Сатурн

» Доклады для младших классов » Сатурн

Сатурн — это вторая по размеру планета в Солнечной системе после Юпитера. Сатурн почти в 100 раз тяжелее Земли.

Особенность планеты

Плотность этого гигантского шара гораздо меньше плотности воды, а это означает следующее: если бы была возможность поместить Сатурн в огромный бассейн, то он бы не утонул, а остался плавать на поверхности воды, как мячик!

Оборот вокруг собственной оси Сатурн совершает за 10 ч. Из-за такого быстрого вращения планета немного сплюснута у полюсов и расширена у экватора.

От других планет Сатурн отличает удивительная система огромных колец толщиной от 20 до 30 м. Они состоят из миллиардов мелких частиц, каждая из которых вращается по своей орбите. Фактически это пыль, камни и мусор, который остался от комет, астероидов и разрушенных спутников.

Строение планеты

Сатурн — газообразная планета, не имеющая твердой поверхности. Он почти полностью состоит из водорода и гелия. Под слоем газовой атмосферы находится жидкий водород, ниже которого — слой металлического водорода. В центре планеты расположено массивное ядро из кремния и металлов.

Спутники Сатурна

На сегодня известно 62 естественных спутника этой планеты, каждый из которых имеет свои особенности. Самый крупный спутник Сатурна — Титан, более того, он второй по величине спутник в Солнечной системе после Ганимеда. Все спутники Сатурна светлые, и лишь у Япета одна сторона светлая, а другая — очень темная, и на ней расположен огромный хребет.

Известно, что на одной стороне Мимаса находится огромный кратер, из-за которого этот спутник почти расколот на две части.На Энцеладе было обнаружено большое количество кратеров и ледяных гейзеров. Этот факт говорит о том, что на спутнике достаточно тепло для того, чтобы вода находилась в жидком состоянии.

На поверхности Тефии есть огромная трещина-разлом, которая получила название каньон Итака. Этот каньон занимает почти 3/4 длины экватора Тефии.

На ночном небе Сатурн можно разглядеть в телескоп. Его кольца очень красивы, их невозможно спутать ни с какими другими объектами во всей Солнечной системе. 

Характеристики

• Расстояние от Солнца: 1 400 000 000 километров
• Продолжительность суток: 10 часов 39 минут (земных)
• Продолжительность года: 29 лет (земных)
• 7 колец, 62 спутника

Сатурн (в честь бога земледелия Древнего Рима) — 2-я по величине планета Солнечной системы. Находится она на шестой орбите, что весьма далеко от центральной звезды.
Сатурн относится к газовым гигантам — планетам, состоящим, в основном, из газов. Обладает очень интересной системой колец. Именно этим планета и выделяется среди прочих.

Физические характеристики Сатурна

Масса и размер.

По массе Сатурн примерно в 95 раз превосходит Землю — 5,7·10²⁶ кг. Но при этом легче Юпитера — самой большой планеты системы, в 3,3 раза.
Интересно, что по размерам Сатурн почти не уступает этому гиганту. Такая заметная разница в массе объясняется тем, что Сатурн — планета с очень низкой средней плотностью, самой низкой из всех (её плотность уступает даже плотности воды).

Строение и состав Сатурна.
Ядро планеты состоит из железа, никеля и льда. Внешний слой — газообразный. Почти полностью он состоит из водорода (96%), а также гелия, метана, аммиака и других. Планета не имеет какой-либо твёрдой поверхности.
Кольца (их всего 4), вращающиеся вокруг Сатурна, образованы из частичек льда, пыли и некоторой части иных тяжёлых элементов. Дабы изучить их подробнее, на орбите планеты сейчас находится межпланетная станция «Кассини».

Орбита и вращение.
Из-за большого расстояния до Солнца, планета совершает полный оборот вокруг звезды примерно за 29,5 лет (по орбите своей движется довольно медленно — 9,7 км/с).
А вот вокруг своей оси обращается за 10,5 часов, что является вполне обычным для газовых гигантов.

