, то есть в 9,5 раз дальше от Солнца, чем Земля. На такое расстояние доходит очень малое количество солнечного света — в 90 раз меньше, чем количество света, доходящего до нашей планеты.
Несмотря на то что структура и состав Сатурна очень близки к юпитерианским, есть и определенные различия. На Сатурне нет таких ярких красок, как на Юпитере. На поверхности нет таких резких переходов, и полосы менее четки, вероятно, потому, что облака имеют менее плотную структуру и находятся в атмосфере на более низких уровнях. Наличие в поверхностных слоях углеводородов как раз и приводит к размыванию цветов полос.
Основные цвета — белый у аммиачных облаков и охристый у поверхности планеты, где атмосфера состоит из сероводорода и аммиака.
Атмосфера. Когда речь идет о газообразных планетах, всегда трудно установить, где кончается поверхность и где начинается атмосфера. Из этих соображений введено понятие нулевой высоты, уровня, на котором происходит резкая смена температуры, И хотя с высотой температура обычно понижается, существует уровень, на котором поглощение излучения Солнца атмосферным газом приводит к вторичному росту температуры. Для Сатурна за нулевую высоту принят уровень, на котором происходит кипение метана, со- ставляющего поверхность планеты.
Атмосфера Сатурна на 96% состоит из водорода, из гелия — на 3% и на 0,4% — из метана. Но на высоте 100 км над нулевым уровнем температура значительно снижается, а давление увеличивается (около 1 атмосферы), в этих условиях аммиак, находящийся в атмосфере в виде беловатых облаков, конденсируется.
В результате проведенных исследований стало очевидно, что Сатурн выделяет больше квантовой энергии, нежели получает от Солнца, в соотношении 2:1. Объяснением этому явлению следует, видимо, считать сжатие гелия в центральных областях. Вырабатывае мое при этом тепло в состоянии инициировать конвекцию, то есть внутри атмосферы возникают горячие восходящие и холодные нисходящие потоки.
Ветры. В то время как на Земле «двигателем» атмосферной циркуляции является солнечное излучение (которое определяет разницу температур но полюсах и экваторе), на Сатурне этот «двигатель» — внутренний источник тепла, именно он задействует механизмы образования ветров. Кроме того, быстрое вращение требует и быстрого обращения атмосферы планеты.
Скорость ветра в атмосфере может достигать 1800 км/ч, такой скорости ветры не достигают даже но Юпитере. Эти ветры наблюдаются в обоих полушариях равномерно и симметрично, что связано с наибольшим влияним наклона оси планеты в силу ее удаленности от Солнца. Поэтому на Сатурне отсутствует смена времен года.
На Сатурне стабильные циклонические образования (существуют годами). Тем не менее они не такие обширные и заметные, как Большое Красное Пятно на Юпитере. Наличие таких огромных циклонических образований на всех газообразных планетах наводит на мысль, что механизмы их образования одинаковы.
Кольца. Сегодня известно, что у всех четырех газообразных гигантов есть кольца, но у Сатурна они самые красивые и заметные. Кольца расположены под углом приблизительно 28" к плоскости, на которой находится околосолнечная орбита Сатурна. И поэтому с Земли они видны по-разному, в зависимости от взаимного расположения планет; их можно увидеть и в виде колец, и «с ребра».
Как предполагал еще Гюйгенс, кольца состоят не из твердого вещества, а из мириадов мельчайших частиц, находящихся на околопланетной орбите, Существует три основных кольца, четвертое — более тонкое. Все вместе они отражают больше света, чем весь диск самого Сатурна.
Три основных кольца принято обозначать первыми буквами латинского алфавита. Кольцо В — центральное, самое широкое и яркое, оно отделяется от большего внешнего кольца А щелью Кассини шириной почти 4000 км, в которой находятся тончайшие, почти прозрачные кольца. Внутри кольца А есть тонкая щель, которая называется разделительной полосой Энке. Кольцо С, находящееся еще ближе к планете, чем В, почти прозрачно.
Кольца эти поистине предельно тонкие. При диаметре около 250 000 км их толщина не достигает и километра- Несмотря на свой внушительный вид, количество вещества, составляющего кольца, крайне незначительно. Если бы его собрать в один монолит, его диаметр не превысил бы 100 км.
На изображениях, полученных зондами, видно, что на самом деле кольца образованы из тысяч колец, чередующихся со щелями; картина напоминает дорожки грампластинок. Частички, из которых состоят кольца, в большинстве своем имеют размер в несколько сантиметров. Но изредка попадаются тела в несколько метров. Совсем редко — до 1—2 км. Похоже, что частицы почти полностью состоят изо льда или каменистого вещества, покрытого льдом.
Существует полная согласованность между кольцами и спутниками планеты. И действительно, некоторые из них, так называемые пастушьи спутники, играют важную роль в удержании колец на их местах. Мимас, например, «отвечает» за отсутствие вещества в щели Коссини, а Пан находится внутри разделительной полосы Энке.
Происхождение колец Сатурна еще не совсем ясно- Возможно, они сформировались одновременно с планетой. Тем не менее это нестабильная система, а материал, из которого они состоят, периодически замещается, вероятно, из-за разрушения некоторых мелких спутников.
Магнитное поле. Внутренний состав планеты с областями, в которых имеются электрические токи, например, состоящими из металлического водорода, способствует тому, что в результате динамоэффекта образуется магнитное поле, оказавшееся слабее, чем ожидалось на основе теоретических расчетов. Вероятно, это связано с тем, что оси вращения и магнитная отклоняются друг от друга приблизительно на 1°, тогда как у Юпитера эта разница составляет 10°.
Спутники. На сегодняшний день известно 1 8 спутников Сатурна. Вероятно, существуют и другие, очень маленькие, которые еще ждут своего открытия. У некоторых из этих спутников кратные орбиты, например, период обращения Мимаса вокруг планеты составляет ровно половину периода обращения Тефии, такое же соотношение периодов обращения соответственно у Энцелада и Дионы.
Суммарное гравитационное поле ряда спутников и приводит к наличию на стабильной орбите образующей кольца материи. Щель Кассини, как уже говорилось, существует за счет присутствия Мимаса. Большая часть спутников состоит из горных пород и льда, что подтверждает их главная особенность: высокая способность к отражению солнечного света. Самый большой и интересный спутник — Титан диаметром более 5000 км, он является вторым в Солнечной системе по величине спутником после спутника; Юпитера Ганимеда итан — единственный спутник, обладающий очень плотной, в 1,5 раза плотнее земной, атмосферой, состоящей на 90% из азота, с умеренным содержанием метана, окрашивающего облака и небо спутника. Кроме того, предположительно, на Титане идут метано-вые дожди, проливающиеся на поверхность с морями из того же вещества. Так ли это, мь /знаем в результате полета «Кассини».