Планета сатурн происхождение названия имя сатурн. Сатурн: история окольцованной планеты

Данная статья представляет собой сообщение или доклад о Сатурне, где изложена характеристика этой планеты Солнечной системы: основные астрономические данные, строение атмосферы и ядра, описание колец и спутников.

Астрономические данные Сатурна

Максимальное расстояние от Солнца (афелий) 1,513 млрд. км (10,116 а.е.)
Минимальное расстояние от Солнца (перигелий) 1,354 млрд. км (9,048 а.е.)
Диаметр по экватору 120 540 км
Средняя температура верхних слоёв атмосферы -180º С
Период обращения вокруг Солнца 29,458 земного года
Период обращения вокруг оси 10 ч 34 мин 13 с
Количество колец 8
Количество спутников 62

Описание планеты

Эта планета - бледно-золотой шар, окружённый тончайшим кольцом - получила своё название от имени древнеримского бога посевов, отца Юпитера. Шестой по счёту в Солнечной системе и второй по величине, Сатурн обращается вокруг нашего светила на среднем расстоянии в 1,4 млрд. км, отстоя от звезды вдвое дальше, чем Юпитер. Вещество этого небесного тела так же, как Юпитера, Урана и Нептуна, имеет небольшую среднюю плотность (0,69 г/см 3) , поскольку состоит в основном из газов; тем не менее относящийся к планетам-гигантам Сатурн примерно в 95 раз массивнее Земли.

В силу большого отстояния от центра Солнечной системы его орбитальный период (т. е. сатурнианский год) весьма продолжителен и составляет около 29,5 земного. При этом обращение Сатурна вокруг своей оси происходит значительно быстрее, нежели у Земли: один день здесь длится всего 10 ч 34 мин. Скорость движения облаков над экваториальной зоной планеты такова, что полный оборот они совершают на 26 минут быстрее, чем облака в более высоких широтах; причина тому - огромной силы (около 500 м/с) ветры, дующие в верхних слоях атмосферы.

Атмосфера и ядро

Сатурн окутан плотным, заполненным облаками слоем газов. Основу его атмосферы составляют гелий и водород; облака состоят главным образом из кристаллов воды и аммиака. Так же, как и у ближайшего соседа по Солнечной системе - Юпитера, в видимых атмосферных слоях этой планеты присутствуют определённые участки, окрашенные как в более тёмные, так и в более светлые тона (так называемые пояса и зоны соответственно); они вполне чётко различимы, хотя и менее контрастны, чем у Юпитера. Кроме того, здесь также наблюдаются относительно стабильные атмосферные возмущения - например, Большое белое пятно, которое существовало в течение нескольких месяцев, а затем возродилось примерно три десятилетия спустя; гигантское овальное образование размером с Землю, расположенное недалеко от северного полюса, было названо Большим коричневым пятном.

Достигающий в диаметре примерно 120,5 тыс. км неправильный шар (атмосфера планеты сильно подвержена сплющиванию на полюсах, поскольку быстрое вращение способствует «выдавливанию» её в экваториальные области) состоит из нескольких слоёв. Предполагается, что в её глубинах скрываются минимум два слоя жидкого водорода, причём один из них, состоящий из так называемого металлического водорода, может проводить электричество.

Ядро Сатурна представляет собой огромную сферу, слагаемую, видимо, камнями и льдом. По предположениям учёных, своими размерами она превышает ядро Юпитера (около 30 тыс. км): косвенным свидетельством этого является более активное перемещение атмосферных масс от полюсов к экватору.

Кольца

Поскольку ось планеты очень сильно - более чем на 63º - наклонена к плоскости орбиты, земные астрономы имеют прекрасную возможность наблюдать эти удивительные образования в плане. Считается, что впервые увидел их Галилео Галилей (1564-1642) в 1610 году, но из-за несовершенства телескопа они были сочтены цепью спутников; только полвека спустя голландскому учёному Гюйгенсу удолось выяснить, что это кольцо, окружающее планету и нигде с ней не соприкасающееся.

