Сатурн — газовый гигант. Это значит, что планета а) намного больше Земли по размерам и б) почти целиком состоит из газа. Как следствие, твердой поверхности в обычном понимании у Сатурна нет. Однако в его центре находится твердое силикатное ядро, окруженное льдами и металлическим водородом. Все это невообразимо сжато под давлением лежащих выше слоев вещества, которое находится в полужидком состоянии, но еще выше переходит в газ. Ясно, что атмосфера Сатурна очень мощная и сложная по своей структуре. (Точный химический состав атмосферы Сатурна можно узнать в конце статьи.)
Состав атмосферы
Атмосфера Сатурна не похожа на земную. По объему она состоит на 94% из водорода, самого легкого газа, и почти на 6% из гелия (это тоже легкий газ, которым часто надувают воздушные шарики). Больше всего атмосфера Сатурна похожа на атмосферу Юпитера и даже на состав Солнца! Это неудивительно, ведь водород и гелий — самые распространенные химические элементы во Вселенной.
Кроме водорода и гелия на окольцованной планете были обнаружены и другие газы. Но их количества следовые: на все прочие химические соединения приходится менее 1% процента объема атмосферы.
Структура атмосферы
Все, что мы можем наблюдать на Сатурне, это внешние слои атмосферы. Эти слои такие же сложные по своей структуре, как и на Юпитере. Однако деталей в них наблюдается гораздо меньше. Вдобавок и сами детали, как правило, малоконтрастные и нечеткие.
Связано это прежде всего с тем, что Сатурн находится дальше от Солнца, чем Юпитер. Поэтому верхняя атмосфера Сатурна гораздо холоднее, чем у Юпитера. В результате здесь образуется плотный слой тумана, который скрывает структуру лежащих ниже облаков и поясов.
Но есть и другая причина: ветры на Сатурне дуют гораздо сильнее, чем на Юпитере. Они способны быстро разрушить любые ураганы и циклоны, постоянно как бы сглаживая атмосферу.
Дымка в атмосфере Сатурна не является полностью непроницаемой. Сквозь нее видны облака, лежащие ниже. Цвет облаков представляет собой смесь оттенков желтого, серого и коричневого цветов. Структура облаков хорошо видна на фотографиях космического аппарата «Кассини», который работал на орбите Сатурна с 2004 по 2017 годы.
Динамика атмосферы
Атмосфера на Сатурне находится все время в движении. Это заметно даже в любительские телескопы. В инструмент с объективом в 90 — 100 мм можно увидеть, что диск Сатурна разделен на пояса или зоны. Движение облаков в этих поясах происходит с разной скоростью. В экваториальных областях скорость ветра может достигать 500 метров в секунду! А в умеренных широтах эта скорость падает практически до нуля.
Пояса и зоны Сатурна
Циклоны, вихри и ураганы — частое явление в атмосфере Сатурна. Размеры некоторых циклонов поражают воображение. Одна из причин их появления кроется в смене времен года. Например, в 2011 году в северное полушарие Сатурна пришла весна, и оно стало лучше прогреваться Солнцем. В результате усилилось перемешивание холодных и теплых слоев атмосферы. В конце концов, это ознаменовалось появлением гигантского шторма, который бушевал на площади, превышающей площадь Земли.
Также можно вспомнить другой известный ураган на Сатурне — знаменитый шестиугольник на северном полюсе планеты. Это настоящий монстр: наша Земля могла бы запросто провалиться в него целиком!
И все же трудно объяснить появление вихрей исключительно влиянием Солнца. На Сатурне, как и на Юпитере, зарождение ураганов определяется источниками энергии, спрятанными глубоко в атмосфере. До конца природа этих источников еще не ясна.
На глубине
С глубиной плотность атмосферы быстро растет. Ясно, что облака вместе с атмосферой сильно ослабляют солнечный свет. Предполагается, что на глубине 350 км под поверхностью облаков совершенно темно. Однако, чтобы утверждать уверенно, нужно знать точные характеристики рассеяния света в атмосфере.
Состав атмосферы Сатурна
Давление на поверхности (на ядре): >>1000 бар
Температура на уровне давления 1 бар: 134 K (-139° C)
Температура на уровне давления 0,1 бар: 84 K (-189° C)
Плотность на уровне 1 бар: 0.19 кг/м³
Высота однородной атмосферы: 59,5 км
Относительная молекулярная масса атмосферы Сатурна: 2,07
Скорость ветра
До 500 м/с (на широтах <30°)
До 150 m/s (на широтах >30°; сравнимо с ураганными ветрами на Земле)
Состав атмосферы (по объему)
Основные элементы:
Молекулярный водород (H2) — 96,3%
Гелий (He) — 3,25%
Прочие элементы:
Метан (CH4) — 0,45%
Аммиак (NH3) — 0,0125%
Дейтерий (HD) — 0,0110%
Этан (C2H6) — 0,0007%
Аэрозоли: аммиачный лед, водяной лед, гидросульфид аммония
Данные NASA.
