Вселенной называется всё сущее на свете. Это и Земля, на которой мы живём, это и горы и моря, покрывающие её поверхность. Это наша Луна и наше Солнце и это бесчисленные звезды, пылающие над нашей головой.
«Мир» никогда не кончится: вселенная была и будет вечна в своём движении и развитии.


Реферат на тему «Сатурн как планета». Реферат на тему сатурн планета


Реферат на тему: Сатурн

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ

2. АТМОСФЕРА И ОБЛАЧНЫЙ СЛОЙ

3. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА САТУРНА

4. КОЛЬЦА

5. СПУТНИКИ

6. СПУТНИКИ САТУРНА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

 

В 1979-1981 годах космические аппараты "Пионер-11", "Вояджер-1" и "Вояджер-2" прошли близ Сатурна. Удалось исследовать планету, ее кольца и спутники с расстояний в тысячи раз более близких, чем при наблюдении с Земли.

ВВЕДЕНИЕ

"МИР ЛЕДЯНЫХ ЛУН"

Космическая геодезия — одна из наиболее молодых наук. так как она напрямую связана с космонавтикой и технологией, она получила бурное развитие. Если вначале использовали космические методы для исследования Земли, то со временем появилась возможность исследовать и другие небесные объекты.

Первым небесным телом, которое было изучено методами космической геодезии, явилась Луна. В изучении Луны преуспели как советские, так и американские ученые.

Затем был предпринят "штурм" Венеры и Марса.

Однако, в исследовании внешних планет приоритет получили американцы. Одним из ярчайших примеров этого успеха явились программы "Пионер" и "Вояджер". В программу этих проектов входило исследование планеты Сатурн. Полеты АМС позволили уточнить основные характеристики планеты и ее спутников.

Данный реферат основан на информации, полученной с помощью этих космических аппаратов.

АТМОСФЕРА И ОБЛАЧНЫЙ СЛОЙ

Всякий, кто наблюдал планеты в телескоп, знает, что на поверхности Сатурна, то есть на верхней границе его облачного покрова, заметно мало деталей и контраст их с окружающим фоном невелик. Этим Сатурн отличается от Юпитера, где присутствует множество контрастных деталей в виде темных и светлых полос, волн, узелков, свидетельствующих о значительной активности его атмосферы.

Возникает вопрос, действительно ли атмосферная активность Сатурна (например скорость ветра) ниже, чем у Юпитера, или же детали его облачного покрова просто хуже видны с Земли из-за большего расстояния (около 1,5 млрд. км.) и более скудного освещения Солнцем (почти в 3,5 раза слабее освещения Юпитера)?

"Вояджерам" удалось получить снимки облачного покрова Сатурна, на которых отчетливо запечатлена картина атмосферной циркуляции: десятки облачных поясов, простирающихся вдоль параллелей, а также отдельные вихри. Обнаружен, в частности, аналог Большого Красного Пят на Юпитера, хотя и меньших размеров. Установлено, что скорости ветров на Сатурне даже выше, чем на Юпитере: на экваторе 480 м/с, или 1700 км/ч. Число облачных поясов больше, чем на юпитере, и достигают они более высоких широт. Таким образом, снимки облачности демонстрируют своеобразие атмосферы Сатурна, которая даже активнее юпитерианской.

Метеорологические явления на Сатурне происходят при более низкой температуре, нежели в земной атмосфере. Поскольку Сатурн в 9,5 раз дальше от Солнца, чем Земля, он получает в 9,5 =90 раз меньше тепла.

Температура планеты на уровне верхней границы облачного покрова, где давление равно 0,1 атм, составляет всего 85 К, или -188 С. Интерес но, что за счет нагревания одним Солнцем даже такой температуры по лучить нельзя. Расчет показывает: в недрах Сатурна имеется свой собственный источник тепла, поток от которого в 2,5 раза больше, чем от Солнца. Сумма этих двух потоков и дает наблюдаемую температуру планеты.

Космические аппараты подробно исследовали химический состав надоблачной атмосферы Сатурна. В основном она состоит почти на 89% из водорода. На втором месте гелий (около 11% по массе). Отметим, что в атмосфере Юпитера его 19%. Дефицит гелия на Сатурне объясняют гравитационным разделением гелия и водорода в недрах планеты: гелий, который тяжелее, постепенно оседает на большие глубины (что, кстати говоря, высвобождает часть энергии, "подогревающей" Сатурн) . Другие газы в атмосфере — метан, аммиак, этан, ацетилен, фосфин присутствуют в малых количествах. Метан при столь низкой температуре (около -188 С) находится в основном в капельно-жидком состоянии. Он образует облачный покров Сатурна.

Что касается малого контраста деталей, видимых в атмосфере Сатурна, о чем говорилось выше, то причины этого явления пока еще не вполне ясны. Было высказано предположение, что в атмосфере взвешена ослабляющая контраст дымка из мельчайших твердых частиц. Но наблюдения "Вояджера-2" опровергают это: темные полосы на поверхности планеты оставались резкими и ясными до самого края диска Сатурна, тогда как при наличии дымки они бы к краям замутнялись из-за большого количества частиц перед ними. Вопрос, таким образом, не может считаться решенным и требует дальнейшего расследования.

Данные, полученные с "Вояджера-1", помогли с большой точностью определить экваториальный радиус Сатурна. На уровне вершины облачного покрова экваториальный радиус составляет 60330 км. или в 9,46 раза больше земного. Уточнен также период обращения Сатурна вокруг оси: один оборот он совершает за 10 ч. 39,4 мин — в 2,25 раза быстрее Земли. Столь быстрое вращение привело к тому, что сжатие Сатурна значительно больше, чем у Земли. Экваториальный радиус Сатурна на 10% больше полярного (у Земли — только на 0,3%) .

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА САТУРНА

До тех пор, пока первые космические аппараты не достигли Сатур на, наблюдательных данных о его магнитном поле не было вообще, но из наземных радиоастрономических наблюдений явствовало, что Юпитер обладает мощным магнитным полем. Об этом свидетельствовало нетепловое радиоизлучение на дециметровых волнах, источник которого оказался больше видимого диска планеты, причем он вытянут вдоль экватора Юпитера симметрично по отношению к диску. Такая геометрия, а также поляризованность излучения свидетельствовали о том, что наблюдаемое излучение магнитно-тормозное и источник его — электроны, захваченные магнитным полем Юпитера и населяющие его радиационные пояса, аналогичные радиационным поясам Земли. Полеты к Юпитеру подтвердили эти выводы.

Поскольку Сатурн весьма сходен с Юпитером по своим физическим свойствам, астрономы предположили, что достаточно заметное магнитное поле есть и у него. Отсутствие же у Сатурна наблюдаемого с Земли магнитно-тормозного радиоизлучения объясняли влиянием колец.

Эти предложения подтвердились. Еще при подлете "Пионера-11" к Сатурну его приборы зарегистрировали в около планетном пространстве образования, типичные для планеты, обладающей ярко выраженным магнитным полем: головную ударную волну, границу магнитосферы (магнитопаузу) , радиационные пояса (Земля и Вселенная, 1980, N2, с. 22-25 Ред.) . В целом магнитосфера Сатурна весьма сходна с земной, но, конечно, значительно больше по размерам. Внешний радиус магнитосферы Сатурна в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса планеты, а расстояние до ударной волны — 26 радиусов. Для сравнения можно напомнить, что внешний радиус земной магнитосферы в подсолнечной точке — около 10 земных радиусов. Так что даже по относительным размерам магнитосфера Сатурна превосходит земную более, чем вдвое.

Радиационные пояса Сатурна настолько обширны, что охватывают не только кольца, но и орбиты некоторых внутренних спутников планеты.

Как и ожидалось, во внутренней части радиационных поясов, которая "перегорожена" кольцами Сатурна, концентрация заряженных частиц значительно меньше. Причину этого легко понять, если вспомнить, что в радиационных поясах частицы совершают колебательные движения примерно в меридиональном направлении, каждый раз пересекая экватор. Но у Сатурна в плоскости экватора располагаются кольца: они поглощают почти все частицы, стремящиеся пройти сквозь них. В результате внутренняя часть радиационных поясов, которая в отсутствие колец была бы в системе Сатурна наиболее интенсивным источником радиоизлучения, оказывается ослабленной. Тем не менее "Вояджер-1", приблизившись к Сатурну, все же обнаружил нетепловое радиоизлучение его радиационных поясов.

В отличие от Юпитера Сатурн излучает в километровом диапазоне длин волн. Заметив, что интенсивность излучения модулирована с периодом 10ч. 39,4 мин., предположили, что это и есть период осевого вращения радиационных поясов, или, другими словами, период вращения магнитного поля Сатурна. Но тогда это и период вращения Сатурна. В самом деле, магнитное поле Сатурна порождается электрическими токами в недрах планеты, — по-видимому, в слое, где под влиянием колоссальных давлений водород перешел в металлическое состояние. При вращении этого слоя с той угловой скоростью вращается и магнитное поле.

Вследствие большой вязкости вещества внутренних частиц планеты все они вращаются с одинаковым периодом. Таким образом, период вращения магнитного поля — это в то же время период вращения большей части массы Сатурна (кроме атмосферы, которая вращается не как твердое тело).

КОЛЬЦА

С Земли в телескоп хорошо видны три кольца: внешнее, средней яркости кольцо А; среднее, наиболее яркое кольцо В и внутреннее, не яркое полупрозрачное кольцо С, которое иногда называется креповым.

Кольца чуть белее желтоватого диска Сатурна. Расположены они в плоскости экватора планеты и очень тонки: при общей ширине в радиальном направлении примерно 60 тыс. км. они имеют толщину менее 3 км. Спектроскопически было установлено, что кольца вращаются не так, как твердое тело, — с расстоянием от Сатурна скорость убывает. Более того, каждая точка колец имеет такую скорость, какую имел бы на этом расстоянии спутник, свободно движущийся вокруг Сатурна по круговой орбите. Отсюда ясно: кольца Сатурна по существу представляют собой колоссальное скопление мелких твердых частиц, самостоятельно обращающихся вокруг планеты. Размеры частиц столь малы, что их не видно не только в земные телескопы, но и с борта космических аппаратов.

Характерная особенность строения колец — темные кольцевые промежутки (деления), где вещества очень мало. Самое широкое из них (3500 км) отделяет кольцо В от кольца А и называется "делением Кассини" в честь астронома, впервые увидевшего его в 1675 году. При исключительно хороших атмосферных условиях таких делений с Земли видно свыше десяти. Природа их, по-видимому, резонансная. Так, деление Кассини — это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг Сатурна ровно вдвое меньше, чем у ближайшего крупного спутника Сатурна — Мимаса. Из-за такого совпадения Мимас своим притяжением как бы раскачивает частицы, движущиеся внутри деления, и в конце концов выбрасывает их оттуда.

Бортовые камеры "Вояджеров" показали, что с близкого расстояния кольца Сатурна похожи на граммофонную пластинку: они как бы расслоены на тысячи отдельных узких колечек с темными прогалинами между ни ми. Прогалин так много, что объяснить их резонансами с периодами об ращения спутников Сатурна уже невозможно.

Чем же объясняется эта тонкая структура? Вероятно, равномерное распределение частиц по плоскости колец механически неустойчиво.

Вследствие этого возникают круговые волны плотности — это и есть наблюдаемая тонкая структура.

Помимо колец А, В и С "Вояджеры" обнаружили еще четыре: D, E, F и G. Все они очень разрежены и потому неярки. Кольца D и E с трудом видны с Земли при особо благоприятных условиях; кольца F и G обнаружены впервые.

Порядок обозначения колец объясняется историческими причинами, поэтому он не совпадает с алфавитным. Если расположить кольца по мере их удаления от Сатурна, то мы получим ряд: D, C, B, A, F, G, E.

Особый интерес и большую дискуссию вызвало кольцо F. К сожалению, вывести окончательное суждение об этом объекте пока не уда лось, так как наблюдения двух "Вояджеров" не согласуются между со бой. Бортовые камеры "Вояджера-1" показали, что кольцо F состоит из нескольких колечек общей шириной 60 км., причем два из них перевиты друг с другом, как шнурок. Некоторое время господствовало мнение, что ответственность за эту необычную конфигурацию несут два небольших новооткрытых спутника, движущихся непосредственно вблизи кольца F, — один из внутреннего края, другой — у внешнего (чуть медленнее первого, так как он дальше от Сатурна). Притяжение этих спутников не дает крайним частицам уходить далеко от его середины, то есть спутники как бы "пасут" частицы, за что и получили название "пастухов".

Они же, как показали расчеты, вызывают движение частиц по волнистой линии, что и создает наблюдаемые переплетения компонентов кольца. Но "Вояджер-2", прошедший близ Сатурна девятью месяцами позже, не обнаружил в кольце F ни переплетений, ни каких-либо других искажений фор мы, — в частности, и в непосредственной близости от "пастухов". Таким образом, форма кольца оказалась изменчивой. Для суждения о причинах и закономерностях этой изменчивости двух наблюдений, конечно, мало. С Земли же наблюдать кольцо F современными средствами невозможно — яркость его слишком мала. Остается надеяться, что более тщательное исследование полученных "Вояджерами" снимков кольца прольет свет на эту проблему.

Кольцо D — ближайшее к планете. Видимо, оно простирается до самого облачного шара Сатурна. Кольцо E — самое внешнее. Крайне раз ряженное, оно в то же время наиболее широкое из всех — около 90 тыс. км. Величина зоны, которую оно занимает, от 3,5 до 5 радиусов плане ты. Плотность вещества в кольце E возрастает по направлению к орбите спутника Сатурна Энцелада. Возможно, Энцелад источник вещества этого кольца.

Частицы колец Сатурна, вероятно, ледяные, покрытые сверху инеем. Это было известно еще из наземных наблюдений, и бортовые приборы космических аппаратов лишь подтвердили правильность такого вывода.

Размеры частиц главных колец оценивались из наземных наблюдений в пределах от сантиметров до метров (естественно, частицы не могут быть одинаковыми по величине: не исключается также, что в разных кольцах типичный поперечник частиц различен) .

Когда "Вояджер-1" проходил вблизи Сатурна, радиопередатчик космического аппарата последовательно пронизывал радиолучом не волне 3,6 см. кольцо А, деление Кассини и кольцо С. Затем радиоизлучение было принято на Земле и подверглось анализу. Удалось выяснить, что частицы указанных зон рассеивают радиоволны преимущественно вперед, хотя и несколько по-разному. Благодаря этому оценили средний попе речник частиц кольца А в 10 м, деления Кассини — в 8 м и кольца С в 2 м.

Сильное рассеяние вперед, но на этот раз в видимом свете, обнаружено у колец F и E. Это означает наличие в них значительного количества мелкой пыли (поперечник пылинки около десятитысячных долей миллиметра).

В кольце В обнаружили новый структурный элемент радиальные образования, получившие названия "спиц" из-за внешнего сходства со спицами колеса. Они также состоят из мелкой пыли и расположены над плоскостью кольца. Не исключено, что "спицы" удерживаются там силами электростатического отталкивания. Любопытно отметить: изображения "спиц" были найдены на некоторых зарисовках Сатурна, сделанных еще в прошлом веке. Но тогда никто не придал им значения.

Исследуя кольца, "Вояджеры" обнаружили неожиданным эффект многочисленные кратковременные всплески радиоизлучения, поступающего от колец. Это не что иное, как сигналы от электростатических разрядов — своего рода молнии. Источник электризации частиц, по-видимому, столкновения между ними.

Кроме того, была открыта окутывающая кольца газообразная атмосфера из нейтрального атомарного водорода. "Вояджерами" наблюдалась линия Лайсан-альфа (1216 А) в ультрафиолетовой части спектра. По ее интенсивности оценили число атомов водорода в кубическом сантиметре атмосферы. Их оказалось примерно 600. Нужно сказать, некоторые ученые задолго до запуска к Сатурну космических аппаратов предсказывали возможность существования атмосферы у колец Сатурна.

"Вояджерами" была также сделана попытка измерить массу колец.

Трудность состояла в том, что масса колец по крайней мере в миллион раз меньше массы Сатурна. Из-за этого траектория движения космического аппарата вблизи Сатурна в громадной степени определяется мощным притяжением самой планеты и лишь ничтожно возмущается слабым притяжением колец. Между тем именно слабое притяжение и необходимо выявить.

Лучше всего для этой цели подходила траектория "Пионера-11". Но анализ измерений траектории аппарата по его радиоизлучению показал, что кольца (в пределах точности измерений) на движение аппарата не повлияли. Точность же составила 1,7 х 10 массы Сатурна. Иными словами, масса колец заведомо меньше 1,7 миллионных долей массы планеты.