Интересные факты о планете Сатурн

— На планете дуют сильные ветра, обладающие скоростью до 500 м/с. Особенно сильны они на экваторе, а вот по направлению к полюсам — ослабевают.

— Вокруг Сатурна вращаются 62 спутника, самые большие из которых сопоставимы по размерам с Меркурием.

— Самый интересный спутник планеты — Титан (он же и самый большой). Знаменит Титан тем, что является единственным объектом в системе (кроме Земли), на поверхности которого можно найти воду в жидком виде. На остальных планетах, предположительно, вода лишь в твёрдом и газообразном состояниях.

— На Сатурне идут дожди из алмазов.

— С нашей планеты Сатурн можно легко увидеть без оптических приборов.

Сатурн — шестая планета Солнечной системы

Сатурн — шестая планета Солнечной системы (имеет 47 спутников и 8 колец)
Среднее расстояние от Солнца	1426,7 млн. км.
Масса	5,68·1026 кг
Плотность	0,7 г/см3
Экваториальный диаметр	120 536 км
Эффективная температура	95 К
Период вращения вокруг оси	0,44 земных суток
Период вращения вокруг Солнца	29,4 земных лет

Новая эпоха в изучении Сатурна, его колец и спутников началась 1 сентября 1979 года. Именно в этот день американский космический аппарат «Пионер-11» совершил пролет всего в 20 200 км от планеты…

Телевизионной камерой «Вояджера-2» в северном полушарии Сатурна были обнаружены сильные струйные течения. Наибольшей скорости — свыше 500 м/с, или 1800 км/ч (!) — они достигают на экваторе планеты. Там видна движущаяся на восток мощная циклоническая полоса, которая соприкасается с полосой противоположного направления. На границе между ними наблюдаются сильные завихрения — бури. Один гигантский вихревой овал, расположенный в северных широтах, назвали Большое Коричневое Пятно Сатурна по аналогии с Большим Красным Пятном на Юпитере. Вообще облачных поясов на Сатурне больше, чем на Юпитере, и достигают они более высоких широт. Таким образом, в атмосфере Сатурна совершаются даже более активные процессы, нежели в атмосфере Юпитера.

Космические аппараты детально исследовали химический состав надоблачной атмосферы Сатурна. На 89% она состоит из водорода и только на 11% — из гелия. Предполагается, что «недостающая» половина гелия, как более тяжелая составляющая, осела на больших глубинах планеты. Ибо при тех низких температурах, которые царят на Сатурне (около -180 °С), гелий уже не может оставаться в смеси с водородом — он постепенно погружается в недра планеты, стремится к ее ядру. Но процесс опускания гелия связан с выделением тепловой энергии. Она исправно «отапливает» планету уже на протяжении нескольких миллиардов лет.

МКС Онлайн

По-видимому, собственное тепловое излучение Сатурна даже более мощное, чем у Юпитера.

В числе малых компонентов (небольших добавок) атмосферы Сатурна следует назвать аммиак и метан. Облака на Сатурне состоят, видимо, из кристалликов аммиака и капелек метана.

Еще при подлете «Пионера-11» к Сатурну его приборы отметили в околопланетном пространстве границы магнитосферы и радиационного пояса. В целом магнитосфера Сатурна очень похожа на земную, но по относительным размерам превосходит ее более чем в 2 раза.

По внутреннему строению и составу Сатурн сильно напоминает Юпитер. В частности, на Сатурне в экваториальной области существует образование, аналогичное Большому Красному Пятну, хотя оно и меньших размеров, чем на Юпитере. На две трети Сатурн состоит из водорода. На глубине, примерно равной R/2, то есть половине радиуса планеты, водород при давлении около 300 ГПа переходит в металлическую фазу. По мере дальнейшего увеличения глубины, начиная с R/3, возрастает доля соединений водорода и оксидов. В центре планеты (в области ядра) температура порядка 20000 К.

