Физические характеристики и система ярких колец Сатурна

Сатурн, самая дальняя из планет, известных с древности, -хорошо видный невооруженным глазом объект, хотя в дотелескопические времена не было возможности обнаружить его кольца, представляющие собой одно из прекраснейших зрелищ на всем небе.

Среднее расстояние Сатурна от Солнца 1427 млн. км, а период обращения-29,46 года. Он бывает в противостоянии примерно раз в 378 дней, так что его можно наблюдать ежегодно в течение нескольких месяцев.

Физические характеристики. Сатурн-вторая из крупнейших планет. Его экваториальный диаметр составляет 120000 км, а полярный значительно меньше, поскольку планета сильно сплюснута. Это объясняется, во-первых, его низкой плотностью (она меньше плотности воды, что отличает Сатурн от других главных планет) и, во-вторых, его быстрым вращением вокруг оси. Период вращения на экваторе равен 10 ч 14 мин, а на полюсах-примерно на 26 мин длиннее. Однако провести точные измерения для Сатурна труднее, чем для Юпитера, поскольку образования его поверхности в целом менее сложны и хуже различимы.

Сатурн - газовый гигант, состоящий в основном из водорода. По сравнению с Юпитером в его составе обнаруживается несколько больше метана и меньше аммиака, так как низкие температуры приводят к вымораживанию большей части аммиака из атмосферы планеты. Хотя масса Сатурна в 95 раз превышает массу Земли, сила тяжести на его поверхности лишь немногим больше, чем на Земле. Вблизи ядра Сатурна температура, вероятно, высокая, давление значительное, и поэтому водород, возможно, находится в металлическом состоянии. До сих пор не обнаружено признаков существования у Сатурна магнитного поля.

Если смотреть в телескоп средней силы, Сатурн выглядит желтоватым диском, пересеченным облачными полосами, которые в общем похожи на юпитерианские, но значительно бодее «спокойные». Пятна в полосах Сатурна относительно редки, но все же иногда появляются. Наилучший сравнительно недавний пример такого образования — пятно, открытое в 1933 г. британским астрономом-любителем Вилло Хеем, «Белое пятно Хея», было заметно в течение короткого времени, а затем исчезло. Несомненно, это был восходящий поток газообразного вещества, поднявшегося из-под видимой поверхности планеты. На Сатурне нет пятен, сравнимых со знаменитым Большим Красным Пятном Юпитера. Не считая самих полос, все остальные образования поверхности Сатурна живут сравнительно недолго и быстро изменяются.

Сатурн планета - гигант, хотя и не такая большая, как Юпитер; ее объем в 744 раза превосходит объем Земли. На схеме (выдержанной в масштабе) видно, что Земля может поместится в щель между креповым кольцом и поверхностью планеты

Средняя плотность Сатурна составляет всего 0,7 плотности воды. Это намного меньше, чем у любой другой из главных планет. Как говорят, если бы Сатурн упал в земной океан, он бы плавал. Низкая плотность объясняется преобладанием легких элементов водорода и гелия. Высота колонок иллюстрирует соотношения средних значений плотности Земли, Сатурна и воды

Наклон оси вращения Сатурна к плоскости его орбиты равен 26 44', что лишь немногим больше, чем у Земли. Кольца лежат точно в плоскости экватора планеты

Система ярких колец Сатурна. Основное украшение Сатурна-его кольца. Два ярких кольца Ли В разделены широким провалом, известным как щель или «деление» Кассини, названным в честь открывшего его Джованни Кассини. Ближе к планете находится слабое полупрозрачное кольцо, открытое в 1850 г. Уильямом Бондом в США и независимо от него В. Р. Дэвисом в Англии; оно было названо креповым, или внутренним, кольцом. Время от времени поступали сообщения об открытиях других слабых колец. В 1909 г. французские астрономы сообщили об очень темном кольце, внешнем относительно кольца А (самого внешнего). Оно получило обозначение кольца D. Некоторые астрономы, однако, сомневаются в существовании этих дополнительных внешних колец, так что все эти данные нуждаются в проверке. Неясен также вопрос о внутренней структуре самого кольца. «Деление Энке»-самая известная из таких структурных деталей. Вполне возможно, что она и другие очень тонкие щели в кольце на самом деле являются «рябью», неоднородностями его структуры, а не настоящими провалами, такими, как щель Кассини.