СПУТНИКИ

Если до полетов космических аппаратов к Сатурну было известно 10 спутников планеты, то сейчас мы знаем 17 (Земля и Вселенная, 1981, N2, с. 40-45-Ред.). Новые семь спутников весьма малы, но тем не менее некоторые из них оказывают серьезное влияние на динамику системы Сатурна. Таков, например, маленький спутник, движущийся у внешнего края кольца А; он не дает частицам кольца выходить за пределы этого края. Это Атлас. (В греческой мифологии многоглазый великан, стерегущий по приказу богини Геры возлюбленную Зевса Ио. В переносом смысле — бдительный страж).

Титан является вторым по величине спутником в Солнечной Системе. Его радиус равен 2575 километров. Его масса составляет 1,346 х 10 грумм (0,022 массы Земли) , а средняя плотность 1,881 г/см. Это единственный спутник, обладающий значительной атмосферой, причем его атмосфера плотнее, чем у любой из планет земной группы, исключая Венеру. Титан подобен Венере еще и тем, что у него имеются глобальная дымка и даже небольшой тепличный подогрев у поверхности. В его атмосфере, вероятно, имеются метановые облака, но это твердо не установлено. Хотя в инфракрасном спектре преобладают метан и другие углеводороды, основным компонентом атмосферы является азот, который проявляется в сильных УФ-эмиссиях. Верхняя атмосфера весьма близка к изотермическому состоянию на всем пути от стратосферы до экзосферы, а температура на поверхности с точностью до нескольких градусов одинакова по всей сфере и равна 94 К. Радиусы темно-оранжевых или коричневых частиц стратосферного аэрозоля в основном не превышают 0,1 мкм, а на больших глубинах могут существовать более крупные частицы.

Предполагается, что аэрозоли являются конечным продуктом фотохимических превращений метана и что они аккумулируются на поверхности (или растворяются в жидком метане или этане). Наблюдаемые углеводороды и органические молекулы могут возникать при естественных фото химических процессах.

Удивительным свойством верхней атмосферы являются УФ-эмиссии, приуроченные к дневной стороне, но слишком яркие, чтобы их могла возбудить поступающая солнечная энергия. Водород быстро диссипирует, пополняя наблюдаемый тор, вместе с некоторым количеством азота, выбиваемого при диссоциации N2 электронными ударами. На основе наблюдаемого расщепления температуры можно построить глобальную систему ветров.

Глобальный состав Титана, по-видимому, определяется тем набором конденсируемых веществ, которые образовались в плотном газовом диске вокруг прото-Сатурна. Существуют три возможных сценария происхождения: холодная аккреция (означающая, что повышение температуры в ходе образования пренебрежимо мало) , горячая аккреция при отсутствии плотной газовой фазы и горячая аккреция в присутствии плотной газовой фазы.

Вероятно наличие горячего дегидротированного силикатного ядра, а также расплавленного слоя NH -H O, однако детальное расположение ледяных слоев в настоящее время достоверно неизвестно. Конвекция пре обладает повсюду, кроме внешней оболочки.

Япет. Возможно, что самый таинственный из спутников Сатурна, Япет, является единственным по интервалу альбедо его поверхности от 0,5 (типичное значение для ледяных тел) до 0,05 в центральных частях его ведущего по ходу обращения полушария. "Вояджером — 1" бы ли получены изображения с максимальным разрешением 50 км/пара линий, показывающие в основном полушарие обращенное к Сатурну, и границу между ведущей (темной) и ведомой (светлой) сторонами. Было зарегистрировано огромное экваториальное темное кольцо диаметром около 300 км с долготой центра около 300. Вояджеровские наблюдения, полученные с наибольшим разрешением, показывают, что светлая сторона (и особенно область северного полюса) сильно кратеризована: поверхностная плотность составляет 205+16 кратеров (D>30 км) на 10 км.

Экстраполяция до диаметров 10 км приводит к плотности более 2000 кратеров (D>10 км) на 10 км. Такая плотность сравнима с плотностями на других сильно кратеризованных телах, таких, как Меркурий и Каллисто, или с плотностью кратеров на лунных континентах. Характерной чертой границы между темной и светлой областями на Япете является существование многочисленных кратеров с темным дном на свет лом веществе и отсутствие на темном веществе кратеров со светлым дном или кратеров с гало (или других белых пятен). Плотность Япета, равная 1,16+0,09 г/см характерна для ледяных Спутников Сатурна и согласуется с моделями, в которых водяной лед является главной составляющей. Белл считает, что темное вещество является основным компонентом исходного конденсата, из которого образовался Япет.

Рея. Почти двойник Япета по размерам, но без его темного вещества, Рея может представлять собой относительно простой прототип ледяного спутника внешних областей Солнечной системы. Диаметр Реи 1530 км, а плотность 1,24+0,05 г/см. Ее геометрическое альбедо равно 0,6 и оказывается подобным альбедо полюсов и ведомого полушария Япета.

СПУТНИКИ САТУРНА

Это позволило сделать важный шаг в исследовании природы спутников. Зная диаметр спутника, легко вычислить его объем. Разделив массу спутника на объем, получим среднюю плотность — характеристику, помогающую установить, из каких веществ состоит данное небесное тело. Выяснилось, что плотности внутренних спутников Сатурна от Мимаса до Реи, а также Япета — близки к плотности воды: от 1,0 до 1,4 г/см, Есть основания полагать, что эти спутники главным образом, и состоят из воды (конечно, не жидкой, так как их температура около -180 С). Тефия, плотность которой 1 г/см, особенно похожа на кусок чистого льда. В других спутниках также должна иметься большая или меньшая примесь каменистых веществ.

"Вояджеры" подходили к спутникам Сатурна так близко, что уда лось не только определить диаметры спутников, но и передать на Землю изображения их поверхности. Уже составлены первые карты спутников.

Наиболее распространенные образования на их поверхности — кольцевые кратеры, подобные лунным. Происхождение кратеров ударное: летящее в межпланетном пространстве метеорное тело сталкивается со спутником, его космическая скорость почти мгновенно падает до нуля, кинетическая энергия переходит в тепло. Происходит взрыв с образованием кольцевого кратера.

Некоторые кратеры нужно упомянуть особо. Например, большой кратер на маленьком Мимасе. Диаметр кратера около 130 км, или треть диаметра спутника. Вероятно, ударного кратера большего размера на Мимасе быть не может. При несколько большей кинетической энергии космического тела, нанесшего удар, Мимас разлетелся бы на куски.

Множество кратеров, которые мы сейчас видим на снимках спутников Сатурна, это летопись их истории, уходящая вглубь времен по меньшей мере на сотни миллионов лет. Отметины, произведенные небесными камнями, свидетельствуют, что в отдаленную эпоху формирования планетной системы околосолнечное пространство (по крайней мере до орбиты Сатурна) было насыщено множеством отдельных твердых тел, из которых постепенно сложились планеты и спутники. И даже после того, как формирование планет и спутников в основном завершилось, остаток этих твердых тел долгое время продолжал двигаться в пространстве.

Таковы, в основном, наши сегодняшние сведения о Сатурне. Необходимо только оговориться, что в первую очередь речь шла о непосредственных фактических данных. Более глубокие выводы, которые могут быть из них сделаны и, вероятно, будут сделаны, потребуют длительной работы ученых. Она еще впереди.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В своей работе я попытался обобщить результаты, полученные "Пионером" и "Вояджером", о Сатурне и его спутниках. По этим данным была построена планетоцентрическая система координат и уточнена теория колец Сатурна.

В связи с этим появились новые перспективы развития космической геодезии. К 1995 году намечен запуск американского проекта "Кассини", который проверит гипотезы о происхождении и эволюции системы Сатурна, в частности Титана. "Кассини" уточнит данные, полученные предыдущими миссиями, а также исследует малые ледяные спутники Сатурна.

ЛИТЕРАТУРА

1. Коновалов С.Н. "Планеты открытые заново". М.: Наука, 1981.

2. Куликовский Е.П. "Справочник любителя и астронома". М.: Наука, 1977.

3. "Земля и Вселенная" N 4,1982.

4. "Система Сатурна", М., Мир, 1990 г.

5. Цикл "Семья Солнца: планеты и спутники Солнечной системы". М.: Мир, 1984.

referati-besplatno.ru

Реферат на тему Сатурн

                                                                           РЕФЕРАТ  ПО  АСТРОНОМИИ                                                          на тему:                           “Cатурн”                                                                                                                                                                            Выполнил:                                                                                                                   Дорогавцев И.                                                                                                                                                                                                                                                                                  2002 г           Сатурн (астрономический знак H), планета, среднее расстояние от Солнца 9,54 а. е., период обращения 29,46 года, период вращения на экваторе (облачный слой) 10,2 ч, экваториальный диаметр 120 660 км, масса 5,68·1026 кг, имеет 17 спутников, в состав атмосферы входят СН4, Н2, Не, NН3. У Сатурна обнаружены радиационные пояса. Сатурн -планета, имеющая кольца.                                                                                                       Сатурн , шестая от Солнца, вторая по размерам после Юпитера большая планета Солнечной системы; относится к планетам-гигантам. Эллиптическая орбита Сатурна имеет эксцентриситет 0,0556 и средний радиус 9,539 а. е. (1427 млн. км). Максимальное и минимальное расстояния от Солнца равны приблизительно 10 и 9 а. е. Расстояния от Земли меняются от 1,2 до 1,6 млрд. км. Наклон орбиты планеты к плоскости эклиптики 2°29,4. Угол между плоскостями экватора и орбиты достигает 26°44. Сатурн  движется по своей орбите со средней скоростью 2,64 км/с; период обращения вокруг Солнца составляет 29,46 земных лет. Планета не имеет четкой твердой поверхности, оптические наблюдения затрудняются непрозрачностью атмосферы. Для экваториального и полярного радиусов приняты значения 60 тыс. км и 53,5 тыс. км. Средний радиус Сатурна в 9,1 раз больше, чем у Земли. На земном небе Сатурн выглядит как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звездной величины. Масса Сатурна составляет 5,68 · 1026 кг, что в 95,1 раз превосходит массу Земли; при этом средняя плотность Сатурна, равная 0,68 г/см3, почти на порядок меньше, чем плотность Земли. Ускорение свободного падения у поверхности Сатурна на экваторе равно 9,06 м/с2. Поверхность Сатурна (облачный слой), как и Юпитера, не вращается как единое целое. Тропические области в атмосфере Сатурна обращаются с периодом 10 ч 14 мин земного времени, а на умеренных широтах этот период на 26 мин больше.

Строение планеты

            У Сатурна, как и у Юпитера, имеется очень плотная атмосфера. На верхней границе его облачного покрова, заметно мало деталей и контраст их с окружающим фоном невелик. Этим Сатурн отличается от Юпитера, где присутствует множество контрастных деталей в виде темных и светлых полос, волн, узелков, свидетельствующих о значительной активности его атмосферы.             Установлено, что скорости ветров на Сатурне даже выше, чем на Юпитере: на экваторе 1700 км/ч. Число облачных поясов больше, чем на Юпитере, и достигают они более высоких широт. Таким образом, снимки облачности демонстрируют своеобразие атмосферы Сатурна, которая даже активнее юпитерианской. Метеорологические явления на Сатурне происходят при более низкой температуре, нежели в земной атмосфере. Температура планеты на уровне верхней границы облачного покрова, где давление равно 0,1 атм., составляет всего -188о С. Интересно, что за счет нагревания одним Солнцем даже такой температуры получить нельзя. Расчет показывает: в недрах Сатурна имеется свой собственный источник тепла, поток от которого в 2,5 раза больше, чем от Солнца. Сумма этих двух потоков и дает наблюдаемую температуру планеты.             Космические аппараты подробно исследовали химический состав надоблачной атмосферы Сатурна. В основном она состоит почти на 89% из водорода. На втором месте гелий - около 11% . Отметим, что в атмосфере Юпитера его 19%. Дефицит гелия на Сатурне объясняют гравитационным разделением гелия и водорода в недрах планеты: гелий, который тяжелее, постепенно оседает на большие глубины. Другие газы в атмосфере - метан, аммиак, этан, ацетилен, фосфин - присутствуют в малых количествах. Метан при столь низкой температуре находится в основном в капельно-жидком состоянии. Он образует облачный покров Сатурна. Что касается малого контраста деталей, видимых в атмосфере Сатурна, то причины этого явления пока еще не вполне ясны. Было высказано предположение, что в атмосфере взвешена ослабляющая контраст дымка из мельчайших твердых частиц. Но наблюдения "Вояджера-2" опровергают это: темные полосы на поверхности планеты оставались резкими и ясными до самого края диска Сатурна, тогда как при наличии дымки они бы к краям замутнялись из-за большого количества частиц перед ними.             По своему внутреннему строению Сатурн схож с Юпитером. Предполагается, что оболочка планеты состоит из жидкого водорода, который по мере продвижения к центру планеты переходит из жидкого в металлическое состояние. В центре планеты располагается железокремниевое ядро, с примесью льдов из метана, аммиака и воды.

Кольца

            Сатурн окружен кольцами, которые хорошо видны в телескоп в виде "ушек" по обе стороны диска планеты. Они были замечены еще Галилеем в 1610 году. Кольца Сатурна - одно из самых удивительных и интересных образований в Солнечной системе. Плоская система колец опоясывает планету вокруг экватора и нигде не соприкасается с поверхностью. В кольцах разделяются три основные концентрические зоны, разграниченные узкими щелями: внешнее кольцо А, среднее В (наиболее яркое), внутреннее кольцо С, довольно прозрачное, "креповое", внутренний край его не резкий. Наиболее близкие к планете слабо различимые части внутреннего кольца обозначаются символом D. Обнаружено также существование практически прозрачного самого внешнего кольца D'. Сквозь все кольца Сатурна просвечивают звезды. Кольца вращаются вокруг Сатурна, причем скорость движения внутренних частей больше, чем наружных. Кольца Сатурна не сплошные, а представляют собой плоскую систему из бесконечного количества мелких спутников планеты. Плоскость колец практически совпадает с плоскостью экватора Сатурна и имеет постоянный наклон к плоскости орбиты, равный приблизительно 27о . В зависимости от положений планеты на орбите мы видим кольца то с одной, то с другой стороны. Полный цикл изменения их вида завершается в течение 29,46 лет - таков период обращения Сатурна вокруг Солнца. Время от времени кольца на короткий срок перестают быть видимыми в телескопы средних размеров. Это происходит когда плоскость колец проходит точно через Солнце и боковая поверхность оказывается лишенной яркого освещения, либо когда кольца бывают обращены к наблюдателю "ребром" и выглядят как чрезвычайно тонкая полоска, видимая только в крупнейшие телескопы. Толщина колец, по современным данным, около 3,5 км. Она очень мала по сравнению с их диаметром, который по наружному краю кольца А составляет 275 тыс. км. Размеры частиц не определены окончательно. Радиоастронометрические наблюдения свидетельствуют о наличии в кольцах множества частиц размером не менее нескольких сантиметров. Не исключена возможность присутствия в кольцах Сатурна еще более крупных частиц, так же как и пыли. Инфракрасные спектры колец Сатурна напоминают спектры водяного инея. Однако в других частях спектра позднее была обнаружена особенность, не характерная для чистого льда.