Радиационные пояса Сатурна — эти ловушки заряженных частиц, которые удерживаются вокруг планеты ее магнитным полем, — настолько обширны, что они охватывают не только кольца, но и орбиты некоторых внутренних спутников. Однако они более слабые, чем у Юпитера.

По данным измерений космических аппаратов ось магнитного поля Сатурна почти совпадает с осью вращения планеты (в отличие от Земли и Юпитера). Направленность магнитного поля на экваторе планеты почти равна напряженности земного поля, но внутреннее магнитное поле несколько сильнее из-за больших размеров Сатурна. Полярность магнитных полей планет-гигантов (Юпитера и Сатурна) противоположна по знаку полярности поля Земли. На Сатурне, как и на Юпитере, происходят впечатляющие полярные сияния.

По периодичности радиошумов был установлен период вращения магнитного поля Сатурна. Он составляет 10 часов 39 минут 15 секунд. Но тогда это и период вращения самого Сатурна — большей части его массы, за исключением атмосферы, которая вращается не как твердое тело.

Коротцев О.Н.

В начало страницы

4.15. Сатурн

4.15.1. Физические характеристики

Сатурн

• Сатурн (газовый гигант) – шестая планета Солнечной системы.
• Экваториальный радиус: 60268 ± 4 км, полярный радиус: 54364 ± 10 км (из всех планет Солнечной системы Сатурн обладает наибольшим сжатием).
• Масса: 5.6846 × 10²⁶ кг или 95.152 массы Земли.
• Средняя плотность: 0.687 г/см³.

Сатурн

4.15.2. Элементы орбиты и особенности движения

Среднее расстояние Сатурна от Солнца равно 1433,44 млн. км (9.582 а.е.), эксцентриситет e = 0,056. Период обращения вокруг Солнца равен 29.66 года. Наклон орбиты к плоскости эклиптики – 2.48°, наклон оси вращения – 26.73°, период вращения – 10^h32^m – 10^h47^m. Сферическое альбедо – 0,54.

4.15.3. Состав и структура атмосферы

Сатурн в ИК диапазоне

Неустойчивость Кельвина – Гельмгольца в атмосфере Сатурна

По химическому составу и структуре атмосферы Сатурн в целом похож на Юпитер. Верхние слои атмосферы Сатурна на 96,3% состоят из водорода и на 3,25% – из гелия. Имеются примеси метана, аммиака, фосфина, этана и некоторых других газов. Аммиачные облака в верхней части атмосферы более мощные, чем на Юпитере.

В атмосфере Сатурна дуют сильные ветры; скорости воздушных потоков достигают 500 м/с. Ветры в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора и дуют по направлению осевого вращения.

Между продольными полосами атмосферы Сатурна хорошо наблюдается эффект неустойчивости Кельвина – Гельмгольца, возникающей в случае разных скоростей двух контактирующих сред.

Большое Белое Пятно

Гексагон Сатурна в ИК диапазоне

В атмосфере Сатурна иногда появляются устойчивые образования – сверхмощные ураганы, аналогичные Большому Красному Пятну на Юпитере (см. раздел 4.14.3) или Большому Тёмному Пятну на Нептуне (см. раздел 4.17.3). Гигантское Большое Белое Пятно (ББП) появляется на Сатурне с периодичностью в 28,5 лет, когда северное полушарие Сатурна сильнее всего наклоняется к Солнцу. Протяжённость ББП может достигать нескольких тысяч км.

Среди особенностей атмосферы Сатурна следует также выделить устойчивый гигантский облачный гексагон (шестиугольник) окружающий северный полюс Сатурна. Поперечник гексагона, который наблюдается в ИК-диапазоне, составляет около 25 тыс. км. В центре гексагона находится полярный вихрь диаметром около 2 тыс. км.