Из-за движения Сатурна по орбите кольца медленно поворачиваются к нам то одной, то другой стороной; каждые 15 лет они располагаются к нам ребром, и тогда их нельзя разглядеть даже в самые мощные телескопы. Первое время считалось, что это огромный монолит, но более поздние исследования опровергли эту теорию. В частности, информация, полученная от космических аппаратов серий «Пионер» и «Вояджер» в 1970-1980 годах, свидетельствовала: Сатурн окружает ни много ни мало семь колец, причём структура каждого весьма сложна. Восьмое кольцо - кольцо Феба - диаметром более 13 млн. км, было открыто в 2009 году. Существует также предположение о наличии системы колец у одного из спутников Сатурна - Реи.

Судя по всему, кольца являются остатками того допланетного облака, которое породило все тела Солнечной системы, и состоят из небольших - от 1 мм до нескольких метров - пылевых частиц, покрытых льдом. При средней толщине от 10 м до 10 км их диаметр составляет 270 тыс. км. Три самые яркие названы A, B и C; в отличие от колец D, E, F и G, более узких и тусклых, они неплохо различимы с Земли даже в слабый телескоп. Кольца A и B разделяет так называемая щель Кассини (по имени итальянского астронома, жившего в XVII-XVIII ст.); подобная же «прореха» в теле кольца A называется щелью Энке. Кроме того, автоматическая станция «Кассини» в начале 2004 года обнаружила наличие у Сатурна радиационного пояса внутри колец, что стало для учёных полной неожиданностью.

Спутники

Кроме миллиардов крохотных лун, составляющих его кольца, Сатурн обладает и большим количеством спутников - 62. Их размер и форма очень различны: есть объекты, подобные Япету и Рее (средние диаметры 1 436 и 1 528 км соответственно), а есть - небольшие сателлиты, такие как Атлас (около 32 км) и Телесто (24 км). Благодаря современному оборудованию в последние годы стало возможным открытие множества мельчайших по космическим меркам спутников, диаметр которых составляет менее 10 км.

Самый большой спутник Сатурна - Титан, его диаметр равен 5 150 км и во всей Солнечной системе он уступает лишь спутнику Юпитера Ганимеду. Титан - один из наиболее интересных спутников Сатурна: считается, что процессы, происходящие в его атмосфере (85 % азота, около 12 % аргона и 3 % метана), схожи с теми, что миллиарды лет назад можно было бы обнаружить на юной Земле. 14 января 2005 года на эту планету был спущен зонд «Гюйгенс», передавший немало ценной научной информации.

Периоды обращения и радиусы орбит в каждой из трёх групп спутников Сатурна - Тефии, Телесто и Калипсо, Дионы и Елены, Януса и Эпиметия - одинаковы. Есть и другие интересные факты: например, щель Энке внутри кольца A возникла благодаря спутнику Пану, орбита которого лежит в той же плоскости, а спутники Атлас и Прометей, между орбитами которых расположилось кольцо F, не дают составляющим его частицам разлететься в пространстве (за это они получили прозвище «луны-пастухи»).

Помимо Сатурна, кольцами также обладают и другие планеты Солнечной системы: Юпитер, Уран и Нептун.

Планета Сатурн — один из самых ярких объектов на нашем звездном небе. Отличительной ее особенностью является наличие колец. Впервые их увидел в 1610 г. Г. Галилей, но не понял, что это такое, записав, что Сатурн состоит из частей.

Полвека спустя голландский математик, физик и астроном Христиан Гюйгенс (1629-1695) сообщил о наличии у Сатурна кольца, а в 1675 г. известный итальянский и французский астроном Жан Доминик Кассини (1625-1712) обнаружил между кольцами щель.

Эти кольца видимы с Земли даже в небольшой телескоп. Они состоят из тысяч и тысяч небольших твердых обломков камней и льда, которые вращаются вокруг планеты. Один раз в 14-15 лет колец Сатурна с Земли не видно, так как они поворачиваются ребром.

Общие характеристики планеты Сатурн

Поэтому Сатурн — не твердый шар, а состоит из газа и жидкости, экваториальные его части быстрее вращаются, чем приполярные области: на полюсах один оборот совершается примерно на 26 мин медленнее.

Одна из особенностей Сатурна заключается в том, что это единственная планета в Солнечной системе, чья плотность меньше плотности воды. Атмосфера Сатурна очень плотная, она состоит на 94 % из водорода и на 6 % из гелия. Температура на поверхности планеты 150 °С.

Скорость ветров на Сатурне зависит от широты места, достигая 500 м/с, что втрое больше, чем на Юпитере. В атмосфере Сатурна часто наблюдаются штормы, хотя и не такие мощные, как знаменитое Красное Пятно Юпитера. В частности, на Сатурне обнаружено Большое Коричневое Пятно.