Спутники

            Кроме колец, у Сатурна известно 17 спутников. Это - Атлас, Прометей, Пандора, Эпиметей, Янус, Мимас, Энцелад, Тефия, Телесто, Калипсо, Диона, Елена, Рея, Титан, Гиперон, Япет, Феба. Все спутники Сатурна, кроме Фебы, обращаются в прямом направлении. Феба движется по орбите с довольно большим эксцентриситетом в обратном направлении.             До полетов космических аппаратов к Сатурну было известно 10 спутников планеты, сейчас мы знаем 17. Новые семь спутников весьма малы, но, тем не менее, некоторые из них оказывают серьезное влияние на динамику системы Сатурна. Таков, например, маленький спутник - Атлас, движущийся у внешнего края кольца А, он не дает частицам кольца выходить за пределы этого края. Титан является вторым по величине спутником в Солнечной Системе. Его радиус равен 2575 км. Его масса составляет 0,022 массы Земли, а средняя плотность 1,881 г/см3. Это единственный спутник, обладающий значительной атмосферой, причем его атмосфера плотнее, чем у любой из планет земной группы, исключая Венеру. Титан подобен Венере еще и тем, что у него имеются глобальная дымка и даже небольшой тепличный подогрев у поверхности. В его атмосфере, вероятно, имеются метановые облака, но это твердо не установлено. Хотя в инфракрасном спектре преобладают метан. Молекула метана состоит из одного атома углерода и четырех атомов водорода. Но углеродные атомы легко соединяются друг с другом в других различных сочетаниях, которые умеют привлекать к себе разное число атомов водорода. Поэтому весьма возможно присутствие в атмосфере Титана и таких газов, как этан, этилен и ацетилен, хотя и в небольших количествах. Такие сложные виды углеводородов скорее, чем метан, становятся жидкими. Поэтому можно себе представить на поверхности Титана целые углеводородные моря.              Несколько десятилетий назад заметили, что свет, приходящий к нам от Титана, имеет желтоватый оттенок. Затем Копер уточнил: оранжевый. Этот цвет присущ более сложным, чем метан, углеводородам.             Но основным компонентом атмосферы является азот, который проявляется в сильных УФ-эмиссиях. Верхняя атмосфера весьма близка к изотермическому состоянию на всем пути от стратосферы до экзосферы, а температура на поверхности с точностью до нескольких градусов одинакова по всей сфере и равна 94 К. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА САТУРНА До тех пор, пока первые космические аппараты не достигли Сатурна, наблюдательных данных о его магнитном поле не было вообще. но из наземных радиоастрономических наблюдений явствовало, что Юпитер обладает мощным магнитным полем. Об этом свидетельствовало нетепловое радиоизлучение на дециметровых волнах, источник которого оказался больше видимого диска планеты, причем он вытянут вдоль экватора Юпитера симметрично по отношению к диску. Такая геометрия, а также поляризованность излучения свидетельствовали о том, что наблюдаемое излучение магнитно-тормозное и источник его - электроны, захваченные магнитным полем Юпитера и населяющие его радиационные пояса, аналогичные радиационным поясам Земли. Полеты к Юпитеры подтвердили эти выводы. Поскольку Сатурн весьма сходен с Юпитером по своим физическим свойствам, астрономы предположили, что достаточно заметное магнитное поле есть и у него. Отсутствие же у Сатурна наблюдаемого с Земли магнитно-тормозного радиоизлучения объясняли влиянием колец. Эти предложения подтвердились. Еще при подлете "Пионера-11" к Сатурну его приборы зарегистрировали в около планетном пространстве образования, типичные для планеты,обладающей ярко выраженным магнитным полем: головную ударную волну, границу магнитосферы (магнитопаузу), радиационные пояса (Земля и Вселенная, 1980, N2, с.22-25  Ред.). В целом магнитосфера Сатурна весьма сходна с земной, но, конечно, значительно больше по размерам. Внешний радиус магнитосферы Сатурна в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса планеты, а расстояние до ударной волны - 26 радиусов. Для сравнения можно напомнить, что внешний радиус земной магнитосферы в подсолнечной точке  около 10 земных радиусов. Так что даже по относительным размерам магнитосфера Сатурна превосходит земную более чем вдвое. Радиационные пояса Сатурна настолько обширны, что охватывают не только кольца, но и орбиты некоторых внутренних спутников планеты. Как и ожидалось, во внутренней части радиационных поясов, которая "перегорожена" кольцами Сатурна, концентрация заряженных частиц значительно меньше. Причину этого легко понять, если вспомнить, что в радиационных поясах частицы совершают колебательные движения примерно в меридиональном направлении, каждый раз пересекая экватор. Но у Сатурна в плоскости экватора располагаются кольца: они поглощают почти все частицы, стремящиеся пройти сквозь них. В результате внутренняя часть радиационных поясов, которая в отсутствие колец была бы в системе Сатурна наиболее интенсивным источником радиоизлучения, оказывается ослабленной. Тем не менее "Вояджер-1", приблизившись к Сатурну, все же обнаружил нетепловое радиоизлучение его радиационных поясов. В отличие от Юпитера Сатурн излучает в километровом диапазоне длин волн. Заметив, что интенсивность излучения модулирована с периодом 10 ч. 39,4 мин., предположили, что это и есть период осевого вращения радиационных поясов, или, другими словами, период вращения магнитного поля Сатурна. Но тогда это и период вращения Сатурна. В самом деле, магнитное поле Сатурна порождается электрическими токами в недрах планеты,   повидимому, в слое, где под влиянием колоссальных давлений водород перешел в металлическое состояние. При вращении этого слоя с той угловой скоростью вращается и магнитное поле. Вследствие большой вязкости вещества внутренних частиц планеты все они вращаются с одинаковым периодом. Таким образом, период вращения магнитного поля - это в то же время период вращения большей части массы Сатурна (кроме атмосферы, которая вращается не как твердое тело).

Кольца Сатурна вблизи                                       

                                        Вояджер 2 получил эти снимки высокого разрешения 22 августа 1981 г. с расстояния 4 миллиона км. Видны многочисленные "спицы" в кольце В, их четкий узкий вид предполагает короткое время их образования. Исследователи думают, что здесь замешаны электромагнитные силы (магнитное поле Сатурна), хотя детальной теории нет. По наблюдениям, подобные спицы держались в течение двух или трех оборотов колец вокруг планеты. Свежие спицы, похоже, вращаются вокруг планеты с такой же угловой скоростью, как магнитное поле (и ядро) планеты независимо от радиуса орбиты (коротация). Подозревают, что мелкие частицы пыли, которые формируют спицы, электрически заряжены. Тогда они привязаны к магнитному полю. Более старые спицы, которые потеряли заряд, вращаются вместе с кольцами, как положено по закону Кеплера.

При подлете к Сатурну  

                                           Этот снимок в натуральном цвете сделан Вояджером 2 с расстояния 21 миллион км 4 августа 1981 г. на подлете к Сатурну. Снизу видны три ледяных спутника Сатурна (в порядке удаления от планеты): Тефия (диаметр 1050 км), диона (1120 км) и Рея (1530 км) Тень от Тефии видна на южной полусфере Сатурна. Четвертый спутник, Мимас, менее очевиден: он может быть замечен, как светлое пятно на сантиметр выше Тефии у лимба Сатурна. Его тень примерно на два сантиметра выше тени Тефии. Пока Вояджеры остаются единственными аппаратами исследовавшим эту интереснейшую систему. Сравнительно скоро (Уточнить!!!!!) туда прилетает более совершенный аппарат - Кассини, от которого можно ждать многих сенсационных находок.  

Прощальный снимок Сатурна

                                                     Вояджер 1 снял Сатурн через 4 дня после пролета планеты, 16 ноября 1980 г., c расстояния 5.3 млн. км. Перспектива планеты и колец уникальна - ее можно наблюдать, только находясь за орбитой Сатурна. Несколько спицеобразных деталей колец видны на этом снимке как светлые пятна. Те

bukvasha.ru

Реферат на тему «Сатурн как планета»

Введение

Сатурн, наверное, наиболее красивая планета, если смотреть на нее в телескоп или изучать снимки «Вояджеров» и "Кассини". Сказочные кольца Сатурна нельзя спутать ни с какими другими объектами Солнечной системы. Планета известна с самых древних времен. Максимальная видимая звездная величина Сатурна +0,7m. Эта планета – значительно слабее по блеску, чем Венера, Юпитер и Марс. Его тусклый свет, имеющий матово-белый оттенок, а также очень медленное движение по небу создали планете дурную славу: рождение под знаком Сатурна издревле считалось плохим предзнаменованием.

Сатурн, в честь которого была названа планета, был первоначально римским богом земледелия. Позднее он был отождествлён с Кроносом, богом времени и предводителем титанов. Так как титан Кронос пожирал своих детей, то у древних греков он не был популярен. У римлян же бог Сатурн пользовался большим почётом и уважением. Согласно легенде, он научил людей обрабатывать землю, выращивать растения и строить дома. Время его предполагаемого правления описывается как "золотой век человечества" и его честь, проводились празднования, которые назывались «Сатурналии». Во время этих торжеств рабы на короткое время получали свободу, потому что в золотой век не было рабов и хозяев.

Основная часть

Исследования Сатурна

Впервые наблюдая Сатурн через телескоп в 1609—1610, Галилео Галилей заметил, что Сатурн выглядит не как единое небесное тело, а как три тела, почти касающихся друг друга, и высказал предположение, что это два крупных «компаньона» (спутника) Сатурна. Два года спустя Галилей повторил наблюдения и, к своему изумлению, не обнаружил спутников.

В 1659 Гюйгенс с помощью более мощного телескопа выяснил, что «компаньоны» — это на самом деле тонкое плоское кольцо, опоясывающее планету и не касающееся её. Гюйгенс также открыл самый крупный спутник Сатурна — Титан. Начиная с 1675 изучением планеты занимался Кассини. Он заметил, что кольцо состоит из двух колец, разделённых чётко видимым зазором — щелью Кассини, и открыл ещё несколько крупных спутников Сатурна.

В 1979 космический аппарат «Пионер-11» впервые пролетел вблизи Сатурна, а в 1980—1981 за ним последовали аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Эти аппараты впервые обнаружили магнитное поле Сатурна и исследовали его магнитосферу, наблюдали штормы в атмосфере Сатурна, получили детальные снимки структуры колец и выяснили их состав.

В 1990-х Сатурн, его спутники и кольца неоднократно исследовались космическим телескопом Хаббл. Долговременные наблюдения дали немало новой информации, которая была недоступна для «Пионера-11» и «Вояджеров» при их однократном пролёте мимо планеты.

В 1997 к Сатурну был запущен аппарат «Кассини-Гюйгенс» и, после 7 лет полёта, 1 июля 2004 он достиг системы Сатурна и вышел на орбиту вокруг планеты. Основными задачами этой миссии, рассчитанной минимум на 4 года, является изучение структуры и динамики колец и спутников, а также изучение динамики атмосферы и магнитосферы Сатурна. Кроме того, специальный зонд «Гюйгенс» отделился от аппарата и на парашюте спустился на поверхность спутника Сатурна Титана.

Автоматический космический аппарат Кассини, который в настоящее время (октябрь 2008) обращается вокруг Сатурна, передал изображения северного полушария планеты. С 2004, когда Кассини подлетел к ней, произошли заметные изменения, и теперь оно окрашено в необычные цвета. Причины этого пока непонятны. Хотя пока неизвестно, почему возникла окраска Сатурна, предполагается, что недавнее изменение цветов связано со сменой времён года.

Внутреннее строение

Ниже атмосферы простирается океан жидкого молекулярного водорода. На глубине около половины радиуса планеты давление в нем достигает 3 млн атмосфер, и водород уже не может существовать в молекулярном состоянии. Он становится металлическим, хотя и по-прежнему жидким. Течения в этом металлическом океане генерируют довольно сильное магнитное поле Сатурна. В центре планеты находится массивное ядро (до 20 земных масс) из камня, железа и, возможно... льда. Откуда взяться льду в центре Сатурна, где температура около 20 тыс. градусов? Ведь хорошо знакомая нам кристаллическая форма воды - обыкновенный лед - плавится уже при температуре 0 С при нормальном атмосферном давлении. Еще "нежнее" кристаллические формы аммиака, метана, углекислого газа, которые ученые также называют льдом. Например, твердая углекислота (сухой лед, используемый в различных эстрадных шоу) при нормальных условиях сразу же переходит в газообразное состояние, минуя жидкою стадию. Но одно и то же вещество может образовывать различные кристаллические решетки. В частности, науке известны кристаллические модификации воды, отличающиеся друг от друга не меньше, чем печная сажа - от химически тождественного ей алмаза. Например, так называемый лед VII имеет плотность, почти вдвое превосходящую плотность обычного льда, и при больших давлениях его можно нагревать до нескольких сот градусов! Поэтому не стоит удивляться тому, что в центре Сатурна при давлении в миллионы атмосфер присутствует лед, т.е. в данном случае смесь из кристаллов воды, метана и аммиака.

Атмосфера

В телескоп средней силы хорошо заметно, что шар Сатурна сильно сплюснут - еще сильнее, чем Юпитер. Его сжатие составляет порядка 10 %. На "поверхности" планеты выделяются параллельные экватору полосы, правда менее четкие, чем у юпитера. В этих полосах можно рассмотреть многочисленные, хотя и неяркие детали, именно по ним Уильям Гершель определил период вращения Сатурна. Он оказался очень коротким 10 ч 16 мин. Изредка на диске планеты появляются и более заметные детали. Так, в феврале 1876 г. на экваторе Сатурна возникло большое белое пятно, обращавшееся с периодом 10 ч 14 мин на экваторе и 10 ч 38 мин на умеренных широтах. Незначительная разница не должна удивлять: как и у Солнца и Юпитера, скорость вращения атмосферы Сатурна в экваториальных зонах больше, чем близ полюсов. Светло-желтый Сатурн внешне выглядит скромнее своего соседа - оранжевого Юпитера. У него нет столь красочного облачного покрова, хотя структура атмосферы почти такая же. Как и Юпитер, Сатурн в основном состоит из водорода и гелия. Только содержание гелия в его атмосфере ниже: он более равномерно распределен по всей массе планеты. Вследствие меньшей силы тяготения атмосфера Сатурна глубже Юпитерианской. Видимо, у Сатурна мощнее верхний слой светлых перистых аммиачных облаков, что делает его не таким "цветным" и полосатым.

Сатурн имеет одну интересную особенность: он – единственная планета в Солнечной системе, чья плотность меньше плотности воды (700 кг на кубический метр). Если бы было возможно создать огромный океан, Сатурн смог бы в нем плавать! Ускорение свободного падения на уровне облачной поверхности составляет g = 9,44 м/с2. АМС «Вояджер-1» выяснил, что около 7 % объема верхней атмосферы Сатурна – гелий (по сравнению с 11 % в атмосфере Юпитера), в то время как почти все остальное – водород. Поскольку предполагается, что условия формирования обеих планет одинаковы, то количество гелия на Сатурне должно быть примерно таким же, как и на Юпитере и Солнце. Недостаток этого элемента в верхней атмосфере может означать, что более тяжелый гелий, возможно, медленно опускается к ядру Сатурна. При этом выделяется тепловая энергия, которая излучается в космос. Минимальная температура на Сатурне – 82 К – измерена радиолучом «Вояджера-2». Температура поверхности по измерениям теплового потока, исходящего из планеты в инфракрасной области спектра, определяется от - 190 до - 150 °С (что выше равновесной температуры - 193 °С), соответствующей получаемому от Солнца потоку тепла.

Это свидетельствует о том, что в тепловом излучении Сатурна есть доля собственного глубинного тепла, что подтверждается и измерениями радиоизлучения. Вдоль экватора планеты проходит гигантское атмосферное течение шириной в десятки тысяч километров, скорость его достигает 500 м/с. Ветра дуют, большей частью, в восточном направлении (напомним, что как и большинство планет, Сатурн вращается с запада на восток). Сила ветров ослабевает при удалении от экватора. Также, при удалении от экватора, появляется все больше западных течений. Преобладание восточных потоков (по направлению осевого вращения) указывает на то, что ветры не ограничены слоем верхних облаков, они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2000 километров. Кроме того, измерения «Вояджера-2» показали, что ветра в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора! Есть предположение, что симметричные потоки как-то связаны под слоем видимой атмосферы. Зависимость скорости ветров на Сатурне от широты.

В атмосфере Сатурна часто наблюдаются штормы, хотя и не такие мощные, как знаменитое Красное Пятно. В частности, обнаружено пятно размером около 1250 км. Магнитное поле Сатурна более слабое по сравнению с Юпитером. Напряженность магнитного поля на уровне видимых облаков на экваторе 0,2 Гс (на поверхности Земли магнитное поле равно 0,35 Гс). Магнитосфера Сатурна отличается от юпитерианской.

У Сатурна ось вращения совпадает с осью диполя. Некоторые заряженные частицы, двигаясь от полюса к полюсу, проходят через систему колец и поглощаются там льдом и пылью. Поэтому в области колец магнитосфера Сатурна очень пуста – в ней очень мало заряженных частиц. Хотя пятна атмосферных вихрей на Сатурне уступают по размерам юпитерианскому Большому Красному Пятну, но и там наблюдаются грандиозные штормы, видимые даже с Земли.

Снимки, переданные АМС "Вояджер-1", обнаружили несколько десятков поясов и зон, а также различные конвективные облачные образования: несколько сот светлых пятен диаметром 2000 - 3000 км, коричневые образования овальной формы шириной ~10000 км и красное овальное облачное образование (пятно) у 55° ю. ш. Протяженность красного пятна на Сатурне 11 000 км, по размерам оно примерно равно белым овальным образованиям на Юпитере.

