САТУРН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СОСТАВ, ОРБИТА, СТРОЕНИЕ - ARTE - 2025

Сатурн - вторая по величине планета Солнечной системы после Юпитера. Известный своей системой колец, он принадлежит к планетам, называемым Юпитерианам, которые расположены после пояса астероидов, отделяющего их от скалистых планет.

Известная с древних времен, поскольку это одна из 5 планет, видимых невооруженным глазом и наиболее удаленная от них, Галилей первым наблюдал ее в телескоп в 1610 году. Хотя он заметил деформацию, вызванную кольцами, отсутствие разрешения инструмента не сказалось. позволил ему различить его форму.

Газовая планета Сатурн, по сравнению с Землей, в 95 раз меньше. Источник: Изображение Сатурна: НАСА / Лаборатория реактивного движения / Институт космических наук. Изображение Земли: НАСА / экипаж Аполлона-17 / общественное достояние.

Годы спустя, в 1659 году, Кристиан Гюйгенс точно описал знаменитые кольца. Спустя некоторое время итальянский астроном Джованни Кассини понял, что кольца имеют деление, которое сейчас называется делением Кассини.

Хотя древние астрономы не могли детализировать систему колец, и без того великолепный вид на планету, должно быть, произвел на них достаточно сильного впечатления, чтобы дать ей такие названия, как «Алап Сахмас» (звезда Солнца) у халдеев, «Фаенон» (яркий, как солнце). Солнце) у греков или «Хима» (ответственный за всемирный потоп) у евреев.

Древние римляне связывали планету с греческим богом Кроносом, отцом Зевса, которого они называли Сатурном. В честь этого божества в декабре отмечались праздники, называемые Сатурналиями, которые древние христиане позже связывали с Рождеством.

Другие древние культуры, такие как индуисты, китайцы и майя, также имеют записи наблюдений за планетой. Для майя даты, в которые произошло соединение Сатурна, Юпитера и Марса, были праздничными.

Общие характеристики Сатурна

Сатурн не такой большой, как Юпитер, он составляет всего треть своей массы, а его радиус на 16% меньше.

Это наименее плотная из планет; при 687 кг / м ^{3 он} мог бы плавать по воде, если бы существовал достаточно большой океан, чтобы вместить его. Он состоит в основном из водорода и гелия, самых легких из известных элементов, хотя он содержит другие в гораздо меньшей пропорции.

У Сатурна есть собственное магнитное поле, менее интенсивное, чем у Юпитера, но намного большее, чем у Земли, с магнитной осью, параллельной оси вращения. Вот почему полярные сияния обычны в виде концентрических кругов прямо в каждой полярной области. Они формируются движением электрически заряженных частиц в центре сильного магнитного поля планеты.

Другой отличительной особенностью Сатурна является тепло, которое он извергает в космос, излучая почти вдвое больше энергии, чем получает от Солнца. Внутри Сатурна очень жарко, и ученые считают, что это происходит из-за конденсации жидкого водорода под высоким давлением. .

Давление внутри Сатурна в миллион раз превышает атмосферное давление Земли. Капли жидкого водорода набирают скорость по мере продвижения к центру планеты, выделяя тепло.

Жидкий водород ведет себя как металл и отвечает не только за излучаемое тепло, но и за динамо-эффект, который создает магнитное поле.

Атмосфера Сатурна похожа на атмосферу Юпитера, с похожим рисунком светлых и темных полос. Облака состоят из кристаллов аммиака, воды и гидросульфида аммония.

На Земле бывают сильные ветры и периодические штормы, которые длятся месяцами. Экваториальные ветры на Сатурне могут достигать 500 м / с.

Краткое изложение основных физических характеристик планеты

-Масса: 5,69 х 10 ²⁶ кг.

-Экваториальный радиус: 6,0 х 10 ⁴ км

-Полярный радиус : 5,4 х 10 ⁴ км

-Форма: приплюснутая.

-Среднее расстояние до Солнца: 1,4 х 10 ⁹ км

- Наклонение орбиты : 2,5 ° по отношению к эклиптике.