Планета имеет восемь больших главных и множество малых спутников.

Большинство спутников состоит из льда: их плотность не превышает 1400 кг/м 3 У наиболее крупных спутников формируется каменистое ядро. Почти все спутники всегда повернуты к планете одной стороной.

Самый крупный спутник Сатурна — Титан. По своей величине он превосходит планету Меркурий. Его диаметр 5150 км. Он был открыт в 1655 г. Христианом Гюйгенсом. На Титане есть океаны, моря, континенты. Температура составляет 180 °С. Этот спутник окутан оранжевой атмосферой из метана и этана.

Спутник Энцелад — самое светлое тело Солнечной системы, которое, по-видимому, покрыто тонким слоем инея. Два наиболее крупных кратера на этом спутнике Сатурна носят имена Али-Бабы и Аладдина.

Гиперион — темный спутник неправильной формы с хаотическим собственным вращением. Он не имеет постоянной скорости вращения вокруг своей оси: она меняется в течение месяца на десятки процентов.

Спутник Сатурна Феба обращается вокруг планеты в обратную сторону.

Характеристики планеты:

• Расстояние от Солнца: 1 427 млн км
• Диаметр планеты: ~ 120 000 км *
• Сутки на планете: 10ч 13мин 23с **
• Год на планете: 29,46 лет ***
• t° на поверхности: -180°C
• Атмосфера: 96% водород; 3% гелий; 0,4% метан и следы других элементов
• Спутники: 18

* диаметр по экватору планеты
** период вращения вокруг собственной оси (в земных сутках)
*** период обращения по орбите вокруг Солнца (в земных сутках)

Сатурн является шестой по счету планетой от Солнца - среднее расстояние до светила составляет почти 9,6 а. е. (≈780 млн. км).

Презентация: планета Сатурн

Период обращения планеты по орбите составляет 29,46 лет, а время оборота вокруг своей оси - почти 10 ч 40 мин. Экваториальный радиус Сатурна составляет 60268 км, а его масса - более 568 тысяч миллиардов мегатонн (при средней плотности планетарного вещества ≈0,69 г/куб. см). Таким образом, Сатурн является второй по размеру и массе планетой Солнечной системы после Юпитера. На уровне атмосферного давления 1 бар температура атмосферы равна 134 К.

Внутреннее строение

Основными химическими элементами, составляющими Сатурн, являются водород и гелий. Эти газы переходят при высоком давлении внутри планеты сначала в жидкое состояние, а затем (на глубине 30 тыс. км) в твердое, поскольку в существующих там физических условиях (давление ≈3 млн. атм.) водород приобретает металлическую структуру. В этой металлической структуре создается сильное магнитное поле, его напряженность на верхней границе облаков в районе экватора равна 0,2 Гс. Ниже слоя металлического водорода располагается твердое ядро из более тяжелых элементов, например, железа.

Атмосфера и поверхность

Помимо водорода и гелия атмосфера планеты содержит небольшие количества метана, этана, ацетилена, аммиака, фосфина, арсина, германа и других веществ. Средняя молекулярная масса составляет 2,135 г/моль. Основная характеристика атмосферы - однородность, которая не позволяет различить на поверхности мелкие детали. Скорость ветров на Сатурне высокая - на экваторе достигает 480 м/с. Температура верхней границы атмосферы равна 85 К (-188°C). В верхних слоях атмосферы много метановых облаков - несколько десятков поясов и ряд отдельных вихрей. Кроме того, здесь довольно часто наблюдаются мощные грозы и полярные сияния.

Спутники планеты Сатурн

Сатурн уникальная планета, которая имеет систему колец с миллиардами маленьких объектов частиц льда, железных и каменных пород, а также много спутников - все они вращаются вокруг планеты. Некоторые спутники имеют крупные размеры. Например, Титан, один из крупных спутников планет в Солнечной системе, уступающий по размерам лишь спутнику Юпитера Ганимеду. Титан единственный спутник во всей Солнечной системе, который имеет атмосферу, причем имеющую сходство с земной, где давление всего в полтора раза выше, чем у поверхности планеты Земля. Всего спутников у Сатурна из уже открытых 62, у них есть собственные орбиты вокруг планеты, остальные частицы и мелкие астероиды входят в так называемую систему колец. Все новые спутники начинают открываться исследователям, так на 2013 год последними подтвержденными спутниками стали Эгеон и S/2009 S 1.