Красное пятно на Сатурне относительно стабильно. Оно окружено темным кольцом. Полагают, что оно может представлять собой "верх" конвективной ячейки. Считают, что полосы в атмосфере Сатурна обусловлены температурными перепадами. Число полос достигает нескольких десятков, то есть намного больше, чем наблюдают с Земли, и больше, чем было обнаружено в атмосфере Юпитера. Ученые ожидали найти на Сатурне условия, сравнимые с условиями на Юпитере, поскольку в метеорологических явлениях обеих планет доминирующим фактором является нагрев за счет внутреннего источника тепла, а не поглощения солнечной энергии. Однако атмосферы Сатурна и Юпитера оказались весьма различными. Например, на Юпитере наибольшие скорости ветра зарегистрированы вдоль границ полос, а на Сатурне - вдоль центральной части полос, в то время как на границах полос и зон ветер практически отсутствует. В поясах и зонах атмосферы Юпитера чередуются западные и восточные потоки, которые разделяются областями сдвига. В отличие от этого,на Сатурне обнаружен западный поток в очень широкой полосе от 40° с. ш. до 40° ю. ш.

Согласно одной гипотезе, ветры обусловлены циклическим подъемом и опусканием больших облаков аммиака. Южная полярная область Сатурна сравнительно светлая. В северной полярной области обнаружена темная шапка. Возможно, это указывает на сезонные изменения, которых на Сатурне не ожидали. Один профиль температуры, полученный для северного полушария Сатурна, показывает, что темные пятна соответствуют сравнительно высокой температуре, а большие светлые области - несколько более низкой. На Юпитере светлые полосы считают-восходящими потоками, темные полосы - нисходящими.

При пролете около Сатурна АМС "Вояджер-1" обнаружила явления, которые, по-видимому, представляют собой интенсивные всплески радиоизлучения в районе планеты. Всплески происходили во всем регистрируемом частотном диапазоне и, возможно, исходят от колец планеты. Согласно другим предположениям, всплески могли быть порождены молниями в атмосфере планеты.

Приборы АМС регистрировали скачок напряжения, в 106 раз превышающий то, что обусловила бы столь же удаленная вспышка молнии в земной атмосфере. Ультрафиолетовый спектрометр зарегистрировал в южной полярной области Сатурна полярные сияния, охватывающие область протяженностью свыше 8000 км и сравнимые по интенсивности с такими явлениями на Земле. Получены новые сведения об облаке нейтрального водорода, окружающего Сатурн в той же плоскости, в которой лежат кольца планеты и обращаются ее спутники. Ранее ученые предполагали, что это облако тороидальной формы расположено вдоль орбиты Титана и имеет своим источником атмосферу Титана, где происходит диссоциация метана с освобождением водорода. Однако ультрафиолетовый .спектрометр АМС "Вояджер-1" показал, что облако расположено не вдоль орбиты Титана, а простирается с расстояния 1,5 млн. км от Сатурна (несколько дальше орбиты Титана) до расстояния 480 тыс. км от нее (район орбиты Реи). Общая масса облака 25000 т, что согласуется с имеющимися теориями; плотность всего 10 атомов в 1 см3 .

Космический аппарат "Кассини", находящийся на орбите Сатурна, обнаружил на нем молнии и новый радиационный пояс, а также сияние вокруг крупнейшего спутника планеты. 5 августа 2005 радиоприборы и плазменно-волновое научное оборудование "Кассини" обнаружили радиоволны, образуемые молнией. Радиосигналы от этой молнии весьма эпизодичны и порой сопровождаются лишь слабой вспышкой, которой может и вообще не быть. Это позволяет предположить, что в средних и высоких широтах происходит ряд различных, возможно, недолговечных бурь. "Кассини" помог сделать ученым и еще одно открытие - с помощью магнитосферического прибора для формирования изображения чуть выше вершин облаков Сатурна обнаружен простирающийся вокруг планеты новый радиационный пояс. Визуальный и инфракрасный картографический спектрометр на борту "Кассини" зафиксировал на Титане дневное и ночное сияние, образуемое выбросами метана и окиси углерода в плотную атмосферу спутника. Освещенное Солнцем флуоресцентное метановое сияние в верхних слоях атмосферы Титана ожидалось, ночное же сияние стало сюрпризом.

Магнитосфера

Поскольку Сатурн весьма сходен с Юпитером по своим физическим свойствам, астрономы предположили, что достаточно заметное магнитное поле есть и у него. Отсутствие же у Сатурна наблюдаемого с Земли магнитно-тормозного радиоизлучения объясняли влиянием колец. Эти предложения подтвердились. Еще при подлете "Пионера-11" к Сатурну его приборы зарегистрировали в околопланетном пространстве образования, типичные для планеты, обладающей ярко выраженным магнитным полем: головную ударную волну, границу магнитосферы (магнитопаузу), радиационные пояса. В целом магнитосфера Сатурна весьма сходна с земной, но, конечно, значительно больше по размерам. Внешний радиус магнитосферы Сатурна в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса планеты, а расстояние до ударной волны - 26 радиусов. Для сравнения можно напомнить, что внешний радиус земной магнитосферы в подсолнечной точке - около 10 земных радиусов. Так что даже по относительным размерам магнитосфера Сатурна превосходит земную более чем вдвое.

Система колец Сатурна

Начиная с открытия Галилеем колец Сатурна этот удивительный феномен привлекал внимание и поэтов, и ученых. Тем более что до сих пор их происхождение остается загадкой, а исследования лишь усложняют этот вопрос.

С Земли в телескоп хорошо видны три кольца: внешнее, средней яркости кольцо А; среднее, наиболее яркое кольцо В и внутреннее, неяркое полупрозрачное кольцо С, которое иногда называется креповым. Кольца чуть белее желтоватого диска Сатурна. Расположены они в плоскости экватора планеты и очень тонки: при общей ширине в радиальном направлении примерно 60 тыс.км. Они имеют толщину менее 3 км. Спектроскопически было установлено, что кольца вращаются не так, как твердое тело, - с расстоянием от Сатурна скорость убывает. Более того, каждая точка колец имеет такую скорость, какую имел бы на этом расстоянии спутник, свободно движущийся вокруг Сатурна по круговой орбите. Отсюда ясно: кольца Сатурна по существу представляют собой колоссальное скопление мелких твердых частиц, самостоятельно обращающихся вокруг планеты. Размеры частиц столь малы, что их не видно не только в земные телескопы, но и с борта космических аппаратов.

Характерная особенность строения колец - темные кольцевые промежутки (деления), где вещества очень мало. Самое широкое из них (3500 км) отделяет кольцо В от кольца А и называется "делением Кассини" в честь астронома, впервые увидевшего его в 1675 году. При исключительно хороших атмосферных условиях таких делений с Земли видно свыше десяти. Природа их, по-видимому, резонансная.

Так, деление Кассини - это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг Сатурна ровно вдвое меньше, чем у ближайшего крупного спутника Сатурна - Мимаса. Из-за такого совпадения Мимас своим притяжением как бы раскачивает частицы, движущиеся внутри деления, и в конце концов выбрасывает их оттуда. Бортовые камеры "Вояджеров" показали, что с близкого расстояния кольца Сатурна похожи на граммофонную пластинку: они как бы расслоены на тысячи отдельных узких колечек с темными прогалинами между ними. Прогалин так много, что объяснить их резонансами с периодами обращения спутников Сатурна уже невозможно. Чем же объясняется эта тонкая структура?

Вероятно, равномерное распределение частиц по плоскости колец механически неустойчиво. Вследствие этого возникают круговые волны плотности - это и есть наблюдаемая тонкая структура. Помимо колец А,В и С "Вояджеры" обнаружили еще четыре: D,E,F и G. Все они очень разрежены и потому неярки. Кольца D и E с трудом видны с Земли при особо благоприятных условиях; кольца F и G обнаружены впервые. Порядок обозначения колец объясняется историческими причинами, поэтому он не совпадает с алфавитным.

Если расположить кольца по мере их удаления от Сатурна, то мы получим ряд: D,C,B,A,F,G,E. Особый интерес и большую дискуссию вызвало кольцо F. К сожалению, вывести окончательное суждение об этом объекте пока не удалось, так как наблюдения двух "Вояджеров" не согласуются между собой. Бортовые камеры "Вояджера-1" показали, что кольцо F состоит из нескольких колечек общей шириной 60 км., причем два из них перевиты друг с другом, как шнурок.

Некоторое время господствовало мнение, что ответственность за эту необычную конфигурацию несут два небольших новооткрытых спутника, движущихся непосредственно вблизи кольца F, - один из внутреннего края, другой - у внешнего (чуть медленнее первого, так как он дальше от Сатурна). Притяжение этих спутников не дает крайним частицам уходить далеко от его середины, то есть спутники как бы "пасут" частицы, за что и получили название "пастухов". Они же, как показали расчеты, вызывают движение частиц по волнистой линии, что и создает наблюдаемые переплетения компонентов кольца.

Но "Вояджер-2", прошедший близ Сатурна девятью месяцами позже, не обнаружил в кольце F ни переплетений, ни каких-либо других искажений формы, - в частности, и в непосредственной близости от "пастухов". Таким образом, форма кольца оказалась изменчивой. Для суждения о причинах и закономерностях этой изменчивости двух наблюдений, конечно, мало.

С Земли же наблюдать кольцо F современными средствами невозможно - яркость его слишком мала. Остается надеяться, что более тщательное исследование полученных "Вояджерами" снимков кольца прольет свет на эту проблему. Кольцо D - ближайшее к планете. Видимо, оно простирается до самого облачного шара Сатурна. Кольцо E - самое внешнее. Крайне разряженное, оно в то же время наиболее широкое из всех - около 90 тыс. км. Величина зоны, которую оно занимает, от 3,5 до 5 радиусов планеты. Плотность вещества в кольце E возрастает по направлению к орбите спутника Сатурна Энцелада. Возможно, Энцелад - источник вещества этого кольца. Частицы колец Сатурна, вероятно, ледяные, покрытые сверху инеем.

Это было известно еще из наземных наблюдений, и бортовые приборы космических аппаратов лишь подтвердили правильность такого вывода. Размеры частиц главных колец оценивались из наземных наблюдений в пределах от сантиметров до метров (естественно, частицы не могут быть одинаковыми по величине: не исключается также, что в разных кольцах типичный поперечник частиц различен).

Когда "Вояджер-1" проходил вблизи Сатурна, радиопередатчик космического аппарата последовательно пронизывал радиолучом не волне 3,6 см. кольцо А, деление Кассини и кольцо С. Затем радиоизлучение было принято на Земле и подверглось анализу. Удалось выяснить, что частицы указанных зон рассеивают радиоволны преимущественно вперед, хотя и несколько по-разному. Благодаря этому оценили средний поперечник частиц кольца А в 10 м, деления Кассини - в 8 м и кольца С - в 2 м. Сильное рассеяние вперед, но на этот раз в видимом свете, обнаружено у колец F и E. Это означает наличие в них значительного количества мелкой пыли (поперечник пылинки около десятитысячных долей мм)

В кольце В обнаружили новый структурный элемент - радиальные образования, получившие названия "спиц" из-за внешнего сходства со спицами колеса. Они также состоят из мелкой пыли и расположены над плоскостью кольца. Не исключено, что "спицы" удерживаются там силами электростатического отталкивания. Любопытно отметить: изображения "спиц" были найдены на некоторых зарисовках Сатурна, сделанных еще в прошлом веке. Но тогда никто не придал им значения. Исследуя кольца, "Вояджеры" обнаружили неожиданным эффект - многочисленные кратковременные всплески радиоизлучения, поступающего от колец. Это не что иное, как сигналы от электростатических разрядов - своего рода молнии. Источник электризации частиц, по-видимому, столкновения между ними.

Кроме того была открыта окутывающая кольца газообразная атмосфера из нейтрального атомарного водорода. "Вояджерами" наблюдалась линия Лайсан-альфа (1216 А) в ультрафиолетовой части спектра. По ее интенсивности оценили число атомов водорода в кубическом сантиметре атмосферы. Их оказалось примерно 600. Нужно сказать, некоторые ученые задолго до запуска к Сатурну космических аппаратов предсказывали возможность существования атмосферы у колец Сатурна. "Вояджерами" была также сделана попытка измерить массу колец. Трудность состояла в том, что масса колец по крайней мере в миллион раз меньше массы Сатурна. Из-за этого траектория движения космического аппарата вблизи Сатурна в громадной степени определяется мощным притяжением самой планеты и лишь ничтожно возмущается слабым притяжением колец.

Между тем именно слабое притяжение и необходимо выявить. Лучше всего для этой цели подходила траектория "Пионера-11". Но анализ измерений траектории аппарата по его радиоизлучению показал, что кольца (в пределах точности измерений) на движение аппарата не повлияли. Точность же составила 1,7 х 10 массы Сатурна. Иными словами, масса колец заведомо меньше 1,7 миллионных долей массы планеты. Если до полетов космических аппаратов к Сатурну было известно 10 спутников планеты, то сейчас мы знаем около 60. Новые спутники весьма малы, но тем не менее некоторые из них оказывают серьезное влияние на динамику системы Сатурна. Таков, например, маленький спутник, движущийся у внешнего края кольца А; он не дает частицам кольца выходить за пределы этого края. Это Атлас.

К всеобщему удивлению астрономов, на блестящих кольцах Сатурна недавно были обнаружены горы высотой в несколько километров. Свежие изображения колец Сатурна, присланные зондом «Кассини», открыли у них новые необычные особенности. Кольца, которые вообще-то являются довольно тонкими и плоскими образованиями, в некоторых местах внезапно утолщаются, формируя высокие горы. Судя по всему, эти структуры – продукт массового столкновения образующих кольца фрагментов, столкновения, окутанного целыми облаками ярко сверкающий в солнечных лучах ледяной пыли.

Во время местного равноденствия, когда Солнце подсветило кольца с ребра, все неровности на их поверхности стали видны – и «Кассини» не растерялся. Высота «горных пиков» установлена по длинной тени, которую они отбрасывали. Одна из «вершин» на кольцах поднимаются почти на 4 км – земные горы аналогичной высоты уже покрываются снегом. Ученые считают, что она создается влиянием Дафниса, одной из многочисленных лун Сатурна.

Спутники Сатурна

сатурн планета кольцо спутник

По состоянию на февраль 2010 г. известно 62 спутника Сатурна. 12 из них открыты при помощи космических аппаратов: Вояджер-1 (1980), Вояджер-2 (1981), Кассини (2004—2007). Большинство спутников, кроме Гипериона и Фебы, имеет синхронное собственное вращение — они повёрнуты к Сатурну всегда одной стороной. Информации о вращении самых мелких спутников нет.

В течение 2006 г. команда учёных под руководством Дэвида Джуитта из Гавайского университета, работающих на японском телескопе Субару на Гавайях, объявляла об открытии 9 спутников Сатурна.

Все они относятся к так называемым нерегулярным спутникам, которые отличаются вытянутыми эллиптическими орбитами, и, как полагают, сформировались не вместе с планетами, а захвачены их гравитационным полем.

Всего с 2004 года команда Джуитта обнаружила 21 спутник Сатурна.

Титан является вторым по величине спутником в Солнечной Системе. Его радиус равен 2575 километров. Его масса составляет 0,022 массы Земли, а средняя плотность 1,881 г/см. Это единственный спутник, обладающий значительной атмосферой, причем его атмосфера плотнее, чем у любой из планет земной группы, исключая Венеру. Титан подобен Венере еще и тем, что у него имеются глобальная дымка и даже небольшой тепличный подогрев у поверхности. В его атмосфере, вероятно, имеются метановые облака, но это твердо не установлено. Хотя в инфракрасном спектре преобладают метан и другие углеводороды, основным компонентом атмосферы является азот, который проявляется в сильных УФ-эмиссиях.

Верхняя атмосфера весьма близка к изотермическому состоянию на всем пути от стратосферы до экзосферы, а температура на поверхности с точностью до нескольких градусов одинакова по всей сфере и равна 94 К. Радиусы темно-оранжевых или коричневых частиц стратосферного аэрозоля в основном не превышают 0,1 мкм, а на больших глубинах могут существовать более крупные частицы. Предполагается, что аэрозоли являются конечным продуктом фотохимических превращений метана и что они аккумулируются на поверхности (или растворяются в жидком метане или этане).

Наблюдаемые углеводороды и органические молекулы могут возникать при естественных фотохимических процессах. Удивительным свойством верхней атмосферы являются УФ-эмиссии, приуроченные к дневной стороне, но слишком яркие, чтобы их могла возбудить поступающая солнечная энергия. Водород быстро диссипирует, пополняя наблюдаемый тор, вместе с некоторым количеством азота, выбиваемого при диссоциации электронными ударами. На основе наблюдаемого расщепления температуры можно построить глобальную систему ветров. Глобальный состав Титана, по-видимому, определяется тем набором конденсируемых веществ, которые образовались в плотном газовом диске вокруг прото-Сатурна.