Гексагон Сатурна

Вихрь в центре гексагона

Южный полярный ураган с «глазом» в центре

Вокруг южного полюса Сатурна также вращается вихрь, в центре которого наблюдается т.н. «глаз урагана» – область прояснения и относительно тихой погоды в центре циклона. Подобные явления ранее наблюдались только в земной атмосфере. Диаметр южного полярного циклона с опоставим с размерами Земли.

4.15.4. Внутреннее строение

Внутреннее строение Сатурна, как газового гиганта, также подобно строению Юпитера. Предполагается, что в центре Сатурна находится твёрдое ядро, масса которого на основании измерений гравитационных моментов в поле Сатурна, а также требований сценария формирования газовых гигантов на ранних стадиях, оценивается в 9–22 масс Земли, а радиус – 25 тыс. км. Температура в центре ядра, предположительно, достигает 12000 К.

Ядро окружено слоем жидкого металлического водорода. Затем следует слой газожидкой смеси молекулярного водорода и гелия. Толщина верхнего слоя – атмосферы – оценивается в 1000 км.

Внутреннее строение Сатурна

4.15.5. Магнитное поле и магнитосфера

Магнитосфера Сатурна

Извержение криовулкана на Энцеладе

Магнитное поле Сатурна, так же как и Юпитера, создается за счёт динамо-эффекта при циркуляции металлического водорода во внешнем ядре. Магнитное поле можно представить дипольным, квадрупольным и октупольным слагаемыми, причём последнее значительно меньше, чем для Земли и Юпитера. Напряжённость магнитного поля на экваторе Сатурна равна 0.2 Э, что меньше, чем у Земли. Тем не менее, дипольный магнитный момент Сатурна примерно в 580 раз больше, чем у Земли.

Ось магнитного момента совпадает с осью вращения планеты.

Полярные сияния на Сатурне (комбинация изображений в УФ и видимом диапазонах)

Магнитосфера Сатурна по размерам уступает только магнитосфере Юпитера. С подсолнечной стороны магнитопауза расположена на расстоянии около 20 радиусов Сатурна от его центра, а хвост магнитосферы протягивается на несколько сотен радиусов Сатурна. Во многом магнитосфера пополняется плазмой за счёт спутников, и в первую очередь – Энцелада, который находится на расстоянии всего 2.95R_S от «поверхности» Сатурна. Гейзеры Энцелада выбрасывают водяной пар, часть которого ионизируется магнитным полем Сатурна.

Массы спутников Сатурна

Быстрое вращение Сатурна и наличие магнитосферной плазмы приводит к образованию относительно сильного кольцевого тока – уменьшенного аналога магнитодиска Юпитера. Полный кольцевой ток магнитосферы Сатурна оценивается в 10 млн. ампер.

Взаимодействие между магнитосферой Сатурна и солнечным ветром генерирует яркие овалы полярного сияния вокруг полюсов планеты в УФ, видимом и ИК диапазонах.

4.15.6. Спутники Сатурна

По современным данным Сатурн обладает 62 спутниками и развитой системой колец. Только 13 спутников имеют диаметр больше 50 км: Титан (5150 км), Рея (1528 км), Япет (1436 км), Диона (1118 км), Тефия (1060 км), Энцелад (499 км), Мимас (397 км), Гиперион (266 км), Феба (240 км), Янус (178 км), Эпиметей (119 км), Прометей (100 км) и Пандора (84 км). Большая часть спутников состоит из горных пород и льда.

Сатурн и его спутники

Титан

Поверхность Титана по данным «Гюйгенса»

Спутники Сатурна (так же, как и Юпитера) принято подразделять на регулярные и нерегулярные, спутники-пастухи и т.д. 24 спутника Сатурна – регулярные, остальные 38 – нерегулярные. Луны-пастухи колец Сатурна: Пан, Дафнис, Атлас, Прометей и Пандора. Нерегулярные спутники поделены по характеристикам своих орбит на три группы: инуитскую (5 спутников), норвежскую (29 спутников) и галльскую (4 спутника).