Главной особенностью Сатурна, отличающей его от других планет, является огромная система колец - ее ширина составляет почти 115 тыс. км при толщине порядка 5 км. Составными элементами этих образований являются частицы (их размер доходит до нескольких десятков метров), состоящие изо льда, оксида железа и каменных пород. Кроме системы колец эта планета имеет большое количество естественных спутников - около 60. Самым большим является Титан (этот спутник второй по величин в Солнечной системе), радиус которого превышает 2,5 тыс. км.

С помощью межпланетного аппарата Cassini было запечатлено уникальное явление на планете гроза. Оказывается, на Сатурне также, как и на нашей планете Земля, случаются грозы, только происходят они во много раз реже, а вот продолжительность грозы длится в течении нескольких месяцев. Данная гроза на видео длилась на Сатурне с января по октябрь в 2009 году и была самым настоящим штормом на планете. На видео также слышны радиочастотные потрескивания (характеризующие вспышки молний), как сказал об этом необыкновенном явлении Georg Fischer (ученый Института космических исследований в Австрии) - "Впервые мы одновременно наблюдаем молнии и слышим радиоданные"

Изучение планеты

Первым наблюдал Сатурн в 1610 году Галилей в свой телескоп с 20-кратным увеличением. Кольцо было открыто Гюйгенсом 1658 году. Наибольший же вклад в изучение этой планеты внес Кассини, открывший несколько спутников и разрывы в структуре кольца, самый широкий из которых носит его имя. С развитием космонавтики изучение Сатурна было продолжено с применением автоматических космических аппаратов, первым из которых был Пионер-11 (экспедиция состоялась в 1979 году). Продолжены космические исследования были аппаратами из серии Вояджер и Кассини-Гюйгенс.

Планета Сатурн, пожалуй, имеет самый необычный вид среди всех планет Солнечной системы. Даже мало знакомый с астрономией человек легко узнает Сатурн по огромным кольцам, которые его опоясывают. Однако кольца являются не единственной интересной деталью, которые человечеству удалось узнать о гигантской загадочной планете.

Две теории возникновения Сатурна

Как возник и сформировался Сатурн доподлинно неизвестно. Однако существуют две теории, с помощью которых это пытаются объяснить.

1. Теория аккреции (то есть, прироста). Согласно этой теории, образование планеты проходило в два этапа: сначала Сатурн сформировался по принципу твёрдых планет, а затем в его атмосферу стало попадать всё больше газообразных веществ из зоны Юпитера, что в конце концов повлияло на состав Сатурна.
2. Теория контракции (то есть, притяжения). Теория притяжения гласит, что Сатурн образовался в ранний этап формирования нашей Солнечной системы из огромных сгустков космического вещества.

История названия

Название «Сатурн» имеет древнеримское происхождение. Изначально Сатурн был римским богом-земледельцем и покровителем строительства, и поэтому пользовался в народе огромным уважением. Именно в его честь в декабре римляне устраивали грандиозные празднества, которые назывались Сатурналии. Однако потом популярность Сатурна уменьшилась, так как его стали отождествлять с древнегреческим Кроносом - богом времени, титаном и отцом главных олимпийских богов, который пожирал своих детей и затем был свергнут своим сыном Зевсом.

О параметрах

Сатурн расположен между Юпитером с одной стороны, и Ураном - с другой. Относительно Солнца Сатурн находится на шестом месте. Данная планета считается «газовым гигантом», это делает её схожей с Ураном, Юпитером и Нептуном. Сатурн, как и все планеты этой группы, практически полностью состоит из газообразных веществ и поэтому на нём отсутствует твёрдая поверхность.

Сатурн - вторая по величине планета, уступает лишь Юпитеру - своему "соседу слева". Масса Сатурна больше массы нашей планеты практически в 90 раз, а диаметр его экватора составляет 120536 км, что больше экватора Земли почти в 10 раз. Однако по плотности Земля остаётся впереди (в 8 раз), а плотность Сатурна уступает не только всем остальным планетам Солнечной системы, но даже воде.

На полный оборот вокруг собственной оси окольцованный гигант тратит всего 10 с половиной часов, однако, на полное обращение вокруг Солнца он тратит чуть меньше 30 лет. Для сравнения, у Земли это занимает 24 часа и 1 год. Интересен тот факт, что Сатурн обращается вокруг своей оси быстрее, чем вокруг орбиты, это делает «кольцевую планету» по-настоящему уникальной.