Именем Эдуарда Роша стали называть такие минимальные расстояния между центром планеты и ее спутником, ближе которого спутник не может приблизиться к ней, не разрушившись. Кольца Сатурна лежат внутри предела Роша для Сатурна и поэтому не могут быть ни сплошными твердыми, ни жидкими слоями. Кольца состоят из относительно небольших ледяных или покрытых льдом частиц, каждая из которых движется вокруг Сатурна по своей собственной независимой орбите, подобно карликовому спутнику. Щель Кассини — результат гравитационных воздействий внутренних спутников Сатурна, которые, так сказать, поддерживают эту зону свободной от частиц, составляющих кольца.

Кольца Сатурна хорошо видны в небольшой телескоп, установленный соответствующим образом. Кольца лежат в плоскости экватора планеты, так что они часто оказываются под удобным для наблюдения углом. Когда кольца видны с ребра, как это было в 1966 г. и в 1980 г., они представляются тон кой яркой полоской и могут быть замечены только в сильный телескоп. Это показывает, что, хотя поперечник системы колец составляет 272000 км, она чрезвычайно тонка: толщина ее не превышает нескольких километров. Если представить себе Сатурн размером с теннисный мяч, то кольца будут тоньше папиросной бумаги.

При наблюдении с Земли вид колец Сатурна сильно изменяется. Через регулярные промежутки времени плоскость колец совпадает с плоскостью орбиты Солнца и Земли (А). Затем они как будто «раскрываются» до тех пор, пока не становятся видны наилучшим образом (Б Г), после чего их видимость снова ухудшается. Когда южный полюс Сатурна наклонен в сторону Солнца, мы видим южную поверхность колец, а часть северного полушария заслонена ими (А Ж) (на схемах юг-наверху). Северная поверхность колец предстает на рисунках 3-М.

Это три основных кольца Сатурна. Самое внешнее кольцо А имеет ширину 16000 км; кольцо В-ярче и имеет ширину 27000 км. Между ними и планетой находится креповое кольцо (1), которое наблюдать труднее. Кольца А и В разделены щелью Кассини (2)

Единственное всегда отчетливо видное деление в кольцах Сатурна было открыто Кассини в 1675 г. Его существование обусловлено силой притяжения трех внутренних спутников Сатурна. Частица, движущаяся в делении Кассини, имела бы период, вдвое меньший, чем у Мимаса (2), так что когда частица совершила бы два витка, Мимас сделал бы только один (3). Когда частица завершила бы три витка, Энцелад завершил бы только один (4), и за ее четыре витка Титан совершил бы только один оборот (5). Эти последовательные возмущения и приводят к «выметанию» частиц из щели Кассини

Сведения, полученные с космических аппаратов. Так как Сатурн находится очень далеко от Земли, космическому аппарату требуются годы, чтобы достичь его. Первым аппаратом, побывавшим у Сатурна, был «Пионер-11», который прошел вблизи Юпитера в декабре 1974 г., передав на Землю прекрасные фотографии и разнообразные данные; затем он был направлен для встречи с Сатурном в 1979 г. Планировалось даже послать «Пионер» сквозь систему колец Сатурна.

Этот рисунок был сделан в августе 1933 г. В. Хеем, известным британским астрономом- любителем. На нем видно белое пятно, которое неожиданно появилось в экваториальном районе планеты и было видно в течение нескольких недель. Пятно постепенно темнее. Позднее передний край пятна уже не удавалось различить, так как он закрылся массой вещества, выброшенного из-под видимой поверхности планеты. Наблюдались и другие подобные пятна

Одна из лучших фотографий Сатурна, полученная Дж. Койпером на обсерватории МакДональд в Техасе (США) на 155-см рефлекторе. Кольца раскрыты (последний раз они были видны с ребра в 1966 г.). Очевидно, что кольцо В (внутреннее) много ярче кольца А. В кольце А можно видеть слабо проступающее деление Энке. Сам Койпер утверждал, что деление Энке - скорее неправильности кольца, чем действительно щель (видимая на паломарском 508-см рефлекторе). На диске хорошо заметна тень от кольца, тем более что экваториальная область планеты светлая, а полярные зоны довольно темные.