Существуют три возможных сценария происхождения: холодная аккреция (означающая, что повышение температуры в ходе образования пренебрежимо мало), горячая аккреция при отсутствии плотной газовой фазы и горячая аккреция в присутствии плотной газовой фазы. Япет. Возможно, что самый таинственный из спутников Сатурна, Япет, является единственным по интервалу альбедо его поверхности - от 0,5 (типичное значение для ледяных тел) до 0,05 в центральных частях его ведущего по ходу обращения полушария. "Вояджером - 1" были получены изображения с максимальным разрешением 50 км/пара линий, показывающие в основном полушарие обращенное к Сатурну, и границу между ведущей (темной) и ведомой (светлой) сторонами.

Было зарегистрировано огромное экваториальное темное кольцо диаметром около 300 км с долготой центра около 300. Вояджеровские наблюдения, полученные с наибольшим разрешением, показывают, что светлая сторона (и особенно область северного полюса) сильно кратеризована: поверхностная плотность составляет 205+16 кратеров ( D>30 км) на 10 км. Экстраполяция до диаметров 10 км приводит к плотности более 2000 кратеров (D>10 км) на 10 км.

Такая плотность сравнима с плотностями на других сильно кратеризованных телах,таких, как Меркурий и Каллисто, или с плотностью кратеров на лунных континентах. Характерной чертой границы между темной и светлой областями на Япете является существование многочисленных кратеров с темным дном на светлом веществе и отсутствие на темном веществе кратеров со светлым дном или кратеров с гало (или других белых пятен). Плотность Япета, равная 1,16+0,09 г/см характерна для ледяных Спутников Сатурна и согласуется с моделями, в которых водяной лед является главной составляющей. Белл считает, что темное вещество является основным компонентом исходного конденсата.

Рея. Почти двойник Япета по размерам, но без его темного вещества, Рея может представлять собой относительно простой прототип ледяного спутника внешних областей Солнечной системы. Диаметр Реи 1530 км, а плотность 1,24+0,05 г/см. Ее геометрическое альбедо равно 0,6 и оказывается подобным альбедо полюсов и ведомого полушария Япета. Это позволило сделать важный шаг в исследовании природы спутников. Зная диаметр спутника, легко вычислить его объем. Разделив массу спутника на объем, получим среднюю плотность - характеристику, помогающую установить, из каких веществ состоит данное небесное тело. Выяснилось, что плотности внутренних спутников Сатурна - от Мимаса до Реи, а также Япета - близки к плотности воды: от 1,0 до 1,4 г/см.

Есть основания полагать, что эти спутники главным образом, и состоят из воды (конечно, не жидкой, так как их температура около -180 С). Тефия, плотность которой 1 г/см, особенно похожа на кусок чистого льда. В других спутниках также должна иметься большая или меньшая примесь каменистых веществ. "Вояджеры" подходили к спутникам Сатурна так близко, что удалось не только определить диаметры спутников, но и передать на Землю изображения их поверхности. Уже составлены первые карты спутников. Наиболее распространенные образования на их поверхности - кольцевые кратеры, подобные лунным. Происхождение кратеров ударное: летящее в межпланетном пространстве метеорное тело сталкивается со спутником, его космическая скорость почти мгновенно падает до нуля, кинетическая энергия переходит в тепло. Происходит взрыв с образованием кольцевого кратера.

Некоторые кратеры нужно упомянуть особо. Например, большой кратер на маленьком Мимасе. Диаметр кратера около 130 км., или треть диаметра спутника. Вероятно, ударного кратера большего размера на Мимасе быть не может. При несколько большей кинетической энергии космического тела, нанесшего удар, Мимас разлетелся бы на куски. Множество кратеров, которые мы сейчас видим на снимках спутников Сатурна, - это летопись их истории, уходящая вглубь времен по меньшей мере на сотни миллионов лет. Отметины, произведенные небесными камнями, свидетельствуют, что в отдаленную эпоху формирования планетной системы околосолнечное пространство (по крайней мере до орбиты Сатурна) было насыщено множеством отдельных твердых тел, из которых постепенно сложились планеты и спутники. И даже после того, как формирование планет и спутников в основном завершилось, остаток этих твердых тел долгое время продолжал двигаться в пространстве. Необычные спутники, обнаруженные на петлеобразных орбитах, позволяют понять, как формировались планеты. Испещренное кратерами ледяное тело Фебы, крупнейшего из нерегулярных спутников Сатурна, похоже на ядро кометы, захваченное с околосолнечной орбиты. Кратерам на поверхности Фебы даны имена героев-аргонавтов: самый большой, наверху — Язон, слева от него — Эргин, а внизу, у границы с тенью — Оилей.

Список литературы

1. http://galspace.spb.ru/index49.html

2. http://galspace.spb.ru/index117.html

3. http://galspace.spb.ru/index173.html

4.http://ru.wikipedia.org/wiki/

botanim.ru

Реферат на тему Планета с кольцом

Сатурн с его кольцом - самая удивительная планета в солнечной системе. Широкое, совершенно плоское кольцо окружает экватор планеты, как шляпу - ее поля. Оно расположено наклонно к тому кругу, по которому Сатурн обходит Солнце за 29,5 лет. Поэтому в зависимости от положения Сатурна на его пути кольцо поворачивается к нам то одной стороной, то другой. Каждые 15 лет оно располагается к нам ребром, и тогда его нельзя разглядеть даже в самые сильные телескопы, а это значит, что кольцо очень тонкое: его толщина не более 10 - 15 км.

Первым кольца Сатурна открыл в XVII веке Галилей, Гюйгенс. В XIX в. английский физик Дж. Максвелл (1831-1879), изучавший устойчивость движения колец Сатурна, а также русский астрофизик А.А. Белополъский (1854-1934) доказали, что кольца Сатурна не могут быть сплошными.

С Земли в лучшие телескопы видно несколько колец, разделенных промежутками. Но на фотографиях, переданных с АМС, видно множество колец. Кольца очень широкие: они простираются над облачным слоем планеты на 60 000 км. Каждое состоит из частиц и глыб, движущихся по своим орбитам вокруг Сатурна. Толщина же колец не более 1 км. Поэтому, когда Земля при своем движении вокруг Солнца оказывается в плоскости колец Сатурна (это случается через 14-15 лет, так было в 1994 г.), кольца перестают быть видимыми: нам кажется, что они исчезают. Не исключено, что вещество, из которого состоят кольца, не вошло в состав планет и их больших спутников во время формирования этих небесных тел.

Знаменитый астроном Галилей в 1610 г. обнаружил, что Сатурн окружен чем-то. Но его телескоп был слишком слаб, и потому Галилей не смог разобрать, что он видит около Сатурна. Только полвека спустя голландскому ученому Гюйгенсу удалось рассмотреть, что это на самом деле плоское кольцо, которое окружает планету и нигде к ней не прикасается.

Изучение Сатурна при помощи более совершенных телескопов показало, что кольцо распадается на три части, составляющие как бы три независимых кольца, вложенных одно в другое. Внешнее кольцо отделяется от среднего темным промежутком - узкой черной щелью. Среднее кольцо ярче внешнего. Изнутри к нему примыкает полупрозрачное, как бы туманное, третье кольцо.

Что же собой представляют эти замечательные кольца? Может быть, это действительно твердые гладкие площадки? Нет, это не так. Выдающиеся ученые - английский физик Максвелл (1831 - 1879) и русская женщина-математик С. В. Ковалевская (1850 - 1891) своими расчетами доказали, что сплошное и твердое кольцо такого размера существовать не может: оно было бы мгновенно разрушено под влиянием различия в силе притяжения для разных его частей. Выдающийся русский астрофизик А. А. Белопольский тщательными наблюдениями Сатурна подтвердил, что кольцо действительно не сплошное. Оказалось, что скорость движения в разных частях кольца различна. Это значит, что кольца состоят из мелких обломков, каждый из которых обращается вокруг Сатурна с такой скоростью, какую имел бы спутник планеты годящийся на таком же расстоянии. Каждый такой обломок - как бы независимый спутник, сам по себе обращающийся вокруг Сатурна.

Что же представляют собой эти обломки? Это, вероятно, камешки разного размера: от нескольких сантиметров до метра в поперечнике, но, возможно, в кольцах есть и пыль. Кроме колец, вокруг Сатурна движутся девять спутников. Из них один - Титан - по размерам приблизительно равен Меркурию и немного уступает ему по массе. Другие спутники имеют разные размеры. Но все они значительно меньше Титана.

Сатурн во многом напоминает своего собрата - Юпитера. Многие странные, на наш взгляд, особенности Юпитера выражены у Сатурна еще более резко. Например, он сжат у полюсов еще сильнее и состоит из вещества, более легкого, чем вода. Сатурн, как и Юпитер, окружен сплошным облачным покровом, но только эта туманная пелена на нем менее пестрая. Полосы и пятна на Сатурне хотя и есть, но они выделяются не так резко, как на диске Юпитера.

Атмосфера, в которой плавают облака, имеет тот же состав, что и на Юпитере: в ней содержатся метан и аммиак. Расстояние Сатурна от Солнца составляет 1426 млн. км, и солнечные лучи там греют в 90 раз слабее, чем на Земле, и в 3.5 раза слабее, чем на Юпитере. Понятно, что и мороз там очень силен - он доходит до 150°. Сутки на Сатурне длятся 10 часов 14 минут.

Кольца Сатурна

К настоящему времени у Сатурна установлено существование 7 колец, три из которых видны с Земли и обнаружены астрономами уже давно. Кольца Сатурна состоят из множества ледяных частиц с размерами от долей миллиметра до нескольких метров. Только это не лед в том виде, в котором его знают лезвия коньков жителей планеты Земля. Скорее, это снег, а не лед. Да, обычный водяной снег, причем, снег очень рыхлый, совсем не отличающийся известной прочностью льда

Кольцо Сатурна настолько широко, что по нему, будь такое возможно, мог бы катиться Нептун или Уран. Или оба сразу. Ширина кольца составляет 137 000 км. В то же время, кольцо имеет в толщину всего несколько десятков метров. Если представить себе Сатурн в виде футбольного мяча, кольца бы у такой планеты были гораздо тоньше волоса. Кольцо Сатурна, из-за своей большой ширины и высокой отражательной способности составляющих его частиц, очень яркое. Свет, идущий от кольца, мешает астрономам искать вблизи Сатурна его маленькие спутники. Но примерно раз в 15 лет Земля пересекает плоскость колец Сатурна, и в этот не продолжительный промежуток времени, когда кольца повернуты к Земле ребром, их почти невозможно разглядеть даже в самые большие телескопы. Такими случаями и пользуются астрономы, фотографируя Сатурн, изучая снимки, на которых нет помех от яркого кольца. Так были открыты новые спутники в 1966-м году. На фотографиях, сделанным на телескопе им. Хаббла, тоже были найдены четыре новых спутника в 1995-м году. Впрочем, как выяснилось позже, в этом случае открытие было, скорее всего, ошибочным

"Вояджер 1" позволил подробнее рассмотреть структуру колец. Множество щелей, кроме уже известной давно щели Кассини, побудили ученых выдвинуть гипотезу о наличии маленьких спутников, орбиты которых лежат внутри этих щелей, и, считалось, что такие спутники, как бы, собирают все частицы на своем пути. Однако, "Вояджер 2", проводивший систематический поиск таких спутников, ничего не обнаружил. Не смотря на то, что некоторые из астрономов по-прежнему предполагают найти подобное сосуществование спутника и щели, многочисленные исследования привели к выводу о том, что виновниками образования многих щелей действительно являются спутники, но только те, чьи орбиты лежат за пределами колец. Да и механизм образования щелей совсем иной

И частицы, и спутники обращаются вокруг Сатурна, подчиняясь законам Кеплера, из которых, в частности, следует, что чем дальше находится тело от центра, вокруг которого оно обращается, тем больше период его обращения. Это означает, что и внутри колец период обращения частиц вокруг Сатурна зависит только от расстояния до планеты. Для любого спутника найдется такое кольцо, для которого больший период обращения спутника окажется кратным периоду обращения частиц, находящихся в этом кольце. Скажем, период обращения спутника окажется почти точно в три раза больше, чем период обращения частиц. Этот спутник через равные промежутки времени изменяет движение всех таких частиц, и те покидают, со временем, свою орбиту, образуя тонкую щель, почти свободную от частиц. Таким образом, за каждой щелью стоит влияние определенного спутника, "личность" которого легко выясняется. Астрономы говорят, что эту щель спутник пасет. Здесь слово "пасет" используется как термин, а спутники, присматривающие за щелями в кольце Сатурна, называют "пастухами"

Существует три основных кольца, названных A, B и C. Они различимы без особых проблем с Земли. Есть имена и у более слабых колец - D, E, F. При ближайшем рассмотрении, как мы помним, колец оказывается великое множество. Между кольцами существуют щели, где нет частиц. Та из щелей, которую можно увидеть в средний телескоп с Земли (между кольцами А и В), названа щелью Кассини. В ясные ночи с хорошими телескопами можно увидеть менее заметные щели

Кольца являются остатками того допланетного облака, которое породило все тела Солнечной системы. На тех расстояниях от планеты, на которых вращается большая доля частиц кольца, возникновение спутников невозможно из-за гравитационного воздействия самой планеты, разрушающей все более или менее крупные тела. Частицы колец многократно сталкиваются, разрушаются и слипаются вновь. Напомним, что они настолько хрупки, что уступают в этом самому рыхлому снегу, который Вы можете себе вообразить

Состав и исследования Сатурна

Сатурн был известен с доисторических времен. Галилей первым наблюдал его в телескоп в 1610 году. Ранние наблюдения Сатурна были усложнены предположением, согласно которому Земля проходит через плоскость колец Сатурна каждые несколько лет, когда Сатурн пересекает ее орбиту. Только в 1659 году Кристиан Гюйгенс правильно вывел геометрию колец. Кольца Сатурна оставались уникальными для Солнечной системы до 1977 года, когда были обнаружены очень слабые кольца вокруг Урана и вскоре после этого вокруг Юпитера и Нептуна.

Первым кораблем, летавшим к Сатурну, был Pioneer 11 в 1979 году, и позднее - Voyager, 1 и Voyager 2. Cassini, который сейчас находится на пути к нему, прибудет туда в 2004 году.

Даже в малый телескоп можно заметить, что Сатурн явно сплющен; его экваториальный и полярный диаметры различаются почти на 10 % (120,536 км и 108,728 км). Это - результат быстрого вращения и жидкого состояния. Другие газовые планеты тоже сплющены, но не так сильно.

Сатурн имеет самую низкую плотность среди всех планет, его удельный вес составляет всего 0.7 - меньше, чем у воды.

Подобно Юпитеру, Сатурн состоит приблизительно на 75 % из водорода и на 25 % из гелия со следами воды, метана, аммиака и камня, что соответствует составу исконной Солнечной Туманности, из которой была сформирована Солнечная система.

По своему внутреннему строению Сатурн подобен Юпитеру и состоит из скалистого ядра, жидкого металлического водородного слоя и молекулярного водородного слоя. Присутствуют также следы различных льдов.

Внутри Сатурна - горячее ядро с температурой 12000 K, и он излучает в космос большее количество энергии, чем получает от Солнца. Основная часть дополнительной энергии сгенерирована механизмом Келвина - Гельмгольца, как в Юпитере. Но этого недостаточно, чтобы объяснить видимую яркость Сатурна; должен присутствовать некоторый дополнительный механизм внутри Сатурна.

Полосы, так выделяющиеся на Юпитере, на Сатурне намного более слабые. Они намного более широки ближе к экватору. У Сатурна также существуют долговечные пятна и другие особенности, общие с Юпитером.

Два основных кольца (А и B) и одно слабое кольцо (C) могут наблюдаться с Земли. Промежуток между кольцами А и B известен как раздел Cassini. Изображения Voyager показывают четыре дополнительных слабых кольца. Кольца Сатурна, в отличие от колец других планет, являются очень яркими (альбедо 0.2 - 0.6).

Хотя с Земли кольца выглядят непрерывными, фактически они состоят из бесчисленных малых частичек, каждая из которых имеет свою собственную независимую орбиту. Расстояние между ними колеблется от сантиметра до нескольких метров.

Кольца Сатурна необычайно тонки: хотя их диаметр - 250,000 км или чуть больше, их толщина составляет 1.5 км. Они состоят в основном из льда и частиц горных пород, покрытых ледяной коркой.

Наиболее удаленное кольцо Сатурна, называемое F-кольцом, является сложной структурой, составленной из отдельных малых колец, вдоль которых видны "узлы". Эти узлы состоят из скоплений материала, составляющего кольца.

Происхождение колец Сатурна и других планет неизвестно, возможно, они возникли путем разрушения больших спутников. Кольцевые системы не устойчивы, они должны восстанавливаться постоянно продолжающимися процессами.