Знаменитые кольца

Как известно, кольцами обладают все планеты газовой группы. Однако именно кольца Сатурна являются самыми заметными и выделяют его среди прочих планет. Ещё голландский исследователь Христиан Гюйгенс предполагал, что кольца Сатурна состоят из огромного количества мелких частиц и не являются сплошными. Более поздние исследования подтвердили его догадку.

Всего существует 4 кольца Сатурна. Три из них являются главными, а четвёртое является более тонким, и поэтому менее заметным. Главные кольца принято обозначать тремя литерами латинского алфавита - A, B и C.

1. Кольцо А. Расстояние до Сатурна: от 122 200 до 136 800 км. Ширина: 14 600 км.
2. Кольцо В. Расстояние до Сатурна: от 92 000 до 117 500 км. Ширина: 25 500 км.
3. Кольцо С. Расстояние до Сатурна: от 74 500 до 92 000 км. Ширина: 17 500 км.

При близком рассмотрении становится заметно, что главные кольца Сатурна на самом деле состоят из более мелких колец, отделённых друг от друга «щелями». Частицы, из которых образуются кольца, почти полностью состоят изо льда. Интересен следующий факт: имея колоссальный диаметр, кольца Сатурна являются крайне тонкими, их толщина даже не превышает 1 км.

Некоторая информация о спутниках

На сегодняшний день науке известны 62 естественных спутника Сатурна, 53 из которых названы собственными именами. В целом они делятся на регулярные (24 штуки) и нерегулярные (38 штук). По большей части они имеют малый размер и состоят изо льда и камней.

Крупнейшим спутником Сатурна считается Титан, который по величине является вторым в системе, уступая только Ганимеду.

Любопытен следующий факт: «Кассини» - знаменитый космический аппарат, обнаружил ещё один вид спутников Сатурна, которые находятся прямо в кольцах планеты. Учёные предполагают, что их количество составляет несколько миллионов.

Атмосфера кольцевого гиганта

Как правило, атмосфера Сатурна условно делится на два главных слоя: нижний и верхний.

Нижний слой атмосферы состоит из воды и гидросульфита аммония.

Верхний слой атмосферы планеты практически полностью состоит из водорода (более, чем на 96%). Помимо этого, в его составе присутствуют гелий (менее 4%) и примеси других веществ: этана, аммиака, метана, фосфина и прочих газов.

Наука располагает данными, согласно которым на Сатурне периодически появляются ураганы огромной мощности. Кроме того, в атмосфере Сатурна наблюдаются ветра, при том очень сильные (500 метров в секунду!). Как правило, они дуют на восток, то есть по осевому вращению и наиболее сильно проявляются ближе к экватору.

Особенно интересен следующий факт - на одном из полюсов планеты можно обнаружить новый вид полярного сияния в виде овальных колец. Впервые этот феномен был обнаружен английскими астрономами, а в дальнейшем с помощью полученных инфракрасных и ультрафиолетовых фотоснимков Сатурна, учёные смогли предположить, что, вероятно, это связано с колебаниями магнитосферы планеты из-за «солнечного ветра».

Сатурн может «похвастаться» ещё одним явлением, знакомым каждому землянину. Шторма и ураганы на планете очень сильно влияют на электромагнитную активность Сатурна, что вызывает мощные молнии в его атмосфере.

Каков Сатурн изнутри?

Внутренний состав Сатурна довольно сильно схож с составом Юпитера. Основным компонентом внутреннего строения планеты, как и её атмосферы, является водород.

Структура Сатурна:

• Поверхностный слой. Предположительно, состоит из гелия и жидкого (молекулярного) водорода.
• Внутренний слой. Состоит из тех же элементов, что и верхний слой. Однако в данном случае водород под действием давления превратился в из жидкого в металлический. Судя по всему, именно металлический водородный слой создаёт магнитосферу Сатурна.
• Ядро. Расположено в самом центре планеты, и состоит изо льда, силикатных и металлических элементов.

Загадочный шестиугольник

Во время выполнения своей миссии космические зонды «Вояджер», а затем и космическая станция «Кассини» передали на Земли несколько снимков Сатурна, на которых учёные обнаружили «шестиугольник» - непонятное атмосферное явление на северном полюсе планеты в виде шестиугольника правильной формы. Его поперечная длина - 25 000 км.