-Температура: от -139 до -189 ºC.

-Гравитация: 10,4 м / с ²

-Собственное магнитное поле: Да.

-Атмосфера: Да, в основном водород.

-Плотность: 687 кг / м ³

-Спутники: 82 официально назначенных, много других крошечных спутников, без обозначения.

-Кольца: Да, сложная система.

Кольца Сатурна

Система колец Сатурна уникальна в Солнечной системе своей необычайной красотой. Источник: Pixabay.

Кольца являются отличительной чертой Сатурна, потому что, хотя другие газовые гиганты также обладают ими, без сомнения, кольца этой планеты являются наиболее впечатляющими.

Кольца состоят в основном из льда и камней и сохраняют форму благодаря гравитационному действию некоторых специализированных спутников: спутников-пастухов.

Иллюстрация колец Сатурна

Сначала астрономы думали, что из-за недостаточной разрешающей способности своих телескопов кольца образуют непрерывный диск материи вокруг планеты. В любом случае, толщина системы ничтожна, самое большее, едва ли километр, а в некоторых регионах может достигать метров.

Итальянский астроном Джованни Кассини был первым, кто заметил существование разделительной линии между ними около 1675 года.

Спустя годы французский математик Пьер де Лаплас указал на то, что на самом деле существует множество тонких колец. Наконец, Джеймс Клерк Максвелл построил модель, в которой он предположил, что кольца состоят из множества частиц, каждая из которых движется по независимой орбите.

Астрономы различают кольца с буквами алфавита. Семь основных и самых ярких колец - это A, B, C и D, а E, F и G - более бледные.

Есть также тысячи более слабых колец. Самое бледное и самое дальнее из них было обнаружено инфракрасным телескопом и называется кольцом Фиби.

Рендеринг художника, показывающий кольца Сатурна и более крупные спутники. Источник: photojournal.jpl.nasa.gov.

Деление Кассини отделяет кольцо A от кольца B, но в том же кольце A есть темная область, называемая делением Энке, поддерживаемая одним из спутников Сатурна: Пан. Внутри области также есть очень тонкое кольцо.

Есть подразделения разной ширины, также названные в честь известных астрономов: Коломбо, Гюйгенса, Максвелла и Киллера.

Происхождение колец

Кольца состоят из частиц размером от песчинки (микроны) до огромных камней длиной в десятки метров, но астрономы согласны с тем, что они возникли не в то же время, что и планета, а совсем недавно.

Возраст главных колец A, B и C, вероятно, составляет несколько сотен миллионов лет, а с астрономической точки зрения это очень мало. Ученые уверены, что все планеты Солнечной системы образовались одновременно, около 4,6 миллиарда лет назад.

Материал, из которого состоят кольца, мог появиться из кометы, метеора или луны, раздробленных из-за гравитации планеты. В любом случае, это не остатки образования планеты.

Конечно, происхождение колец на данный момент неизвестно, но общее мнение состоит в том, что они довольно нестабильны, поэтому, как только они сформировались, они могут исчезнуть в течение нескольких миллионов лет.

Движение переводов

Орбита Сатурна. Среднее расстояние между Сатурном и Солнцем составляет более 1 400 000 000 км (9 а.е.). При средней орбитальной скорости 9,69 км / с Сатурну требуется 10 759 земных дней, чтобы обойти вокруг Солнца. Источник: Тодд К. Тимберлейк, автор книги Easy Java Simulation = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0)

Сатурну требуется 29 лет и 167 дней, чтобы пройти по орбите вокруг Солнца. Любопытно, что Сатурн и Юпитер находятся в орбитальном резонансе, поскольку между ними существует гравитационное взаимодействие. Конечно, притяжение Солнца намного больше, но Юпитер тоже влияет.

Когда существует орбитальный резонанс между астрономическими объектами, их орбитальные периоды сохраняют определенную пропорцию, всегда с небольшими числами. В случае Сатурна-Юпитера последний совершает 5 оборотов на каждые 2 оборота Сатурна, и этот резонанс считается стабилизирующим эффектом для орбит обеих планет.