Спутники, кольца и пространство около Сатурна с 2004 года исследуются миссией «Кассини – Гюйгенс» (Cassini – Huygens) – совместным проектом NASA, ESA и ASI. КА «Кассини» находится на орбите около Сатурна, зонд «Гюйгенс» 14 января 2005 года совершил посадку на поверхность Титана. Сведения о наиболее интересных спутниках Сатурна приведены далее.

Титан – крупнейший спутник Сатурна и второй по величине в Солнечной системе. Средний радиус – 2576 ± 2 км, масса – 0.0225 массы Земли. Титан – единственный спутник в Солнечной системе, обладающий плотной атмосферой, и единственный спутник, поверхность которого невозможно наблюдать в видимом диапазоне из-за облачного покрова. Давление у поверхности примерно в 1,6 раза превышает давление земной атмосферы. На Титане имеются моря, озёра и реки из метана и этана, а также горы, состоящие изо льда и действующие криовулканы. Атмосфера на 98,6% состоит из азота. В атмосфере также обнаружена синильная кислота HCN – одно из важнейших соединений (вероятно) предбиологического синтеза, однако жизнь на поверхности Титана невозможна, т.к.

22 интересных факта о Сатурне

средняя температура поверхности около 92 К.

Вид на Сатурн с Титана

Стена Япета

Спутник Япет интересен кольцевым горным хребтом (стена Япета), опоясывающим спутник по экватору. Стена Япета имеет высоту до 13 км, ширину – до 20 км и длину – 1,3 тыс. км. Предполагается, что этот горный хребет мог образоваться в результате выпадения на поверхность спутника частиц его кольца, либо в результате сжатия пород или прорыва материала из глубины спутника.

Мимас

Энцелад – одно из трёх небесных тел в Солнечной системе (наряду с другим спутником Сатурна Титаном и спутником Нептуна Тритоном), на которых наблюдается криовулканизм (см. раздел 4.15.5).

Эпиметей и Янус

Особенностью Мимаса является огромный ударный кратер Гершель диаметром 130 км, составляющий почти треть диаметра самого Мимаса. Высота стен кратера достигает почти 5 км, наибольшая глубина – 10 км. Вероятно, в далёком прошлом с Мимасом столкнулся большой астероид. Удар, от которого образовался кратер Гершель, едва не расколол Мимас. Трещины, заметные на противоположной стороне спутника, вероятно, образованы ударными волнами, прошедшими сквозь его тело. Средний радиус Мимаса равен 198 км, и этот спутник является самым маленьким известным астрономическим телом, которое имеет округлую форму из-за собственной гравитации. Предполагается, что щель Кассини (промежуток между двумя самыми широкими кольцами Сатурна) образовалась из-за гравитационного воздействия Мимаса.

Ледяные вулканы Энцелада

Спутник-пастух Пан движется внутри деления Энке

Кольца Сатурна

Спутники Эпиметей и Янус представляют собой уникальный пример со-орбитальных небесных тел. Средний радиус орбиты Януса по данным на 2006 год был всего на 50 км меньше, чем Эпиметея. Линейные размеры Эпиметея – 130×114×106 км, а Януса – 203×185×153 км. Период обращения по орбите меньшего радиуса меньше, а в данном случае всего на 30 секунд. Ежедневно внутренний спутник оборачивается вокруг Сатурна на 0.25º больше, чем внешний. В результате этого внутренний спутник догоняет внешний. Когда внутренний спутник догонит внешний, взаимное гравитационное взаимодействие увеличит момент импульса внутреннего спутника и уменьшит внешнего. В результате этого орбитальный период внутреннего спутника увеличивается, и он переходит на более высокую орбиту, а внешнего – уменьшается, и он переходит на внутреннюю. При «обмене» спутники никогда не сближаются на расстояние, меньшее 10000 км. Такой «обмен» происходит каждые 4 года (земных), последний раз – в 2010 году.

