Сатурн

Сатурн вращается вокруг Солнца на расстоянии 886 миллионов миль (1,4 миллиарда километров). На таком огромном расстоянии от основного источника тепла в Солнечной системе Сатурн испытывает низкие температуры в своих верхних слоях атмосферы, которые могут опускаться до минус 292 градусов по Фаренгейту (минус 180 градусов по Цельсию). Сатурн, пожалуй, самое яркое зрелище в Солнечной системе. Даже с помощью небольшого телескопа вы можете увидеть кольца Сатурна, обернутые вокруг газового гиганта.

Свойства Сатурна

Подвешенный во тьме космоса, Сатурн представляет собой поистине захватывающее зрелище. Сатурн - вторая по величине планета Солнечной системы по размеру и массе. Сатурн имеет 74 898 миль (120 536 километров) в диаметре и в 95 раз тяжелее Земли. Интересно, что Сатурн обладает самой низкой плотностью среди всех планет Солнечной системы, имея плотность даже ниже, чем у воды. Предполагая, что вы могли бы отключить его гравитацию и найти достаточно большую ванну с водой, Сатурн действительно поплыл бы. Такая низкая плотность во многом объясняется тем фактом, что Сатурн в основном состоит из легких элементов, водорода и гелия. Примерно 97% Сатурна состоит из водорода, а гелий составляет большую часть остальных 3%.

Учитывая его удаленность от Солнца, неудивительно, что верхние слои атмосферы Сатурна чрезвычайно холодны. Однако по мере того, как вы спускаетесь все глубже в Сатурн, температура начинает резко повышаться. Под верхним слоем облаков находится слой водяного льда, температура которого колеблется от минус 112 градусов по Фаренгейту до 27 градусов по Фаренгейту (от минус 80 градусов по Цельсию до минус 3 градусов по Цельсию). Астрономы предсказывают, что вблизи ядра Сатурна температура может достигать 21 092 градусов по Фаренгейту (11 700 градусов по Цельсию). Это число является прогнозом, потому что нам еще предстоит проникнуть в глубокие недра Сатурна. Разница температур между верхним и внутренним слоями Сатурна создает конвекционные течения, которые управляют погодой планеты, создавая штормы, которые могут стать больше, чем сама Земля.

Сатурн против. Юпитер

Как и Юпитер, Сатурн в основном состоит из водорода и гелия. Может показаться неожиданным, что две планеты, имеющие так много общего, выглядят так непохожими друг на друга. Атмосфера Юпитера разделена на большие характерные полосы, которые можно увидеть даже в небольшой телескоп. Сатурн, с другой стороны, выглядит гораздо более однородным, почти размытым по сравнению с Юпитером. И Юпитер, и Сатурн имеют быстрые периоды вращения, причем Сатурн совершает один оборот каждые 10 часов. Эти экстремальные скорости растягивают газ в атмосфере, создавая большие атмосферные полосы на Юпитере и Сатурне.

Хотя Юпитер и Сатурн сделаны практически из одного и того же материала, низкие температуры на Сатурне создают толстый слой кристаллов аммиачного льда, которые располагаются поверх слоя замерзшей воды и аммиака. У Юпитера тоже есть такие слои в атмосфере, просто они толще и простираются глубже в Сатурн, чем на Юпитере. Именно этот слой аммиака придает Сатурну его разбавленный вид. Далеко под верхушками облаков Сатурна находится слой водорода, в котором происходит интересный процесс. Под воздействием экстремальных давлений и температур внутри Сатурна атомы водорода превращаются в металлическую текучий. Подобно металлу, этот металлический водород может проводить электричество. Движущийся электрический заряд создает вокруг Сатурна магнитное поле, подобное тому, которое существует вокруг Юпитера. Под этим слоем металлического водорода находится ядро Сатурна. Как и Юпитер, ядро Сатурна является его самой большой загадкой. Хотя Сатурн, вероятно, начал свою жизнь как каменистый мир, со временем он накопил достаточно массы, чтобы захватить более легкие элементы водород и гелий. По мере того как планета разрасталась до огромных размеров, вполне возможно, что скалистое ядро Сатурна медленно разрушалось.