Орбитальный резонанс, возникающий между частицами, составляющими кольца Сатурна, и спутниками, вращающимися между ними, оказывает сильное влияние на структуру колец, например, на существование раскола Кассини.

Сатурн - планета в солнечной системе с наибольшим количеством спутников, 6 из них имеют связанные орбитальные периоды, давайте посмотрим:

-Мимас и Тетис в соотношении 1: 2. За 1 ход Мимаса Тетис обращается 2 раза.

-Энселадо и Диона, в соотношении 1: 2.

-Гиперион и Титан в соотношении 4: 3.

Наконец, примечательно, что 85% углового момента Солнечной системы сосредоточено в Юпитере и Сатурне, двух самых больших планетах, в отличие от Солнца, которое, несмотря на самый высокий процент массы, имеет небольшой угловой момент.

Угловой момент системы - интересная физическая величина, потому что он сохраняется в отсутствие внешних взаимодействий. Чтобы изменение произошло, требуется чистый крутящий момент изнутри.

Данные о движении Сатурна

Следующие данные кратко описывают движение Сатурна:

-Средний радиус орбиты: 1,43 х 109 км

- Наклон орбиты : 2,5º по отношению к плоскости эклиптики.

-Эксцентриситет: 0,056

- Средняя орбитальная скорость : 9,6 км / с

- Период передачи : 29,46 года

- Период ротации: 10,66 часа

Когда и как наблюдать Сатурн

Планета Сатурн считается высшей планетой, поскольку ее орбита находится за пределами орбиты Земли. Высшие планеты - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Напротив, планеты, орбита которых ближе всего к Солнцу, называются низшими планетами: Меркурий и Венера.

Лучшее время для наблюдения за высшей планетой - это когда Земля оказывается между ней и Солнцем. С другой стороны, труднее увидеть, когда она находится в соединении, поскольку она находится дальше от Земли и близко к Солнцу, которое затемняет ее. Ситуация графически описана на следующем изображении:

Противостояние и соединение внешней планеты. Источник: Маран, С. Астрономия для чайников.

Естественно, одна из основных задач любого наблюдателя за небом - увидеть кольца, для чего достаточно небольшого телескопа. Но необходимо учитывать, что иногда кольца оказываются на ребре по отношению к Земле и поэтому не видны.

Угол обзора колец меняется за 30 лет, то есть за время, когда Сатурн обращается вокруг Солнца.

Следующие оппозиции Сатурна:

-2020 : 20 июля

-2021 : 2 августа

-2022 : 14 августа

-2023 : 27 августа

-2024 : 08 сентября

-2025 : 21 сентября

Вращательное движение

Сатурну требуется в среднем 10,66 часа, чтобы совершить один оборот вокруг своей оси вращения, хотя не все его зоны вращаются с одинаковой скоростью. Например, на экваторе скорость вращения составляет 10,25 часа, а внутри планеты - примерно 10,65 часа.

Это явление известно как дифференциальное вращение, и оно связано с тем, что планета не является твердой, как мы уже говорили. Также из-за своей жидко-газовой природы планета испытывает деформацию из-за вращательного движения, становясь сплющенной на полюсах.

Сочинение

Состав Сатурна в основном такой же, как у Юпитера и других газообразных планет: водород и гелий, только на Сатурне доля водорода выше, учитывая низкую плотность.

Поскольку Сатурн сформировался во внешней области туманности, из которой образовалась Солнечная система, планета смогла быстро расти и захватывать большое количество водорода и гелия, присутствующих в туманности.

Из-за огромного давления и температуры, которые увеличиваются по мере того, как вы погружаетесь на глубину, молекулярный водород на поверхности превращается в металлический водород.

Хотя планета газообразна, в ее ядре, которое, по крайней мере частично, является каменистым, меньшая доля более тяжелых элементов, таких как магний, железо и кремний.

В дополнение к этим элементам в изобилии встречаются различные типы льда, такие как аммиак, вода и метановый лед, которые имеют тенденцию накапливаться к центру планеты, который имеет высокую температуру. По этой причине материал фактически жидкий, а не газообразный.