Как и другие планеты группы Юпитера, Сатурн имеет значительное магнитное поле.

Сатурн легко увидеть в ночном небе невооруженным глазом. Хотя он не такой яркий, как Юпитер, его просто идентифицировать как планету, так как он не "мерцает", как звезды. Кольца и большие спутники можно наблюдать в небольшой телескоп.

У Сатурна 18 спутников, имеющих свои наименования. Из тех спутников, скорости вращения которых известны, все, кроме Фебы и Гиперона, вращаются синхронно. Три пары спутников - Мимас - Тезис, Енцелад - Диона и Титан - Гиперон - взаимодействуют гравитационно таким образом, чтобы поддержать устойчивые связи между их орбитами. В дополнение к этим 18 спутникам по крайней мере еще дюжине были присвоены временные обозначения, но теперь считается, что вряд ли все они реальны и являются спутниками Сатурна.

bukvasha.ru

Реферат на тему: Планета Сатурн

Реферат

на тему:

Планета Сатурн

Сатурн – друга планета – велетень і шоста числом планета в Сонячній системі. Майже у всьому подібна до Юпітера, вона обертається навколо Сонця з періодом 29,5 земних років на відстані близько 9,5 а.о. Зоряна доба на Сатурні триває 10 год. 45 хв. Через швидке обертання він сплюснутий біля полюсів: полярний радіус планети менший від екваторіального. Періоди його обертання у різних широтах не однакові. Маса Сатурна в 95 разів більше за масу Землі, а сила тяжіння в 1,12 рази більша за земну.

Сатурн має на диво низьку густину, нижчу за густину води – лише 0,7 г/см3. І якби знайшовся такий велетенський океан з води, куди можна було б занурити Сатурн, він би не потонув. Така маленька густина свідчить про те, що, як і решта планет – гігантів, Сатурн переважно складається з водню і гелію.

Оскільки Сатурн знаходиться в 9,5 разів далі від Сонця, ніж Земля, то на одиницю площі він отримує в 90 разів менше тепла ніж вона. Згідно з рахунками температура зовнішнього шару хмарового покриву повинна становити 80К, насправді температура атмосфери планети дорівнює 90К. Отже, Сатурн, як і Юпітер, перебуває в стані повільного стискання. На диску жовтуватого кольору окремі деталі верхніх шарів атмосфери Сатурна проявляються значно слабкіше, ніж у Юпітері.

Та все ж при екваторіальні темні смуги видно досить добре. Помітно також, що приполярні зони здаються злегка зменшуватими. Окрім, того, час від часу з'являються світлі й темні плями, завдяки яким і було визначено період обертання Сатурна. У верхніх шарах хмарового покриву спостерігаються сильні вітри, швидкість яких в екваторіальній зоні досягає 110 м/с.

Сатурн як і Юпітер, має магнітне поле, радіаційні пояси, і є джерелом радіовипромінювання.

Серед планет-гігантів Сатурн – найцікавіша планета в Сонячній системі.

Широке, цілком плоске кільце оточує екватор планети, як капелюх його криси. Воно розміщене похило до того кола по якому Сатурн обходить Сонце за 29,5 року. Через те залежно від положення Сатурна на його шляху кільце повертається до нас то одним боком, то другим. Кожні 15 років воно стає до нас ребром, і тоді його не можна розглядіти навіть у найпотужніші телескопи, а це значить що кільце дуже тонке і його товщина не перевищує 10-15 км.

Знаменитий астроном Галілей у 1610 році виявив, що Сатурн чимось оточений. Але його телескоп був надто слабкий, і через те Галілей не зміг розібрати, що він бачить навколо Сатурна. Тільки через півстоліття голландському вченому Гюйгенсу вдалося розглядіти, що це насправді плоске кільце, яке оточує планету, і ніде до неї не доторкається. Вивчення Сатурна за допомогою досконаліших телескопів показало, що кільце розпадається на три частини, які утворюють немов три незалежних кільця, вкладених одне в одне. Зовнішнє кільце відокремлюється від середнього темним проміжком – вузькою чорною щілиною. Середнє кільце яскравіше від зовнішнього. З середини до нього щільно підходить напівпрозоре, немов тумани – третє кільце. Що є являють собою ці цікаві кільця? Може, це справді тверді маленькі площадки? Ні, це не так. Видатні вчені – англійський фізик Максвелл і російська жінка-математик С.В. Ковалевська своїми розрахунками довели, що суцільне і тверде кільце такого розміру існувати не може: воно було б миттю зруйноване внаслідок відмінності в силі притягання для різних його частин. Видатний російський астрофізик А.А. Бєлопольський пильними спостереженнями Сатурна підтвердив, що кільце справді не суцільне. Виявилось, що швидкість рухів різних частинок кільця різна. Це значить, що кільця складаються з дрібних уламків, кожний з яких обертається накоїло Сатурна з такою швидкістю, яку мав би супутник планети, що перебуває на такій самій віддалі.

Кожний такий уламок – ніби незалежний супутник, що сам по собі обертається навколо Сатурна.

Кільця Сатурна мають складну структуру. „Вояжер-1” і „Вояжер-2”, які пролетіли повз Сатурн у 1980-1981 рр., передали на Землю зображення кілець з близької відстані. На фотографії видно, що кільця Сатурна складаються з сотень окремих вузьких кілець, розділених такими ж вузькими проміжками. Самі ж кільця складаються з окремих часток водяного крихкого снігу розміром від дрібних пилинок до брил у 10-15 м завбільшки, які добре відбивають сонячне світло. Ширина кілець разом із найвіддаленішим дуже слабким кільцем, становить 65000 км, а товщина не перевищує 1 км.

Окрім кілець, Сатурн має 30 відомих на сьогодні супутників. Найбільший супутник Сатурна, Титан, має потужну непрозору атмосферу товщиною до 200 км. Вона складається з азоту з домішками метану і водню. Але всі вони далеко менші від Титану. Сатурн багато в чому нагадує свого Сократа – Юпітера.

Із Землі в телескоп добре видні три кільця: зовнішнє, середньої яскравості кільце А; середнє, найбільш яскраве кільце В в внутрішнє, неяскраве напівпрозоре кільце З, що іноді називається креповим. Кільця ледве більше жовтуватого диска Сатурна. Розташовано вони в площині екватора планети і дуже тонкі: при загальній ширині в радіальному напрямку приблизно 60 тис.км. вони мають товщину менш 3 км. Спектроскопічно було встановлено, що кільця обертаються не так, як тверде тіло, - з відстанню від Сатурна швидкість убуває. Більш того, кожна крапка кілець має таку швидкість, яку мав би на цій відстані супутник, що вільно рухається навколо Сатурна по круговій орбіті. Звідси ясно: кільця Сатурна власне кажучи являють собою колосальне скупчення дрібних твердих часток, що самостійно звертаються навколо планети. Розміри часток настільки малі, що їх не видно не тільки в земні телескопи, але і з борта космічних апаратів. Характерна риса будівлі кілець - темні кільцеві проміжки (розподілу), де речовини дуже мало. Саме широке з них (3500 км) відокремлює кільце У від кільця А и називається "розподілом Кассіні" на честь астронома, що вперше побачив його в 1675 році. При винятково гарних атмосферних умовах таких розподілів із Землі видно понад десять.Природа їх, очевидно, резонансна. Так, розподіл Кассіні - це область орбіт, у якій період звертання кожної частки навколо Сатурна рівно вдвічі менше, ніж у найближчого великого супутника Сатурна - Мімаса. Через такий збіг Мимас своїм притяганням як би розгойдує частки, що рухаються усередині розподілу, і і зрештою викидає їх відтіля. Бортові камери "Вояджеров" показали, що з близької відстані кільця Сатурна схожі на грамофонну пластинку: вони як би розшаровані на тисячі окремих вузьких колечок з темними прогалинами між ними. Прогалин так багато, що пояснити їх резонансами з періодами звертання супутників Сатурна вже неможливо. Чим же порозумівається ця тонка структура? Імовірно, рівномірний розподіл часток по площині кілець механічно хитливо. Унаслідок цього виникають кругові хвилі щільності - це і є тонка структура, що спостерігається. Крім кілець А,В и С "Вояджери" знайшли ще чотири: D,E,F і G. Усі вони дуже розріджені і тому неярки. Кільця D і E із працею видні з Землі при особливо сприятливих умовах; кільця F і G виявлені вперше. Порядок позначення кілець порозумівається історичними причинами, тому він не збігається з алфавітним. Якщо розташувати кільця в міру їхнього видалення від Сатурна, то ми одержимо ряд: D,C,B,A,F,G,E. Особливий інтерес і велику дискусію викликало кільце F. До сожале- нию, вивести остаточне судження про цей об'єкт поки не удалося, тому що спостереження двох "Вояджеров" не погодяться між з- бій. Бортові камери "Вояджера-1" показали, що кільце F складається з декількох колечок загальною шириною 60 км., причому два з них перевиті один з одним, як шнурок. Якийсь час панувало мнение, що відповідальність за цю незвичайну конфігурацію несуть два невеликих нововідкритих супутники, що рухаються безпосередньо поблизу кільця F, - один із внутрішнього краю, іншої - у зовнішнього (ледве повільніше першого, тому що він далі від Сатурна). Притягання цих супутників не дає крайнім часткам іти далеко від його середини, тобто супутники як би "пасуть" частки, за що й одержали назва "пастухів". Вони ж, як показали розрахунки, викликають рух часток по хвилястій лінії, що і створює переплетення компонентів, що спостерігаються, кільця. Але "Вояджер-2", що пройшов біля Сатурна дев'ятьма місяцями пізніше, не знайшов у кільці F ні переплетень, ні яких-небудь інших перекручувань форми, - зокрема, і в безпосередній близькості від "пастухів". Таким чином, форма кільця виявилася мінливою. Для судження про причини і закономірності цієї мінливості двох спостережень, звичайно, мало. З Землі ж спостерігати кільце F сучасними засобами неможливо - яскравість його занадто мала. Залишається сподіватися, що більш ретельне дослідження отриманих "Вояджерами" знімків кільця проллє світло на цю проблему. Кільце D - найближче до планети. Видимо, воно простирається до самої хмарної кулі Сатурна. Кільце E - саме зовнішнє. Украй раз- виряджене, воно в той же час найбільш широке з усіх - близько 90 тис. км. Величина зони, що воно займає, від 3,5 до 5 радіусів плані- ти. Густина речовини в кільці E зростає в напрямку до орбіти супутника Сатурна Енцелада. Можливо, Енцелад - джерело речовини цього кільця. Частки кілець Сатурна, імовірно, крижані, покриті зверху ине- їм. Це було відоме ще з наземних спостережень, і бортові прилади космічних апаратів лише підтвердили правильність такого висновку. Розміри часток головних кілець оцінювалися з наземних спостережень у межах від сантиметрів до метрів (природно, частки не можуть бути однаковими по величині: не виключається також, що в різних кільцях типовий поперечник часток різний). Коли "Вояджер-1" проходив поблизу Сатурна, радіопередавач космічного апарата послідовно пронизував радиолучом не хвилі 3,6 див. кільце А, розподіл Кассини і кільце С. Потім радіовипромінювання було прийнято на Землі і піддалося аналізу. Удалося з'ясувати, що частки зазначених зон розсіюють радіохвилі переважно вперед, хоча і трохи по-різному. Завдяки цьому оцінили середній поперечник часток кільця А в 10 м, розподілу Кассіні - у 8 м і кільця З - у 2 м. Сильне розсіювання вперед, але цього разу у видимому світлі, виявлено в кілець F і E. Це означає наявність у них значної кількості дрібного пилу (поперечник порошини біля десятитисячних часткою міліметра). У кільці В знайшли новий структурний елемент - радіальні утворення, що одержали назви "спиць" через зовнішню подібність зі спицями колеса. Вони також складаються з дрібного пилу і розташовані над площиною кільця. Не виключено, що "спиці" утримуються там силами електростатичного відштовхування. Цікаво відзначити: зображення "спиць" були знайдені на деяких замальовках Сатурна, зроблених ще в минулому столітті. Але тоді ніхто не додав їм значення. Досліджуючи кільця, "Вояджери" знайшли несподіваним ефект - численні короткочасні сплески радіовипромінювання, що надходить від кілець. Це не що інше, як сигнали від електростатичних розрядів - свого роду блискавки. Джерело електризації часток, очевидно, зіткнення між ними. Крім того6 була відкрита окутивающая кільця газоподібна атмос- фера з нейтрального атомарного водню. "Вояджерами" спостерігалася лінія Лайсан-альфа (1216 А) в ультрафіолетовій частині спектра. По її інтенсивності оцінили число атомів водню в кубічному сантиметрі атмосфери. Їх виявилося приблизно 600. Потрібно сказати, деякі вчені задовго до запуску до Сатурна космічних апаратів пророкували можливість існування атмосфери в кілець Сатурна. "Вояджерами" була також зроблена спроба вимірити масу кілець. Труднощі полягали в тому, що маса кілець принаймні в мільйон разів менше маси Сатурна. Через цього траєкторія руху космічного апарата поблизу Сатурна у величезному ступені визначається могутнім притяганням самої планети і лише мізерно обурюється слабким притяганням кілець. Тим часом саме слабке притягання і необхідно виявити. Найкраще для цієї мети підходила траєкторія "Піонера-11". Але аналіз вимірів траєкторії апарата по його радіовипромінюванню показав, що кільця ( у межах точності вимірів) на рух апарата не вплинули. Точність же склала 1,7 х 10 маси Сатурна. Іншими словами, маса кілець свідомо менше 1,7 мільйонних часток маси планети.

Якщо до польотів космічних апаратів до Сатурна було відомо 10 супутників планети, те зараз ми знаємо 17 (Земля і Всесвіт, 1981, N2, с. 40-45-Ред.). Нові сім супутників дуже малі, але тим не менш деякі з них впливають на динаміку системи Сатурна. Такий, наприклад, маленький супутник, що рухається в зовнішнього краю кільця А; він не дає часткам кільця виходити за межі цього краю. Це Атлас. (У грецькій міфології багатоокий велетень, що стерегет за наказом богині Гери кохану Зевса Іо. У переносом змісті - пильний страж). Титан є другим по величині супутником у Сонячної Систе- ме. Його радіус дорівнює 2575 кілометрів. Його маса складає 1,346 х 10 грумм (0,022 маси Землі), а середня щільність 1,881 г/см . Це єдиний супутник, що володіє значною атмосферою, причому його атмосфера щільніше, ніж у кожної з планет земної групи, крім Венери. Титан подібний Венері ще і тим, що в нього маються глобальний серпанок і навіть невеликий тепличний підігрів у поверхні. У його атмосфері, імовірно, маються метанові хмари, але це твердо не встановлено. Верхня атмосфера дуже близька до ізотермічного стану на всьому шляху від стратосфери до екзосфери, а температура на поверхні з точністю до декількох градусів однакова по всій сфері і дорівнює 94 ДО. Радіуси темно-жовтогарячих чи коричневих часток стратосферного аерозоля в основному не перевищують 0,1 мкм, а на великих глибинах можуть існувати більш великі частки. Передбачається, що аерозоли є кінцевим продуктом фотохімічних перетворень метану і що вони акумулюються на поверхні (чи розчиняються в рідкому чи метані етане). Вуглеводні, що спостерігаються, і органічні молекули можуть виникати при природних фотохімічних процесах. Дивною властивістю верхньої атмосфери є УФ-емиссии, присвячені до денної сторони, але занадто яскраві, щоб їх могла збудити сонячна енергія, що надходить. Водень швидко диссипирует, поповнюючи тор, що спостерігається, разом з деякою кількістю азоту, що вибивається при дисоціації N2 електронними ударами. На основі розщеплення температури, що спостерігається, можна побудувати глобальну систему вітрів. Глобальний склад Титана, очевидно, визначається тим набором конденсованих речовин, що утворилися в щільному газовому диску навколо прото-Сатурна. Існують три можливих сценарії походження: холодна аккреція, гаряча аккреция при відсутності щільної газової фази і гаряча аккреция в присутності щільної газової фази. Япет. Можливо, що самий таємничий із супутників Сатурна, Япет, є єдиним по інтервалі альбедо його поверхні - від 0,5 (типове значення для крижаних тіл) до 0,05 у центральних частинах його ведучого по ходу звертання півкулі. "Вояджером - 1" були отримані зображення з максимальним дозволом 50 км/пари ліній, що показують в основному півкулю звернене до Сатурна, і границю між ведучою (темної) і відомої (світлої) сторонами. Було зареєстровано величезне екваторіальне темне кільце діаметром близько 300 км із довготою центра близько 300 . Вояджеровські спостереження, отримані з найбільшим дозволом, показують, що світла сторона ( і особливо область північного полюса) сильно кратеризована: поверхнева щільність складає 205+16 кратерів ( D>30 км) на 10 км . Екстраполяція до діаметрів 10 км приводить до щільності більш 2000 кратерів ( D>10 км) на 10 км . Така щільність порівнянна з щільностями на інших сильно кратеризованних тілах,таких, як Меркурій і Каллисто, чи з щільністю кратерів на місячних континентах. Характерною рисою границі між темною і світлою областями на Япете є існування численних кратерів з темним дном на світлій речовині і відсутність на темній речовині кратерів зі світлим чи дном кратерів з гало (чи інших білих плям). Щільність Япета, рівна 1,16+0,09 г/см характерна для крижаних Супутників Сатурна і погодиться з моделями, у яких водяний лід є головної складовий. Белл вважає, що темна речовина є основним компонентом вихідного конденсату, з якого утворився Япет. Рея. Майже двійник Япета по розмірах, але без його темного вещес- тва, Рея може являти собою відносно простий прототип крижаного супутника зовнішніх областей Сонячної системи. Діаметр Реї 1530 км, а щільність 1,24+0,05 г/см . Її геометричне альбедо дорівнює 0,6 і виявляється подібним альбедо полюсів і відомої півкулі Япета.