История наблюдений Сатурна

Сатурн - самая удаленная от солнца планета, видимая невооруженным глазом, и поэтому о его существовании известно с древних времен. Самые ранние зарегистрированные наблюдения Сатурна были сделаны вавилонскими астрономами более 3000 лет назад. Греки и римляне связывали планету Сатурн с сельским хозяйством, а название Сатурн происходит от римского бога земледелия. Без телескопов древние культуры не могли ничего узнать о Сатурне, и только в 1600-х годах астрономы, наконец, начали видеть Сатурн таким потрясающим миром, каким он является. В 1610 году Галилео Галилей наблюдал Сатурн через свой телескоп. Телескоп, которым пользовался Галилей, был относительно небольшим, и поэтому он не смог определить какие-либо физические особенности планеты. Галилей действительно наблюдал кольца Сатурна, но его телескоп был слишком мал, чтобы разглядеть в них кольца. Скорее всего, Галилей полагал, что обнаружил две вытянутые луны по обе стороны от Сатурна. Первым астрономом, который правильно определил кольца Сатурна, был Христиан Гюйгенс в 1655 году. В дополнение к кольцам Сатурна Гюйгенс также обнаружил самый большой спутник Сатурна - Титан. В 1675 году астроном Джованни Кассини обнаружил большой разрыв в кольцах Сатурна, который позже будет назван Разделением Кассини. В течение следующих двух столетий астрономы обнаружили еще несколько спутников вокруг Сатурна, но почти все, что касалось Сатурна, оставалось загадкой до 20-го века.

В 1979 году космический аппарат НАСА Pioneer 11 совершил первый в истории облет Сатурна, предложив ученым впервые увидеть Сатурн и его кольца вблизи. К сожалению, разрешение снимков Pioneer 11 было слишком низким, чтобы различить какие-либо особенности поверхности на спутниках Сатурна. Через год после того, как "Пионер-11" завершил свой облет, космический корабль "Вояджер-1" должен был совершить облет Сатурна. "Вояджер-1" предоставил ученым первые снимки Сатурна, его колец и нескольких его спутников с высоким разрешением. "Вояджер-1" также завершил первый облет Титана, подтвердив существование его плотной атмосферы. Через год после "Вояджера-1" "Вояджер-2" завершил облет Сатурна, предложив больше изображений планеты и ее спутников.

Миссия "Вояджера" показала, что Сатурн и его спутники таят в себе бесчисленные тайны. Вскоре НАСА приступило к разработке планов будущей миссии на Сатурн, которая должна была отправить космический корабль на орбиту газового гиганта на долгие годы. В 1997 году НАСА запустило космический аппарат "Кассини". Кассини прибыл на Сатурн в 2004 году и оставался на орбите до 2017 года, когда космический аппарат погрузился в атмосферу Сатурна. Большая часть того, что известно о Сатурне, его кольцах и его спутниках, была открыта во время миссии Кассини. Данные, предоставленные Кассини, не имеют никакой ценности.

Кольца Сатурна

Кольца Сатурна - поистине одно из самых красивых и потрясающих зрелищ Солнечной системы. Их диаметр составляет около 248 550 миль (400 000 километров), а толщина - всего 328 футов (100 метров). Когда Галилей впервые наблюдал Сатурн в телескоп в 1610 году, он предположил, что наблюдает две большие луны по обе стороны от Сатурна. Затем, в 1655 году, астроном Кристиан Гюйгенс наблюдал Сатурн и правильно сделал вывод, что планета окружена кольцом. Однако ранние астрономы полагали, что кольцо было твердым, и оно определенно выглядит именно так, если наблюдать его в небольшой телескоп. Первое указание на то, что кольца не были сплошными, появилось в 1675 году, когда Джованни Кассини обнаружил большой разрыв в кольце Сатурна, который стал известен как разделение Кассини, однако преобладающим предположением было то, что кольцо все еще было сплошным. Хотя было небольшое число астрономов, которые не соглашались с этими предположениями, их идеи не были слишком популярны.