Облака Сатурна состоят из аммиака и водяного льда, а в атмосфере помимо этих веществ были обнаружены ацетилен, метан, пропан и следы других газов.

Внутренняя структура

Внутреннее и внешнее строение Сатурна. Источник: Kelvinsong / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Хотя в Сатурне преобладают водород и гелий, считается, что он содержит твердое ядро ​​в природе. В процессе образования планет Солнечной системы газы конденсировались вокруг этого ядра, что позволило ему быстро расти.

Ядро Сатурна содержит, как мы уже сказали, горные породы, летучие элементы и соединения, окруженные слоем жидкого водорода. По оценкам ученых, это ядро ​​в 9-22 раза больше Земли: около 25 000 км в радиусе.

Этот слой жидкого водорода, в свою очередь, окружен слоями жидкого водорода и гелия, которые в конечном итоге становятся газообразными во внешних слоях. Линия Френкеля - это термодинамическая граница, которая отделяет газообразную жидкость от жидкости.

Естественные спутники Сатурна

Согласно последним подсчетам, у Сатурна есть 82 назначенных спутника и множество мини-спутников, у которых он все еще отсутствует. Это делает Сатурн планетой с наибольшим количеством спутников на сегодняшний день.

Спутниковая система Сатурна очень сложна; например, известно, что они имеют прямое действие на кольца: спутники пастуха.

Кроме того, есть спутники-троянцы, которые остаются на стабильной орбите под углом 60 ° вперед или назад от других спутников. Например, спутники Телесто и Калипсо являются троянцами Фетиса, одного из главных спутников Сатурна.

Основными спутниками Сатурна являются Титан, Мимас, Энцелад, Тетис, Диона, Рея, Гиперион, Япет и Фиби. Эти спутники были известны еще до космических миссий, но исследования Сатурна открыли гораздо больше.

Слева Мимас и огромная ударная воронка. Справа поверхность Титана. Оба изображения получены с зонда Кассини. Источник: Wikimedia Commons.

Самый большой из всех спутников Сатурна - Титан, который также имеет свою собственную атмосферу и является вторым по величине во всей солнечной системе после Ганимеда, великого спутника Юпитера. Титан даже больше Меркурия.

С другой стороны, Энцелад, шестой по величине спутник Сатурна, представляет собой огромный снежный ком с сюрпризом: его ядро ​​покрыто океаном горячей жидкой воды.

Сатурн и Титан, его самый важный спутник

Любопытным фактом среди спутников Сатурна является то, что есть спутники, орбиты которых совпадают, но им удается не сталкиваться. Наиболее известные из этих коорбитальных спутников - Янус и Эпиметей.

Не все спутники Сатурна имеют сфероидальную форму, есть много спутников неправильной формы, как правило, небольших размеров и вращающихся довольно далеко от планеты.

Титан и его атмосфера

Мозаика инфракрасных изображений Титана, сделанных зондом Кассини в 2015 году. Источник: NASA через Wikimedia Commons.

Это самый большой и самый важный из спутников Сатурна, видимый с Земли в виде маленькой светящейся точки с помощью телескопа. Голландский астроном Кристиан Гюйгенс был первым, кто увидел его около 1655 года, а Джон Гершель уже в 19 веке назвал его Титаном.

Его приблизительная плотность составляет 1,9 г / см ^3, и хотя он содержит каменное ядро, этот мир почти полностью состоит из льда.

Титан имеет плотную атмосферу, в которой преобладают азот и небольшой процент метана, а также следы углеводородов. Это замечательная редкость для Солнечной системы, поскольку у других спутников нет собственной атмосферы.

Там тоже есть океаны и дожди, но не вода, а метан. О существовании этого соединения было известно с середины 20 века благодаря спектроскопии, проведенной астрономом Жераром Койпером. Позже зонд «Вояджер» подтвердил это открытие.

В Титане интересно то, что там было обнаружено много органических соединений, помимо метана, которые являются предшественниками жизни. Механизм, с помощью которого Титан приобрел эту своеобразную атмосферу, до сих пор неизвестен, но он представляет большой интерес, так как содержание углеводородов намного больше, чем на Земле.