Объяснения этого феномена не существует до сих пор, однако учёные делают предположение, что «шестиугольник» является очень мощным и устойчивых атмосферным вихрем.

• Сатурн сформировался более чем 4 миллиардов лет назад.
• Планета хорошо видна с Земли даже через простой телескоп.
• В зависимости от времени года планета меняет свою окраску.
• На планете происходит смена времён года.
• Сам Сатурн отражает свет гораздо меньше, чем его кольца.
• Индусы сопоставляли Сатурн со своим богом Шани - воплощением злого рока.
• Астрология называет Сатурн недобрым куратором, который символизирует неизбежную судьбу.
• Алхимики связывали Сатурн со свинцом - одним из главных химических элементов.
• Самая низкая температура во всей Солнечной системе была замечена именно на Сатурне.

Сатурн – шестая от Солнца планета Солнечной системы, одна из планет-гигантов. Характерная особенность Сатурна, его украшение, – система колец, состоящих в основном изо льда и пыли. Обладает множеством спутников. Сатурн был назван древними римлянами в честь особо почитаемого ими бога земледелия.

Краткая характеристика

Сатурн – вторая планета в Солнечной системе по величине после Юпитера, его масса составляет примерно 95 масс Земли. Сатурн вращается вокруг Солнца на среднем расстоянии около 1430 миллионов километров. Расстояние до Земли составляет 1280 млн. км. Период его обращения – 29,5 лет, а сутки на планете длятся десять с половиной часов. Состав Сатурна практически не отличается от солнечного: основные элементы – водород и гелий, а также многочисленные примеси аммиака, метана, этана, ацетилена и воды. По внутреннему же составу он больше напоминает Юпитер: ядро из железа, воды и никеля, покрытое тонкой оболочкой из металлического водорода. Атмосфера из огромного количества газообразного гелия и водорода толстым слоем обволакивает ядро. Поскольку планета состоит главным образом из газа, а твердая поверхность отсутствует, Сатурн причисляют к газовым гигантам. По той же причине его средняя плотность невероятно мала – 0,687 г/см 3 , что меньше плотности воды. Это делает его наименее плотной планетой в системе. Однако степень сжатия у Сатурна наоборот самая высокая. Это означает, что его экваториальный и полярный радиусы сильно различаются по величине – 60 300 км и 54 400 км соответственно. Из этого также следует большая разница в скоростях для различных частей атмосферы в зависимости от широты. Средняя скорость вращения вокруг оси – 9,87 км/с, а орбитальная скорость – 9,69 км/с.

Величественное зрелище представляет собой система колец Сатурна. Они состоят из обломков льда и камней, пыли, остатков бывших спутников, разрушенных его гравитационным
полем. Они расположены очень высоко над экватором планеты, примерно в 6 – 120 тысячах километров. Однако сами кольца очень тонкие: каждый из них толщиной порядка километра. Всю систему делят на четыре кольца – три основных и одно более тонкое. Первые три принято обозначать латинскими буквами. Среднее кольцо В, самое яркое и широкое, отделено от кольца А пространством, называемым щелью Кассини, в котором расположились самые тонкие и практически прозрачные кольца. Малоизвестно, что на самом деле кольца имеются у всех четырех планет-гигантов, но у всех, кроме Сатурна, они почти не заметны.

В настоящее время известно 62 спутника Сатурна. Крупнейшие из них – Титан, Энцелад, Мимас, Тефия, Диона, Япет и Рея. Титан – самый крупный из спутников – во многом похож на Землю. Он имеет атмосферу, разделенную на слои, а также жидкость на поверхности, что уже сейчас является доказанным фактом. Более мелкие объекты предположительно являются обломками астероидов, и их размер может составлять менее километра.

Образование планеты

Существует две гипотезы происхождения Сатурна:

Первая – гипотеза «контракции» – гласит, что Солнце и планеты сформировались одинаково. На начальных этапах своего развития Солнечная система представляла собой диск из газа и пыли, в котором постепенно образовывались отдельные участки, более плотные и массивные, чем окружавшее их вещество. В результате эти «сгущения» дали начало Солнцу и известным нам планетам. Этим объясняется схожесть состава у Сатурна и Солнца и его малая плотность.