Только в 1859 году ученые докажут, что кольца не могут быть твердыми. В 1859 году физик Джеймс Клерк Максвелл показал, что сплошное однородное кольцо вокруг Сатурна просто не может существовать по законам физики. Он показал, что гравитация Сатурна будет сильнее давить на внутреннюю часть кольца, чем на внешние области, и, таким образом, сама гравитация просто разорвет его на части. Для того чтобы вокруг Сатурна существовало кольцо, оно должно состоять из бесчисленного множества частиц, находящихся на орбите вокруг Сатурна. Хотя это объяснение было наиболее логичным и соответствовало законам физики, астрономы впервые увидели Сатурн и его кольца вблизи только во время облета Сатурна "Пионером-11" в 1979 году. Год спустя "Вояджер-1" завершит свой облет Сатурна. Оба пролета без сомнения подтвердили, что кольца Сатурна состоят из бесчисленных частиц, состоящих в основном из воды и камня. Сегодня нам посчастливилось получить самые подробные снимки колец Сатурна - результат миссии "Кассини", которая вращалась вокруг окольцованной планеты с 2004 по 2017 год.

Кольцевая система Сатурна разделена на несколько отдельных колец, наиболее заметные из которых обозначены как кольца D, C, B, A, F, G и E. Внутри самого внешнего E-кольца Сатурна вращается ледяная луна Энцелад, что может быть причиной того, что у Сатурна вообще есть E-кольцо. В отличие от других колец, E-кольцо полностью состоит из микроскопических частиц льда. Эти крошечные частицы льда вырвались с поверхности Энцелада, где наблюдались криовулканы, выбрасывающие большое количество льда в космос. Часть льда выпадает обратно на поверхность Энцелада в виде свежего снежного покрова. Остальная часть материала попадает на орбиту вокруг Сатурна и образует его E-кольцо.

Откуда взялись кольца Сатурна? Сколько им лет? И почему ни у одной другой планеты в нашей солнечной системе нет кольцевых систем, хотя бы отдаленно сравнимых с системами Сатурна? Кольца Сатурна долгое время были одной из самых больших загадок в астрономии. Однако Сатурн - не единственная планета с кольцами. На самом деле, все газовые гиганты имеют кольцевые системы, просто ни один из них не сравнится по величине и великолепию с Сатурном. Астрономы действительно считают, что кольца являются естественной частью образования газовых гигантов, и вполне возможно, что миллиарды лет назад другие газовые гиганты имели кольцевые системы, не слишком отличающиеся от систем Сатурна. Так что же с ними случилось? Кольца, вероятно, являются лишь временной особенностью большинства планет. Материал внутри колец может сливаться, образуя небольшие луны. Со временем частицы внутри колец также сталкиваются, что в дальнейшем способствует разрушению колец. Даже гравитация газового гиганта может медленно разрушать кольца.

Так почему же у Сатурна есть кольца, которые у него есть, в то время как кольца других газовых гигантов почти исчезли? Данные, полученные с космического аппарата НАСА "Кассини", позволяют предположить, что сами кольца на самом деле могут быть не такими старыми. Скорее всего, кольца Сатурна могут быть довольно новым дополнением к планете. Чтобы определить возраст колец, астрономам необходимо было точно измерить их массу. Интересно, что существует взаимосвязь между массой колец и их возрастом. Меньшая масса указывает на более молодой возраст, потому что со временем кольца будут загрязнены планетарным мусором, что также приведет к тому, что кольца станут темнее. Кассини определил, что кольца Сатурна одновременно молодые и яркие. Это указывает на то, что на кольца попало очень мало планетарного мусора, что еще больше наводит на мысль о том, что кольца молоды. Основываясь на данных Кассини, астрономы подсчитали, что возраст колец Сатурна составляет от 10 до 100 миллионов лет. Кроме того, исходя из скорости потери материала, астрономы подсчитали, что кольца рассеются примерно через 300 миллионов лет.

Спутники Сатурна

В этом разделе:

• Титан
• Энцелад
• Мимас
• Япетус
• Гиперион

Сатурн является домом для самой большой лунной системы в Солнечной системе. По оценкам, на орбите Сатурна находится 82 спутника, 53 из которых были подтверждены. Титан - самый большой из спутников Сатурна, и он является предметом интенсивного изучения уже более ста лет. Рано стало ясно, что на Титане невозможно наблюдать никаких особенностей поверхности, что привело некоторых астрономов к точному выводу, что поверхность Титана скрыта от глаз плотной атмосферой. Это сделало Титан первым обнаруженным спутником, обладающим атмосферой, сравнимой по плотности с нашей собственной. Как луна могла иметь такую плотную атмосферу, оставалось загадкой. В конце концов, Титан имеет значительно более плотную атмосферу, чем даже Марс, а Марс значительно больше Титана и, следовательно, должен был иметь более плотную атмосферу, чем Титан. Оказывается, в атмосфере Титана преобладают такие углеводороды, как метан и этан. Эти соединения чрезвычайно плотны в атмосфере Титана из-за низких температур, что позволяет им оставаться частью атмосферы Титана, а не улетучиваться в космос. Кроме того, атмосфера сохраняет свою плотность даже при слабой гравитации Титана благодаря тому, что Титан активно перерабатывает материалы из атмосферы и обратно. Эти естественные циклы помогают поддерживать атмосферу Титана. Когда космический аппарат "Кассини" впервые прибыл на Сатурн в начале 2000-х годов, ученые направили зонд "Гюйгенс" на поверхность Титана. Миссия должна была предоставить астрономам их первые близкие снимки поверхности Титана, и они показали действительно чужой, но в какой-то степени знакомый ландшафт. Как и на Земле, ученые обнаружили явные свидетельства существования рек, озер и даже большие моря на Титане. Однако эти структуры не содержат той воды, с которой мы знакомы на Земле. Скорее всего, низкие температуры на Титане позволяют углеводородам существовать на поверхности в жидкой форме. Реки Титана не содержат воды, они содержат жидкий метан и этан, которые активно текут по поверхности. Что еще более странно, некоторые углеводороды могут испаряться в атмосферу, а затем выпадать обратно в виде углеводородного дождя. На Титане в буквальном смысле идет дождь. Этот процесс на Титане, иногда называемый циклом метана, очень похож на круговорот воды здесь, на Земле.

Энцелад - один из самых интригующих спутников Сатурна. Он был открыт астрономом Уильямом Гершелем в 1789 году и был назван Энцеладом его сыном. Несмотря на то, что о его существовании было известно более века, все, связанное с Энцеладом, оставалось загадкой до полетов "Вояджера" в начале 1980-х годов. То, что обнаружили астрономы, было миром, не похожим ни на что, что они когда-либо видели. Поверхность Энцелада была покрыта льдом, что делало Энцелад самым отражающим миром в Солнечной системе. На южном полюсе, по-видимому, не было кратеров, а по всей поверхности были обнаружены большие трещины и разломы. Несмотря на успех миссий "Вояджера", многое еще оставалось неизвестным. Следовательно, НАСА запланировало миссию Кассини. Кассини будет вращаться вокруг Сатурна более десяти лет, делая одни из самых потрясающих снимков окольцованной планеты и ее спутников. Энцелад был одним из наиболее часто посещаемых миров Кассини. Кассини открыл мир более странный, чем научная фантастика. Во время своих частых облетов Энцелада "Кассини" заметил нечто странное. Южный полюс Энцелада, казалось, выбрасывал в космос какой-то материал. Более близкие наблюдения показали, что Энцелад на самом деле был выброс большого количества водяного пара в космос. Эта вода выбрасывалась из гигантских гейзеров, расположенных вокруг Южного полюса Энцелада. Этот регион был назван Тигровыми полосами в честь больших полос, пересекающих Южный полюс. Гейзеры, как правило, являются индикаторами вулканической активности планеты, что говорит о том, что внутри Энцелада очень тепло. Это стало неожиданностью, поскольку крошечные миры, такие как Энцелад, как правило, довольно быстро выделяют свое тепло в космос. Вот почему большинство лун, таких как наша собственная, покрыты кратерами и лишены каких-либо признаков недавней активности. То, что такой маленький мир настолько активен, говорит о том, что Энцелад снабжается большим количеством энергии. Поскольку солнце находилось слишком далеко, чтобы обеспечить достаточное количество тепла, астрономы обратили внимание на Сатурн. Когда Энцелад вращается вокруг Сатурна, гравитация газового гиганта притягивает маленькую луну. Это постепенно сгибает Энцелад, растягивая Луну, когда она далеко, и сжимая ее, когда она близко. Это изгибание создает трение внутри ядра Энцелада, которое плавит подземные породы и выделяет тепло. Это тепло плавит подповерхностный лед, образуя подповерхностный океан, который может быть в десять раз глубже самого глубокого океана на Земле. Теплый подземный океан частично растапливает лед на поверхности, создавая большие трещины и разломы. Когда тепло поднимается на поверхность, это также приводит к тому, что большое количество воды прорывается сквозь лед в виде гейзеров. Часть этого водяного пара выпадает обратно и превращается в слой свежего снега на Энцеладе. Остальная часть материала улетучивается в космос и становится частью E-кольца Сатурна.