Література:

Зоряна енциклопедія. – К., 2000.

Астрономія. Підручник. – К., 2001.

Поділіться з Вашими друзьями:

referatu.in.ua

Реферат на тему Планета Сатурн - Астрономія, авіація, космонавтика - Реферати - Каталог статей

Сатурн – друга планета – велетень і шоста числом планета в Сонячній системі. Майже у всьому подібна до Юпітера, вона обертається навколо Сонця з періодом 29,5 земних років на відстані близько 9,5 а.о. Зоряна доба на Сатурні триває 10 год. 45 хв. Через швидке обертання він сплюснутий біля полюсів: полярний радіус планети менший від екваторіального. Періоди його обертання у різних широтах не однакові. Маса Сатурна в 95 разів більше за масу Землі, а сила тяжіння в 1,12 рази більша за земну.

Сатурн має на диво низьку густину, нижчу за густину води – лише 0,7 г/см3. І якби знайшовся такий велетенський океан з води, куди можна було б занурити Сатурн, він би не потонув. Така маленька густина свідчить про те, що, як і решта планет – гігантів, Сатурн переважно складається з водню і гелію.

Оскільки Сатурн знаходиться в 9,5 разів далі від Сонця, ніж Земля, то на одиницю площі він отримує в 90 разів менше тепла ніж вона. Згідно з рахунками температура зовнішнього шару хмарового покриву повинна становити 80К, насправді температура атмосфери планети дорівнює 90К. Отже, Сатурн, як і Юпітер, перебуває в стані повільного стискання. На диску жовтуватого кольору окремі деталі верхніх шарів атмосфери Сатурна проявляються значно слабкіше, ніж у Юпітері.

Та все ж при екваторіальні темні смуги видно досить добре. Помітно також, що приполярні зони здаються злегка зменшуватими. Окрім, того, час від часу з'являються світлі й темні плями, завдяки яким і було визначено період обертання Сатурна. У верхніх шарах хмарового покриву спостерігаються сильні вітри, швидкість яких в екваторіальній зоні досягає 110 м/с.

Сатурн як і Юпітер, має магнітне поле, радіаційні пояси, і є джерелом радіовипромінювання.

Серед планет-гігантів Сатурн – найцікавіша планета в Сонячній системі.

Широке, цілком плоске кільце оточує екватор планети, як капелюх його криси. Воно розміщене похило до того кола по якому Сатурн обходить Сонце за 29,5 року. Через те залежно від положення Сатурна на його шляху кільце повертається до нас то одним боком, то другим. Кожні 15 років воно стає до нас ребром, і тоді його не можна розглядіти навіть у найпотужніші телескопи, а це значить що кільце дуже тонке і його товщина не перевищує 10-15 км.

Знаменитий астроном Галілей у 1610 році виявив, що Сатурн чимось оточений. Але його телескоп був надто слабкий, і через те Галілей не зміг розібрати, що він бачить навколо Сатурна. Тільки через півстоліття голландському вченому Гюйгенсу вдалося розглядіти, що це насправді плоске кільце, яке оточує планету, і ніде до неї не доторкається. Вивчення Сатурна за допомогою досконаліших телескопів показало, що кільце розпадається на три частини, які утворюють немов три незалежних кільця, вкладених одне в одне. Зовнішнє кільце відокремлюється від середнього темним проміжком – вузькою чорною щілиною. Середнє кільце яскравіше від зовнішнього. З середини до нього щільно підходить напівпрозоре, немов тумани – третє кільце. Що є являють собою ці цікаві кільця? Може, це справді тверді маленькі площадки? Ні, це не так. Видатні вчені – англійський фізик Максвелл і російська жінка-математик С.В. Ковалевська своїми розрахунками довели, що суцільне і тверде кільце такого розміру існувати не може: воно було б миттю зруйноване внаслідок відмінності в силі притягання для різних його частин. Видатний російський астрофізик А.А. Бєлопольський пильними спостереженнями Сатурна підтвердив, що кільце справді не суцільне. Виявилось, що швидкість рухів різних частинок кільця різна. Це значить, що кільця складаються з дрібних уламків, кожний з яких обертається накоїло Сатурна з такою швидкістю, яку мав би супутник планети, що перебуває на такій самій віддалі.

Кожний такий уламок – ніби незалежний супутник, що сам по собі обертається навколо Сатурна.

Кільця Сатурна мають складну структуру. „Вояжер-1” і „Вояжер-2”, які пролетіли повз Сатурн у 1980-1981 рр., передали на Землю зображення кілець з близької відстані. На фотографії видно, що кільця Сатурна складаються з сотень окремих вузьких кілець, розділених такими ж вузькими проміжками. Самі ж кільця складаються з окремих часток водяного крихкого снігу розміром від дрібних пилинок до брил у 10-15 м завбільшки, які добре відбивають сонячне світло. Ширина кілець разом із найвіддаленішим дуже слабким кільцем, становить 65000 км, а товщина не перевищує 1 км.

Окрім кілець, Сатурн має 30 відомих на сьогодні супутників. Найбільший супутник Сатурна, Титан, має потужну непрозору атмосферу товщиною до 200 км. Вона складається з азоту з домішками метану і водню. Але всі вони далеко менші від Титану. Сатурн багато в чому нагадує свого Сократа – Юпітера.Із Землі в телескоп добре видні три кільця: зовнішнє, середньої яскравості кільце А; середнє, найбільш яскраве кільце В в внутрішнє, неяскраве напівпрозоре кільце З, що іноді називається креповим. Кільця ледве більше жовтуватого диска Сатурна. Розташовано вони в площині екватора планети і дуже тонкі: при загальній ширині в радіальному напрямку приблизно 60 тис.км. вони мають товщину менш 3 км. Спектроскопічно було встановлено, що кільця обертаються не так, як тверде тіло, - з відстанню від Сатурна швидкість убуває. Більш того, кожна крапка кілець має таку швидкість, яку мав би на цій відстані супутник, що вільно рухається навколо Сатурна по круговій орбіті. Звідси ясно: кільця Сатурна власне кажучи являють собою колосальне скупчення дрібних твердих часток, що самостійно звертаються навколо планети. Розміри часток настільки малі, що їх не видно не тільки в земні телескопи, але і з борта космічних апаратів. Характерна риса будівлі кілець - темні кільцеві проміжки (розподілу), де речовини дуже мало. Саме широке з них (3500 км) відокремлює кільце У від кільця А и називається "розподілом Кассіні" на честь астронома, що вперше побачив його в 1675 році. При винятково гарних атмосферних умовах таких розподілів із Землі видно понад десять.Природа їх, очевидно, резонансна. Так, розподіл Кассіні - це область орбіт, у якій період звертання кожної частки навколо Сатурна рівно вдвічі менше, ніж у найближчого великого супутника Сатурна - Мімаса. Через такий збіг Мимас своїм притяганням як би розгойдує частки, що рухаються усередині розподілу, і і зрештою викидає їх відтіля. Бортові камери "Вояджеров" показали, що з близької відстані кільця Сатурна схожі на грамофонну пластинку: вони як би розшаровані на тисячі окремих вузьких колечок з темними прогалинами між ними. Прогалин так багато, що пояснити їх резонансами з періодами звертання супутників Сатурна вже неможливо. Чим же порозумівається ця тонка структура? Імовірно, рівномірний розподіл часток по площині кілець механічно хитливо. Унаслідок цього виникають кругові хвилі щільності - це і є тонка структура, що спостерігається. Крім кілець А,В и С "Вояджери" знайшли ще чотири: D,E,F і G. Усі вони дуже розріджені і тому неярки. Кільця D і E із працею видні з Землі при особливо сприятливих умовах; кільця F і G виявлені вперше. Порядок позначення кілець порозумівається історичними причинами, тому він не збігається з алфавітним. Якщо розташувати кільця в міру їхнього видалення від Сатурна, то ми одержимо ряд: D,C,B,A,F,G,E. Особливий інтерес і велику дискусію викликало кільце F. До сожале- нию, вивести остаточне судження про цей об'єкт поки не удалося, тому що спостереження двох "Вояджеров" не погодяться між з- бій. Бортові камери "Вояджера-1" показали, що кільце F складається з декількох колечок загальною шириною 60 км., причому два з них перевиті один з одним, як шнурок. Якийсь час панувало мнение, що відповідальність за цю незвичайну конфігурацію несуть два невеликих нововідкритих супутники, що рухаються безпосередньо поблизу кільця F, - один із внутрішнього краю, іншої - у зовнішнього (ледве повільніше першого, тому що він далі від Сатурна). Притягання цих супутників не дає крайнім часткам іти далеко від його середини, тобто супутники як би "пасуть" частки, за що й одержали назва "пастухів". Вони ж, як показали розрахунки, викликають рух часток по хвилястій лінії, що і створює переплетення компонентів, що спостерігаються, кільця. Але "Вояджер-2", що пройшов біля Сатурна дев'ятьма місяцями пізніше, не знайшов у кільці F ні переплетень, ні яких-небудь інших перекручувань форми, - зокрема, і в безпосередній близькості від "пастухів". Таким чином, форма кільця виявилася мінливою. Для судження про причини і закономірності цієї мінливості двох спостережень, звичайно, мало. З Землі ж спостерігати кільце F сучасними засобами неможливо - яскравість його занадто мала. Залишається сподіватися, що більш ретельне дослідження отриманих "Вояджерами" знімків кільця проллє світло на цю проблему. Кільце D - найближче до планети. Видимо, воно простирається до самої хмарної кулі Сатурна. Кільце E - саме зовнішнє. Украй раз- виряджене, воно в той же час найбільш широке з усіх - близько 90 тис. км. Величина зони, що воно займає, від 3,5 до 5 радіусів плані- ти. Густина речовини в кільці E зростає в напрямку до орбіти супутника Сатурна Енцелада. Можливо, Енцелад - джерело речовини цього кільця. Частки кілець Сатурна, імовірно, крижані, покриті зверху ине- їм. Це було відоме ще з наземних спостережень, і бортові прилади космічних апаратів лише підтвердили правильність такого висновку. Розміри часток головних кілець оцінювалися з наземних спостережень у межах від сантиметрів до метрів (природно, частки не можуть бути однаковими по величині: не виключається також, що в різних кільцях типовий поперечник часток різний). Коли "Вояджер-1" проходив поблизу Сатурна, радіопередавач космічного апарата послідовно пронизував радиолучом не хвилі 3,6 див. кільце А, розподіл Кассини і кільце С. Потім радіовипромінювання було прийнято на Землі і піддалося аналізу. Удалося з'ясувати, що частки зазначених зон розсіюють радіохвилі переважно вперед, хоча і трохи по-різному. Завдяки цьому оцінили середній поперечник часток кільця А в 10 м, розподілу Кассіні - у 8 м і кільця З - у 2 м. Сильне розсіювання вперед, але цього разу у видимому світлі, виявлено в кілець F і E. Це означає наявність у них значної кількості дрібного пилу (поперечник порошини біля десятитисячних часткою міліметра). У кільці В знайшли новий структурний елемент - радіальні утворення, що одержали назви "спиць" через зовнішню подібність зі спицями колеса. Вони також складаються з дрібного пилу і розташовані над площиною кільця. Не виключено, що "спиці" утримуються там силами електростатичного відштовхування. Цікаво відзначити: зображення "спиць" були знайдені на деяких замальовках Сатурна, зроблених ще в минулому столітті. Але тоді ніхто не додав їм значення. Досліджуючи кільця, "Вояджери" знайшли несподіваним ефект - численні короткочасні сплески радіовипромінювання, що надходить від кілець. Це не що інше, як сигнали від електростатичних розрядів - свого роду блискавки. Джерело електризації часток, очевидно, зіткнення між ними. Крім того6 була відкрита окутивающая кільця газоподібна атмос- фера з нейтрального атомарного водню. "Вояджерами" спостерігалася лінія Лайсан-альфа (1216 А) в ультрафіолетовій частині спектра. По її інтенсивності оцінили число атомів водню в кубічному сантиметрі атмосфери. Їх виявилося приблизно 600. Потрібно сказати, деякі вчені задовго до запуску до Сатурна космічних апаратів пророкували можливість існування атмосфери в кілець Сатурна. "Вояджерами" була також зроблена спроба вимірити масу кілець. Труднощі полягали в тому, що маса кілець принаймні в мільйон разів менше маси Сатурна. Через цього траєкторія руху космічного апарата поблизу Сатурна у величезному ступені визначається могутнім притяганням самої планети і лише мізерно обурюється слабким притяганням кілець. Тим часом саме слабке притягання і необхідно виявити. Найкраще для цієї мети підходила траєкторія "Піонера-11". Але аналіз вимірів траєкторії апарата по його радіовипромінюванню показав, що кільця ( у межах точності вимірів) на рух апарата не вплинули. Точність же склала 1,7 х 10 маси Сатурна. Іншими словами, маса кілець свідомо менше 1,7 мільйонних часток маси планети.Якщо до польотів космічних апаратів до Сатурна було відомо 10 супутників планети, те зараз ми знаємо 17 (Земля і Всесвіт, 1981, N2, с. 40-45-Ред.). Нові сім супутників дуже малі, але тим не менш деякі з них впливають на динаміку системи Сатурна. Такий, наприклад, маленький супутник, що рухається в зовнішнього краю кільця А; він не дає часткам кільця виходити за межі цього краю. Це Атлас. (У грецькій міфології багатоокий велетень, що стерегет за наказом богині Гери кохану Зевса Іо. У переносом змісті - пильний страж). Титан є другим по величині супутником у Сонячної Систе- ме. Його радіус дорівнює 2575 кілометрів. Його маса складає 1,346 х 10 грумм (0,022 маси Землі), а середня щільність 1,881 г/см . Це єдиний супутник, що володіє значною атмосферою, причому його атмосфера щільніше, ніж у кожної з планет земної групи, крім Венери. Титан подібний Венері ще і тим, що в нього маються глобальний серпанок і навіть невеликий тепличний підігрів у поверхні. У його атмосфері, імовірно, маються метанові хмари, але це твердо не встановлено. Верхня атмосфера дуже близька до ізотермічного стану на всьому шляху від стратосфери до екзосфери, а температура на поверхні з точністю до декількох градусів однакова по всій сфері і дорівнює 94 ДО. Радіуси темно-жовтогарячих чи коричневих часток стратосферного аерозоля в основному не перевищують 0,1 мкм, а на великих глибинах можуть існувати більш великі частки. Передбачається, що аерозоли є кінцевим продуктом фотохімічних перетворень метану і що вони акумулюються на поверхні (чи розчиняються в рідкому чи метані етане). Вуглеводні, що спостерігаються, і органічні молекули можуть виникати при природних фотохімічних процесах. Дивною властивістю верхньої атмосфери є УФ-емиссии, присвячені до денної сторони, але занадто яскраві, щоб їх могла збудити сонячна енергія, що надходить. Водень швидко диссипирует, поповнюючи тор, що спостерігається, разом з деякою кількістю азоту, що вибивається при дисоціації N2 електронними ударами. На основі розщеплення температури, що спостерігається, можна побудувати глобальну систему вітрів. Глобальний склад Титана, очевидно, визначається тим набором конденсованих речовин, що утворилися в щільному газовому диску навколо прото-Сатурна. Існують три можливих сценарії походження: холодна аккреція, гаряча аккреция при відсутності щільної газової фази і гаряча аккреция в присутності щільної газової фази. Япет. Можливо, що самий таємничий із супутників Сатурна, Япет, є єдиним по інтервалі альбедо його поверхні - від 0,5 (типове значення для крижаних тіл) до 0,05 у центральних частинах його ведучого по ходу звертання півкулі. "Вояджером - 1" були отримані зображення з максимальним дозволом 50 км/пари ліній, що показують в основному півкулю звернене до Сатурна, і границю між ведучою (темної) і відомої (світлої) сторонами. Було зареєстровано величезне екваторіальне темне кільце діаметром близько 300 км із довготою центра близько 300 . Вояджеровські спостереження, отримані з найбільшим дозволом, показують, що світла сторона ( і особливо область північного полюса) сильно кратеризована: поверхнева щільність складає 205+16 кратерів ( D>30 км) на 10 км . Екстраполяція до діаметрів 10 км приводить до щільності більш 2000 кратерів ( D>10 км) на 10 км . Така щільність порівнянна з щільностями на інших сильно кратеризованних тілах,таких, як Меркурій і Каллисто, чи з щільністю кратерів на місячних континентах. Характерною рисою границі між темною і світлою областями на Япете є існування численних кратерів з темним дном на світлій речовині і відсутність на темній речовині кратерів зі світлим чи дном кратерів з гало (чи інших білих плям). Щільність Япета, рівна 1,16+0,09 г/см характерна для крижаних Супутників Сатурна і погодиться з моделями, у яких водяний лід є головної складовий. Белл вважає, що темна речовина є основним компонентом вихідного конденсату, з якого утворився Япет. Рея. Майже двійник Япета по розмірах, але без його темного вещес- тва, Рея може являти собою відносно простий прототип крижаного супутника зовнішніх областей Сонячної системи. Діаметр Реї 1530 км, а щільність 1,24+0,05 г/см . Її геометричне альбедо дорівнює 0,6 і виявляється подібним альбедо полюсів і відомої півкулі Япета.