В рамках миссии «Кассини» к Сатурну зонд «Гюйгенс» сумел приземлиться на поверхность Титана и обнаружил замерзшую поверхность, но полную форм рельефа.

Хотя Титан имеет разнообразную геологию и климат, это неприятный мир для людей. Его атмосфера очень динамичная; Например, известно, что дуют высокоскоростные ветры, намного превосходящие самые сильные ураганы на суше.

Миссии на Сатурн

Пионер 11

Он был запущен НАСА в 1973 году и достиг орбиты Сатурна несколькими годами позже, в 1979 году. Эта миссия захватила изображения с низким разрешением, а также обнаружила неизвестные спутники и кольца, которые никогда не видели с Земли.

Зонд, наконец, дрейфовал в 1995 году, но на нем была табличка со знаменитым посланием, созданным Карлом Саганом и Фрэнком Дрейком, на случай, если инопланетные мореплаватели обнаружат его.

Вояджер

Эта миссия состояла из запуска двух зондов: Voyager 1 и Voyager 2.

Хотя «Вояджер-1» был задуман, чтобы достичь Юпитера и Сатурна, он уже вышел за пределы Солнечной системы, войдя в межзвездное пространство в 2012 году. Среди его наиболее важных открытий - подтверждение существования атмосферы Титана, а также важные данные. атмосферы Сатурна и кольцевой системы.

Voyager 2 собрал информацию об атмосфере Сатурна, атмосферном давлении и многочисленные высококачественные изображения. После посещения Сатурна зонд достиг Урана и Нептуна, после чего вошел в межзвездное пространство, как и зонд-сестра.

Кассини

Миссия «Кассини» была совместным проектом НАСА, Европейского космического агентства и Итальянского космического агентства. Он был запущен в 1997 году с мыса Канаверал с целью изучения планеты Сатурн и ее спутниковой системы.

Зонд достиг Сатурна в 2004 году и успел облететь планету 294 раза до 2017 года, когда у него закончилось топливо. Затем зонд был намеренно погружен в Сатурн, чтобы предотвратить его столкновение с одним из спутников и, таким образом, избежать радиоактивного загрязнения.

«Кассини» нес зонд «Гюйгенс», первый искусственный объект, приземлившийся в мире за пределами пояса астероидов: Титан, крупнейший спутник Сатурна.

Гюйгенс предоставил изображения ландшафта Титана, а также структуру колец. Он также получил изображения Мимаса, другого спутника Сатурна, который касается колец. На них изображен огромный кратер Гершель с огромной горой в центре.

Кассини также подтвердил наличие воды на Энцеладе, шестом ледяном спутнике Сатурна, диаметром 500 км, который находится в орбитальном резонансе с Дионой.

Энцелад, ледяной спутник Сатурна, внутри которого находится океан. Изображение зонда Кассини. Источник: Wikimedia Commons. НАСА / Лаборатория реактивного движения / Институт космических наук / Общественное достояние.

Вода Энцелада горячая, а планета полна гейзеров и фумарол, которые выделяют водяной пар и органические соединения, поэтому многие считают, что на ней может быть жизнь.

Что касается Япета, другого большого спутника Сатурна, изображения Кассини показали затемненную сторону, происхождение которой до сих пор не установлено.

Ссылки

1. Небо месяца. Соединения и оппозиции внешних планет. Получено с: elcielodelmes.com.
2. Маран, С. Астрономия для чайников.
3. ГОРШОК. Миссии Кассини. Получено с: solarsystem.nasa.gov.
4. Пауэлл, М. Планеты невооруженным глазом в ночном небе (и как их идентифицировать). Получено с: nakedeyeplanets.com.
5. Семена, М. 2011. Солнечная система. Издание седьмое. Cengage Learning.
6. Wikipedia. Планетарное кольцо. Получено с: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Сатурн (планета). Получено с: es.wikipedia.org.
8. Wikipedia. Сатурн (планета). Получено с: en.wikipedia.org.