Спутники Телесто и Калипсо, а также Елена и Полидевк являются троянскими спутниками в системах Сатурн – Тефия и Сатурн – Диона соответственно.

Спутник-пастух Прометей сталкивается с кольцом F

4.15.7.

Кольца Сатурна

Система колец и спутников Сатурна

Сатурн обладает развитой системой колец. Принято выделять три основных кольца и четвёртое – более тонкое. Все вместе они отражают больше света, чем диск самого Сатурна.

Пылевое кольцо Сатурна

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 ещё ближе к планете, чем В, почти прозрачно.

Кольца Сатурна очень тонкие. При диаметре около 250000 км их толщина составляет менее километра. Количество вещества, составляющего кольца, крайне незначительно. Если его собрать в один монолит, его диаметр не превысил бы 100 км. Частицы, из которых состоят кольца, в большинстве своем имеют размер в несколько сантиметров, но изредка попадаются тела в несколько метров, и совсем редко – до 1–2 км. По всей видимости, частицы колец почти полностью состоят изо льда или каменистого вещества, покрытого льдом.

Кольца Сатурна

Состав Сатурна

Категория: Наука и астрономия

Газовый гигант Сатурн содержит множество компонентов из тех, что имеет Солнце. Хотя это вторая по величине планета в Солнечной системе, она не располагает необходимой массой для начала термоядерного синтеза, необходимого для питания звезды. Тем не менее, его газовый состав и потрясающие красивые кольца, которые его окружают, делают Сатурн одним из наиболее интересных объектов в Солнечной системе.

Сатурн преимущественно состоит из водорода и гелия — двух основных газов Вселенной. Планета также несет в себе следы льда, содержащие аммиак, метан и воду. В отличие от скалистых планет земной группы, газовые гиганты, такие как Сатурн, в своем составе имеют слоистую структуру кора-мантия-ядро, так как они формируются иначе, чем их братья и сестры скалистой группы.

Поверхность Сатурна

Сатурн классифицируется как газовый гигант, так как почти полностью состоит из газа. Его атмосфера плавно переходит в поверхность. Если космический аппарат попытается приземлиться на Сатурне, он никогда не найдет твердую поверхность. Конечно, кораблю бы еще предстояло выжить задолго до этого, так как все возрастающее давление попросту раздавит его.

Так как Сатурн не имеет поверхности в нашем понимание, ученые считают, что поверхностью Сатурна — это уровень, на котором давление превышает  один бар, приблизительно такое давление имеет Земля на уровне моря.

Внутренний мир Сатурна

Повышенное давление на определенном уровне Сатурна превращает газовый водород  в жидкий.

Интересно о Сатурне

При более глубоком погружении внутрь планеты давление будет все возрастать, пока не станет достаточным, чтобы водород стал металлическим. Сатурн в своем составе не имеет так много металлического водорода как крупнейшая планета Юпитер, но зато содержит больше льдов. Сатурн также значительно менее плотный, чем любая другая планета в Солнечной системе. Если бы существовал достаточно большой бассейн с водой, Сатурн спокойно бы плавал в нем.

Подобно Юпитеру, предполагается, что у Сатурна имеется скалистое ядро, окруженное водородом и гелием. Однако вопрос, какое именно ядро у Сатурна остается открытым. Состоящее из скального материала, само  ядро может быть жидкостью.

Расстояние от Солнца до Сатурна значительное, чтобы средняя температура Сатурна была низкой, но все же он имеет горячее каменное ядро. Там, температура может достигать 21 000 градусов по Фаренгейту (11 700 градусов Цельсия).

Во время формирования Сатурна, ядро было сформировано первым. Исследования показывают, что каменное ядро Сатурна составляет от 9 до 22 масс Земли. Только когда ядро достигло определенной массы, планета стала  иметь достаточную гравитацию, чтобы притягивать водород и гелий, из которых состоит большая ее часть.