plagiatik.at.ua

Сатурн

                                                                           РЕФЕРАТ  ПО  АСТРОНОМИИ                                                          на тему:                           “Cатурн”                                                                                                                                                                            Выполнил:                                                                                                                   Дорогавцев И.                                                                                                                                                                                                                                                                                  2002 г           Сатурн (астрономический знак H), планета, среднее расстояние от Солнца 9,54 а. е., период обращения 29,46 года, период вращения на экваторе (облачный слой) 10,2 ч, экваториальный диаметр 120 660 км, масса 5,68·1026 кг, имеет 17 спутников, в состав атмосферы входят СН4, Н2, Не, NН3. У Сатурна обнаружены радиационные пояса. Сатурн -планета, имеющая кольца.                                                                                                       Сатурн , шестая от Солнца, вторая по размерам после Юпитера большая планета Солнечной системы; относится к планетам-гигантам. Эллиптическая орбита Сатурна имеет эксцентриситет 0,0556 и средний радиус 9,539 а. е. (1427 млн. км). Максимальное и минимальное расстояния от Солнца равны приблизительно 10 и 9 а. е. Расстояния от Земли меняются от 1,2 до 1,6 млрд. км. Наклон орбиты планеты к плоскости эклиптики 2°29,4. Угол между плоскостями экватора и орбиты достигает 26°44. Сатурн  движется по своей орбите со средней скоростью 2,64 км/с; период обращения вокруг Солнца составляет 29,46 земных лет. Планета не имеет четкой твердой поверхности, оптические наблюдения затрудняются непрозрачностью атмосферы. Для экваториального и полярного радиусов приняты значения 60 тыс. км и 53,5 тыс. км. Средний радиус Сатурна в 9,1 раз больше, чем у Земли. На земном небе Сатурн выглядит как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звездной величины. Масса Сатурна составляет 5,68 · 1026 кг, что в 95,1 раз превосходит массу Земли; при этом средняя плотность Сатурна, равная 0,68 г/см3, почти на порядок меньше, чем плотность Земли. Ускорение свободного падения у поверхности Сатурна на экваторе равно 9,06 м/с2. Поверхность Сатурна (облачный слой), как и Юпитера, не вращается как единое целое. Тропические области в атмосфере Сатурна обращаются с периодом 10 ч 14 мин земного времени, а на умеренных широтах этот период на 26 мин больше.

Строение планеты

            У Сатурна, как и у Юпитера, имеется очень плотная атмосфера. На верхней границе его облачного покрова, заметно мало деталей и контраст их с окружающим фоном невелик. Этим Сатурн отличается от Юпитера, где присутствует множество контрастных деталей в виде темных и светлых полос, волн, узелков, свидетельствующих о значительной активности его атмосферы.             Установлено, что скорости ветров на Сатурне даже выше, чем на Юпитере: на экваторе 1700 км/ч. Число облачных поясов больше, чем на Юпитере, и достигают они более высоких широт. Таким образом, снимки облачности демонстрируют своеобразие атмосферы Сатурна, которая даже активнее юпитерианской. Метеорологические явления на Сатурне происходят при более низкой температуре, нежели в земной атмосфере. Температура планеты на уровне верхней границы облачного покрова, где давление равно 0,1 атм., составляет всего -188о С. Интересно, что за счет нагревания одним Солнцем даже такой температуры получить нельзя. Расчет показывает: в недрах Сатурна имеется свой собственный источник тепла, поток от которого в 2,5 раза больше, чем от Солнца. Сумма этих двух потоков и дает наблюдаемую температуру планеты.             Космические аппараты подробно исследовали химический состав надоблачной атмосферы Сатурна. В основном она состоит почти на 89% из водорода. На втором месте гелий - около 11% . Отметим, что в атмосфере Юпитера его 19%. Дефицит гелия на Сатурне объясняют гравитационным разделением гелия и водорода в недрах планеты: гелий, который тяжелее, постепенно оседает на большие глубины. Другие газы в атмосфере - метан, аммиак, этан, ацетилен, фосфин - присутствуют в малых количествах. Метан при столь низкой температуре находится в основном в капельно-жидком состоянии. Он образует облачный покров Сатурна. Что касается малого контраста деталей, видимых в атмосфере Сатурна, то причины этого явления пока еще не вполне ясны. Было высказано предположение, что в атмосфере взвешена ослабляющая контраст дымка из мельчайших твердых частиц. Но наблюдения "Вояджера-2" опровергают это: темные полосы на поверхности планеты оставались резкими и ясными до самого края диска Сатурна, тогда как при наличии дымки они бы к краям замутнялись из-за большого количества частиц перед ними.             По своему внутреннему строению Сатурн схож с Юпитером. Предполагается, что оболочка планеты состоит из жидкого водорода, который по мере продвижения к центру планеты переходит из жидкого в металлическое состояние. В центре планеты располагается железокремниевое ядро, с примесью льдов из метана, аммиака и воды.

Кольца

            Сатурн окружен кольцами, которые хорошо видны в телескоп в виде "ушек" по обе стороны диска планеты. Они были замечены еще Галилеем в 1610 году. Кольца Сатурна - одно из самых удивительных и интересных образований в Солнечной системе. Плоская система колец опоясывает планету вокруг экватора и нигде не соприкасается с поверхностью. В кольцах разделяются три основные концентрические зоны, разграниченные узкими щелями: внешнее кольцо А, среднее В (наиболее яркое), внутреннее кольцо С, довольно прозрачное, "креповое", внутренний край его не резкий. Наиболее близкие к планете слабо различимые части внутреннего кольца обозначаются символом D. Обнаружено также существование практически прозрачного самого внешнего кольца D'. Сквозь все кольца Сатурна просвечивают звезды. Кольца вращаются вокруг Сатурна, причем скорость движения внутренних частей больше, чем наружных. Кольца Сатурна не сплошные, а представляют собой плоскую систему из бесконечного количества мелких спутников планеты. Плоскость колец практически совпадает с плоскостью экватора Сатурна и имеет постоянный наклон к плоскости орбиты, равный приблизительно 27о . В зависимости от положений планеты на орбите мы видим кольца то с одной, то с другой стороны. Полный цикл изменения их вида завершается в течение 29,46 лет - таков период обращения Сатурна вокруг Солнца. Время от времени кольца на короткий срок перестают быть видимыми в телескопы средних размеров. Это происходит когда плоскость колец проходит точно через Солнце и боковая поверхность оказывается лишенной яркого освещения, либо когда кольца бывают обращены к наблюдателю "ребром" и выглядят как чрезвычайно тонкая полоска, видимая только в крупнейшие телескопы. Толщина колец, по современным данным, около 3,5 км. Она очень мала по сравнению с их диаметром, который по наружному краю кольца А составляет 275 тыс. км. Размеры частиц не определены окончательно. Радиоастронометрические наблюдения свидетельствуют о наличии в кольцах множества частиц размером не менее нескольких сантиметров. Не исключена возможность присутствия в кольцах Сатурна еще более крупных частиц, так же как и пыли. Инфракрасные спектры колец Сатурна напоминают спектры водяного инея. Однако в других частях спектра позднее была обнаружена особенность, не характерная для чистого льда.

Спутники

            Кроме колец, у Сатурна известно 17 спутников. Это - Атлас, Прометей, Пандора, Эпиметей, Янус, Мимас, Энцелад, Тефия, Телесто, Калипсо, Диона, Елена, Рея, Титан, Гиперон, Япет, Феба. Все спутники Сатурна, кроме Фебы, обращаются в прямом направлении. Феба движется по орбите с довольно большим эксцентриситетом в обратном направлении.             До полетов космических аппаратов к Сатурну было известно 10 спутников планеты, сейчас мы знаем 17. Новые семь спутников весьма малы, но, тем не менее, некоторые из них оказывают серьезное влияние на динамику системы Сатурна. Таков, например, маленький спутник - Атлас, движущийся у внешнего края кольца А, он не дает частицам кольца выходить за пределы этого края. Титан является вторым по величине спутником в Солнечной Системе. Его радиус равен 2575 км. Его масса составляет 0,022 массы Земли, а средняя плотность 1,881 г/см3. Это единственный спутник, обладающий значительной атмосферой, причем его атмосфера плотнее, чем у любой из планет земной группы, исключая Венеру. Титан подобен Венере еще и тем, что у него имеются глобальная дымка и даже небольшой тепличный подогрев у поверхности. В его атмосфере, вероятно, имеются метановые облака, но это твердо не установлено. Хотя в инфракрасном спектре преобладают метан. Молекула метана состоит из одного атома углерода и четырех атомов водорода. Но углеродные атомы легко соединяются друг с другом в других различных сочетаниях, которые умеют привлекать к себе разное число атомов водорода. Поэтому весьма возможно присутствие в атмосфере Титана и таких газов, как этан, этилен и ацетилен, хотя и в небольших количествах. Такие сложные виды углеводородов скорее, чем метан, становятся жидкими. Поэтому можно себе представить на поверхности Титана целые углеводородные моря.              Несколько десятилетий назад заметили, что свет, приходящий к нам от Титана, имеет желтоватый оттенок. Затем Копер уточнил: оранжевый. Этот цвет присущ более сложным, чем метан, углеводородам.             Но основным компонентом атмосферы является азот, который проявляется в сильных УФ-эмиссиях. Верхняя атмосфера весьма близка к изотермическому состоянию на всем пути от стратосферы до экзосферы, а температура на поверхности с точностью до нескольких градусов одинакова по всей сфере и равна 94 К. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА САТУРНА До тех пор, пока первые космические аппараты не достигли Сатурна, наблюдательных данных о его магнитном поле не было вообще. но из наземных радиоастрономических наблюдений явствовало, что Юпитер обладает мощным магнитным полем. Об этом свидетельствовало нетепловое радиоизлучение на дециметровых волнах, источник которого оказался больше видимого диска планеты, причем он вытянут вдоль экватора Юпитера симметрично по отношению к диску. Такая геометрия, а также поляризованность излучения свидетельствовали о том, что наблюдаемое излучение магнитно-тормозное и источник его - электроны, захваченные магнитным полем Юпитера и населяющие его радиационные пояса, аналогичные радиационным поясам Земли. Полеты к Юпитеры подтвердили эти выводы. Поскольку Сатурн весьма сходен с Юпитером по своим физическим свойствам, астрономы предположили, что достаточно заметное магнитное поле есть и у него. Отсутствие же у Сатурна наблюдаемого с Земли магнитно-тормозного радиоизлучения объясняли влиянием колец. Эти предложения подтвердились. Еще при подлете "Пионера-11" к Сатурну его приборы зарегистрировали в около планетном пространстве образования, типичные для планеты,обладающей ярко выраженным магнитным полем: головную ударную волну, границу магнитосферы (магнитопаузу), радиационные пояса (Земля и Вселенная, 1980, N2, с.22-25  Ред.). В целом магнитосфера Сатурна весьма сходна с земной, но, конечно, значительно больше по размерам. Внешний радиус магнитосферы Сатурна в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса планеты, а расстояние до ударной волны - 26 радиусов. Для сравнения можно напомнить, что внешний радиус земной магнитосферы в подсолнечной точке  около 10 земных радиусов. Так что даже по относительным размерам магнитосфера Сатурна превосходит земную более чем вдвое. Радиационные пояса Сатурна настолько обширны, что охватывают не только кольца, но и орбиты некоторых внутренних спутников планеты. Как и ожидалось, во внутренней части радиационных поясов, которая "перегорожена" кольцами Сатурна, концентрация заряженных частиц значительно меньше. Причину этого легко понять, если вспомнить, что в радиационных поясах частицы совершают колебательные движения примерно в меридиональном направлении, каждый раз пересекая экватор. Но у Сатурна в плоскости экватора располагаются кольца: они поглощают почти все частицы, стремящиеся пройти сквозь них. В результате внутренняя часть радиационных поясов, которая в отсутствие колец была бы в системе Сатурна наиболее интенсивным источником радиоизлучения, оказывается ослабленной. Тем не менее "Вояджер-1", приблизившись к Сатурну, все же обнаружил нетепловое радиоизлучение его радиационных поясов. В отличие от Юпитера Сатурн излучает в километровом диапазоне длин волн. Заметив, что интенсивность излучения модулирована с периодом 10 ч. 39,4 мин., предположили, что это и есть период осевого вращения радиационных поясов, или, другими словами, период вращения магнитного поля Сатурна. Но тогда это и период вращения Сатурна. В самом деле, магнитное поле Сатурна порождается электрическими токами в недрах планеты,   повидимому, в слое, где под влиянием колоссальных давлений водород перешел в металлическое состояние. При вращении этого слоя с той угловой скоростью вращается и магнитное поле. Вследствие большой вязкости вещества внутренних частиц планеты все они вращаются с одинаковым периодом. Таким образом, период вращения магнитного поля - это в то же время период вращения большей части массы Сатурна (кроме атмосферы, которая вращается не как твердое тело).

Кольца Сатурна вблизи                                       

                                        Вояджер 2 получил эти снимки высокого разрешения 22 августа 1981 г. с расстояния 4 миллиона км. Видны многочисленные "спицы" в кольце В, их четкий узкий вид предполагает короткое время их образования. Исследователи думают, что здесь замешаны электромагнитные силы (магнитное поле Сатурна), хотя детальной теории нет. По наблюдениям, подобные спицы держались в течение двух или трех оборотов колец вокруг планеты. Свежие спицы, похоже, вращаются вокруг планеты с такой же угловой скоростью, как магнитное поле (и ядро) планеты независимо от радиуса орбиты (коротация). Подозревают, что мелкие частицы пыли, которые формируют спицы, электрически заряжены. Тогда они привязаны к магнитному полю. Более старые спицы, которые потеряли заряд, вращаются вместе с кольцами, как положено по закону Кеплера.

При подлете к Сатурну  

                                           Этот снимок в натуральном цвете сделан Вояджером 2 с расстояния 21 миллион км 4 августа 1981 г. на подлете к Сатурну. Снизу видны три ледяных спутника Сатурна (в порядке удаления от планеты): Тефия (диаметр 1050 км), диона (1120 км) и Рея (1530 км) Тень от Тефии видна на южной полусфере Сатурна. Четвертый спутник, Мимас, менее очевиден: он может быть замечен, как светлое пятно на сантиметр выше Тефии у лимба Сатурна. Его тень примерно на два сантиметра выше тени Тефии. Пока Вояджеры остаются единственными аппаратами исследовавшим эту интереснейшую систему. Сравнительно скоро (Уточнить!!!!!) туда прилетает более совершенный аппарат - Кассини, от которого можно ждать многих сенсационных находок.  

Прощальный снимок Сатурна

                                                     Вояджер 1 снял Сатурн через 4 дня после пролета планеты, 16 ноября 1980 г., c расстояния 5.3 млн. км. Перспектива планеты и колец уникальна - ее можно наблюдать, только находясь за орбитой Сатурна. Несколько спицеобразных деталей колец видны на этом снимке как светлые пятна. Те

coolreferat.com