Мимас - один из многих спутников Сатурна, седьмой спутник, открытый вокруг Сатурна Уильямом Гершелем в 1789 году. Имея диаметр всего 250 миль (400 километров), Мимас является самой маленькой луной в Солнечной системе, которая все еще способна принимать форму шара под действием собственной гравитации. Однако это не совсем сфера. Скорее всего, приливные силы Сатурна и других спутников приводят к тому, что Мимас имеет эллиптическую форму, настолько экстремальную, что ее даже видно на некоторых изображениях. Как и наша луна и большинство других, поверхность Мимаса покрыта ударными кратерами, самый заметный из которых имеет 130 км в поперечнике, что составляет около трети всей поверхности Луны. По сравнению с размерами Мимаса этот кратер поистине огромен. Если бы на Земле был расположен кратер относительного размера, он был бы примерно размером с Австралию. Мимас - луна с относительно низкой плотностью, что говорит о том, что Мимас состоит в основном из льда с меньшим количеством горных пород.

Гиперион - один из самых странных спутников Сатурна с точки зрения внешнего вида, особенно потому, что он больше похож на губку, чем на луну. Диаметр Гипериона составляет всего 84 мили (135 километров), и, в отличие от большинства лун, Гиперион не привязан к своей планете приливно-отливным движением, что означает, что одна сторона не постоянно обращена к Сатурну. Однако это также не означает, что он имеет стабильное вращение. Скорее всего, Гиперион вращается вокруг Сатурна с настолько хаотичным вращением, что, когда "Кассини" приблизился к Луне, ученые не смогли точно предсказать, какую сторону Луны они увидят. Поверхность Гипериона покрыта в кратерах, но они имеют вид, который уникален среди лун Солнечной системы. Его губчатый вид, вероятно, является результатом того, что Луна имеет чрезвычайно низкую плотность. Низкая плотность Гипериона означает, что когда астероид сталкивается с Луной, он сжимает поверхность, а не выбрасывает материал в космос. Выброшенный материал почти никогда не падает обратно на поверхность, образуя ряд ровных кратеров. Кроме того, низкая плотность Гипериона также приводит к тому, что поверхность Луны очень пористая, и фактически Гиперион на 40% состоит из пустого пространства.

Япет - третий по величине спутник Сатурна. Когда Кассини открыл Япет в 1671 году, он заметил кое-что интересное. Кассини понял, что он может наблюдать только одну сторону Япета, а другая кажется слишком темной для наблюдения. Кассини правильно сделал вывод, что одна сторона Япета была намного ярче другой. Кассини также правильно вывел, что Япет находится в приливно-отливной связи с Сатурном. Эти наблюдения были подтверждены столетия спустя космическими аппаратами "Вояджер" и "Кассини". Япет часто называют луной инь-ян из-за огромных различий в окраске обоих стороны луны. Обе стороны Япета выглядят как совершенно разные миры. В Солнечной системе больше нет ничего похожего на эту луну. До прибытия космического аппарата "Кассини" ученые были озадачены тем, что заставило Япета иметь такие большие различия во внешнем виде. Сначала астрономы подумали, что, возможно, более темная область на Япете была просто создана, когда Япет проходил сквозь окружающие обломки. Поскольку Луна находится в приливно-отливном положении, одна сторона получит основную тяжесть большинства ударов, в то время как другая будет относительно спокойной. Астрономы также предложили вулканизм в качестве механизма. Ледяные вулканы могут откладывать большое количество органического материала, который делает одну сторону темнее другой. Как позже выяснилось, ни одно из этих объяснений не было правильным. Наблюдения с космического аппарата "Кассини" показали, что происходит другой процесс. Различия в окраске Япета означают, что обе стороны Луны поглощают разное количество солнечного света. Более темная область более теплая, в то время как более яркая область более холодная. Когда более темная область нагревается, происходит сублимация, при которой лед немедленно превращается в газообразное состояние. Оказавшись в таком состоянии, льду гораздо легче конденсироваться на более холодной поверхности. Когда это происходит, лед из более темной области осаждается на более светлой области. Со временем этот процесс привел к появлению странных особенностей поверхности Япета.

Это интересно:

10 фактов о Марсе

10 причин, по которым динозавры продолжают очаровывать нас

10 Самых страшных ураганов в истории США