Сатурн

Сатурн — шестая по удалению от Солнца и вторая по размеру планета Солнечной системы. Сатурн находится на среднем расстоянии 1429 млн. км (9,58 а. е.) от Солнца. Период обращения — 29,46 лет. Состоит, в основном, из газа (водород и гелий) и не имеет привычной нам твёрдой поверхности. Относится к типу газовых планет.

Экваториальный радиус планеты равен 60300 км, полярный радиус 54000 км; Сатурн — наиболее сплющенная планета Солнечной системы. Масса планеты в 95 раз превышает массу Земли, однако средняя плотность Сатурна составляет всего 0.69 г/см?, что делает её самой разреженной планетой Солнечной системы и единственной планетой легче воды.

Исследования Сатурна

Сатурн — одна из пяти планет Солнечной системы, легко видимых невооруженным глазом с Земли. В максимуме, блеск Сатурна достигает третьей звёздной величины.

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

В 1659 году 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 года изучением планеты занимался Кассини. Он заметил, что кольцо состоит их двух колец, разделённых чётко видимым зазором — щелью Кассини, и открыл ещё несколько крупных спутников Сатурна.

В 1979 году космический аппарат «Пионер-11» впервые пролетел вблизи Сатурна, а в 1980 и 1981 годах 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 годах 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 году к Сатурну был запущен аппарат Кассини-Гюйгенс и, после семи лет полёта, 1 июля 2004 года 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.

Спутники

Известно около 50 спутников Сатурна, большая часть из которых обнаружены при помощи космических аппаратов. Крупнейший из них — Титан, единственный спутник в солнечной системе, имеющий плотную атмосферу. Ниже перечислены все спутники Сатурна, имеющие собственные имена, в порядке их удаленности от планеты с указанием в скобках их радиусов (в километрах) и средних расстояний от Сатурна (в тысячах километров):

16 спутников были открыты в 2004 - 2005 годах. Они пока не получили названий (кроме Дафниса).

Кольца

Сатурн обладает самой мощной системой колец в Солнечной системе. Кольца состоят в основном из частиц водяного льда размером от нескольких микрон до десятков метров. Существует несколько десятков колец, разделённых щелями, крупнейшая из которых — щель Кассини.

Кольца Сатурна — концентрические образования различной яркости, как бы вложенные друг в друга, и образующие единую плоскую систему небольшой толщины, располагающуюся в экваториальной плоскости Сатурна. Кольцо вокруг Сатурна впервые наблюдал Г. Галилей в 1610, но из-за низкого качества телескопа он принял видимые по краям планеты части кольца за спутники Сатурна.

Правильное описание кольца Сатурна дал Х. Гюйгенс (1659), а Дж. Кассини вскоре показал, что оно состоит из двух концентрических составляющих — колец А и В, разделённых тёмным промежутком (так называемым «делением Кассини»). Много позже (в 1850) американский астроном У. Бонд открыл внутреннее слабо светящееся кольцо С, а в 1969 было обнаружено ещё более слабое и близкое к планете кольцо D. Яркость кольца D не превышает 1/20 яркости самого яркого кольца — кольца В. Кольца расположены на следующих расстояниях от планеты: А — от 138 до 120 тыс. км, В — от 116 до 90 тыс. км, С — от 89 до 75 тыс. км и D — от 71 тыс. км почти до поверхности Сатурна.

Природа колец Сатурна стала ясной после того, как английский физик Дж. Максвелл (в 1859) и русский математик С. В. Ковалевская (в 1885) разными методами доказали, что устойчивым существование кольца вокруг планеты может быть только в том случае, если оно состоит из совокупности отдельных малых тел: сплошное твёрдое или жидкое кольцо было бы разорвано силой притяжения планеты.

Этот теоретический вывод в конце XIX века был эмпирически подтвержден независимо друг от друга А. А. Белопольским (Россия), Дж. Килером (США) и А. Деландром (Франция), которые сфотографировали спектр Сатурна с помощью щелевого спектрографа и на основе эффекта Доплера — Физо обнаружили, что внешние части кольца Сатурна вращаются медленнее, чем внутренние. Измеренные скорости оказались равными тем, которые имели бы спутники Сатурна, если бы они находились на тех же расстояниях от планеты.

В течение 29,5 лет с Земли кольца Сатурна дважды видны в максимальном раскрытии и дважды наступают периоды, когда Солнце и Земля находятся в плоскости колец, и тогда кольца либо освещаются Солнцем «с ребра», либо оно для земного наблюдателя видно «с ребра». В этот период кольца почти совсем не видны, что свидетельствует об их очень малой толщине. Разные исследователи, основываясь на визуальных и фотометрических наблюдениях и их теоретической обработке, приходят к заключению, что средняя толщина колец составляет от 10 см до 10 км. Конечно, кольцо такой толщины увидеть с Земли «с ребра» невозможно. Размеры твёрдых тел в кольцах оцениваются от 10-1 до 10³ см с преобладанием глыб диаметром около 1 м, что подтверждается и наблюдаемым отражением радиоволн от колец Сатурна.

Химический состав вещества колец, по-видимому, одинаков у всех четырёх составляющих, различна в них только степень заполнения пространства глыбами. Спектр колец Сатурна существенно отличен от спектра самого Сатурна и освещающего их Солнца; спектр указывает на повышенную отражательную способность колец в ближней инфракрасной области (2,1 и 1,5 мкм), что соответствует отражению от льда H2O. Можно считать, что тела, образующие кольца Сатурна, либо покрыты льдом или инеем, либо состоят из льда. В последнем случае массу всех колец можно оценить в 1024 г, т. е. на 5 порядков меньше массы самой планеты. Температура колец Сатурна, по-видимому, близка к равновесной, т. е. к 80К.

По последним данным, кольца Сатурна быстро эволюционируют. При сравнении снимков "Кассини" и "Вояджеров" были выявлены существенные изменения, например, кольцо D стало более тусклым.