Согласно второй гипотезе «аккреции», образование Сатурна шло в два этапа. Первый – формирование в газопылевом диске плотных тел наподобие твердых планет земной группы. В это время часть газов в области Юпитера и Сатурна рассеялась в космическое пространство, чем объясняется небольшая разница в составе у этих планет с Солнцем. На втором этапе более крупные тела притягивали на себя газ из окружавшего их облака.

Внутреннее строение

Внутренняя область Сатурна разделяется на три слоя. В центре находится небольшое по сравнению с общим объемом, но массивное ядро из силикатов, металлов и льда. Его радиус составляет примерно четверть радиуса планеты, а масса – от 9 до 22 земных масс. Температура в ядре – около 12 000 °C. Энергия, излучаемая газовым гигантом, в 2,5 раза превышает энергию, получаемую ей от Солнца. Причин этому несколько. Во-первых, источником внутреннего тепла могут быть запасы энергии, накопленные при гравитационном сжатии Сатурна: при формировании планеты из протопланетного диска гравитационная энергия пыли и газа переходила в кинетическую, а затем в тепловую. Во-вторых, часть тепла создается за счет механизма Кельвина-Гельмгольца: при падении температуры падает и давление, из-за чего вещество планеты сжимается, и потенциальная энергия переходит в тепло. В-третьих, в результате конденсации капель гелия и их последующего падения сквозь слой водорода внутрь ядра также может происходить генерация теплоты.

Ядро Сатурна окружает слой водорода в металлическом состоянии: он находится в жидкой фазе, но обладает свойствами металла. Такой водород обладает очень высокой электропроводностью, следовательно, циркуляция токов в нем создает мощное магнитное поле. Здесь, на глубине около 30 тыс. км, давление достигает 3 миллионов атмосфер. Выше этого уровня находится слой жидкого молекулярного водорода, который с высотой постепенно становится газом, соприкасаясь с атмосферой.

Атмосфера

Поскольку газовые планеты не имеют твердой поверхности, сложно определить точно, где именно начинается атмосфера. Для Сатурна за такой нулевой уровень принята высота, на которой происходит кипение метана. Основные компоненты атмосферы – водород (96,3 %) и гелий (3,25 %). Также спектроскопические исследования обнаружили в ее составе воду, метан, ацетилен, этан, фосфин, аммиак. Давление у верхней границы атмосферы составляет около 0,5 атм. На этом уровне конденсируется аммиак и образуются облака белого цвета. В нижней части облака состоят из кристаллов льда и капелек воды.

Газы в атмосфере постоянно движутся, вследствие чего они принимают вид полос, параллельных диаметру планеты. Такие же полосы есть и на Юпитере, однако на Сатурне они гораздо более тусклые. Из-за конвекции и быстрого вращения образуются невероятно сильные ветра, самые мощные в Солнечной системе. Ветра в основном дуют по направлению вращения, на восток. На экваторе воздушные потоки самые сильные, их скорость может достигать 1800 км/ч. С удалением от экватора ветра ослабевают, появляются западные потоки. Движение газов происходит во всех слоях атмосферы.

Крупные циклоны могут быть очень устойчивы и длиться годами. Раз в 30 лет на Сатурне возникает «Большой белый овал» – сверхмощный ураган, размеры которого каждый раз становятся больше. Во время последнего наблюдения в 2010 году он составлял четвертую часть от всего диска планеты. Также межпланетными станциями было обнаружено необычное образование в виде правильного шестиугольника на северном полюсе. Его форма стабильна вот уже в течение 20 лет после первого наблюдения. Каждая его сторона составляет 13 800 км – больше диаметра Земли. Для астрономов до сих пор остается загадкой причина образования именно такой формы облаков.

Камеры «Вояджеров» и «Кассини» зафиксировали светящиеся области на Сатурне. Ими оказались полярные сияния. Они располагаются на широте 70-80° и имеют вид очень ярких колец овальной (реже спиральной) формы. Считается, что сияния на Сатурне образуются в результате перестраивания силовых линий магнитного поля. В результате магнитная энергия нагревает окружающие области атмосферы и разгоняет заряженные частицы до высоких скоростей. Кроме того, во время сильных бурь наблюдаются разряды молний.

Кольца

Когда мы говорим о Сатурне, первое, что приходит на ум, – это его удивительные кольца. Наблюдения космических аппаратов показали, что все газовые планеты имеют кольца, но только у Сатурна они отчетливо видны и ярко выражены. Кольца состоят из мельчайших частиц льда, камней, пыли, обломков метеоритов, втянутых гравитацией системы из космического пространства. Они обладают большей отражательной способностью, чем диск самого Сатурна. Система колец состоит из трех основных и более тонкого четвертого. Их диаметр – примерно 250 000 км, а толщина – менее 1 км. Кольца названы буквами латинского алфавита по порядку, от периферии к центру. Кольца А и В между собой разделяются пространством шириной в 4000 км, называемым щелью Кассини. Внутри внешнего кольца А также есть щель – разделительная полоса Энке. Кольцо В – самое яркое и широкое, а С практически прозрачно. Более тусклые и самые близкие к внешней части атмосферы Сатурна кольца D, E, F, G были открыты позже. После того, как космическими станциями были получены снимки планеты, стало ясно, что на самом деле все крупные кольца состоят из множества более тонких колец.

Существует несколько теорий происхождения и образования колец Сатурна. Согласно одной из них, кольца образовались в результате «захвата» планетой некоторых своих спутников. Они разрушались, а их осколки равномерно распределялись по орбите. Вторая гласит, что кольца сформировались вместе с самой планетой из первоначального облака пыли и газа. Частицы, из которых состоят кольца, не могут образовать более крупные объекты наподобие спутников из-за слишком малых размеров, беспорядочного движения и соударений между собой. Стоит заметить, что система колец Сатурна не считается абсолютно стабильной: часть вещества утрачивается, поглощаясь планетой или рассеиваясь в околопланетное пространство, а часть, наоборот, возмещается при взаимодействии комет и астероидов с гравитационным полем.

По своей структуре и составу Сатурн из всех газовых гигантов больше всего сходств имеет с Юпитером. Значительную часть обеих планет составляет атмосфера из смеси водорода и гелия, а также некоторых других примесей. Такой элементный состав практически не отличается от солнечного. Под толстым слоем газов находится ядро изо льда, железа и никеля, покрытое тонкой оболочкой из металлического водорода. Сатурн и Юпитер выделяют большее количество теплоты, чем получают от Солнца, поскольку около половины излучаемой ими энергии обусловлено внутренними тепловыми потоками. Таким образом, Сатурн мог стать второй звездой, но ему не хватило вещества для создания достаточной гравитационной силы, способствующей термоядерному синтезу.

Современные космические наблюдения показали, что облака на северном полюсе Сатурна образуют гигантский правильный шестиугольник, длина каждой из сторон которого 12,5 тысяч км. Структура вращается вместе с планетой и не теряет своей формы уже в течение 20 лет со времени её первого обнаружения. Подобное явление не наблюдается больше нигде в Солнечной системе, и ученым до сих пор так и не удалось его объяснить.

Космические аппараты «Вояджер» обнаружили сильные ветра на Сатурне. Скорости воздушных потоков достигают 500 м/с. Ветра дуют в основном в восточном направлении, хотя при удалении от экватора их сила ослабевает и появляются потоки, направленные на запад. Некоторые данные говорят о том, что циркуляция газов происходит не только в верхних слоях атмосферы, но и на глубине. Также в атмосфере Сатурне периодически появляются ураганы колоссальной мощности. Крупнейший из них – «Большой белый овал» – появляется раз в 30 лет.

Сейчас на орбите Сатурна находится межпланетная станция «Кассини», управляемая с Земли. Она была запущена в 1997 году и достигла планеты в 2004 году. Ее цель – изучение колец, атмосферы и магнитного поля Сатурна и его спутников. Благодаря «Кассини» получено множество высококачественных снимков, обнаружены полярные сияния, упомянутый выше шестиугольник, горы и острова на Титане, следы воды на Энцеладе, ранее неизвестные кольца, которые невозможно было разглядеть с помощью наземных инструментов.

Кольца Сатурна в виде отростков по бокам можно разглядеть даже в небольшой бинокль с диаметром объективов от 15 мм. В телескоп диаметром 60-70 мм уже видно небольшой диск планеты без деталей, окруженный кольцами. В более крупные инструменты (100-150 мм) видны облачные пояса Сатурна, шапки полюсов, тень от колец и некоторые другие детали. В телескопы размером более 200 мм можно прекрасно рассмотреть темные и светлые пятна на поверхности, пояса, зоны, детали строения колец.