Сатурн располагается в 10 раз дальше от Солнца, чем Земля. В результате на единицу площади планеты падает в 100 раз меньше света, чем на аналогичную площадку на Земле. Очевидно, на Сатурне должно быть очень холодно. Насколько? Если мы хотим знать, какова температура на Сатурне, то вначале должны сделать несколько уточнений.
Температуру чего мы измеряем?
В случае с нашей родной планетой все просто. Когда мы говорим о температуре Земли в целом, мы имеем в виду среднюю температуру поверхности планеты. Но у Сатурна нет твердой поверхности, как у Земли! Соответственно, нужно определиться, какая температура нас интересует. Это может быть:
- Эффективная температура.
- Температура верхней атмосферы Сатурна.
- Еще температура облаков Сатурна, причем разных слоев.
- Температура поверхности Сатурна (см. ниже, что значит «поверхность»).
- Наконец, температура глубинных слоев атмосферы, которые нельзя наблюдать непосредственно из космоса.
Давайте по порядку.
Эффективная температура Сатурна
По данным «Вояджеров» эффективная температура Сатурна равна 95,0 ± 0,4 К или -178 градусов Цельсия.
О чем идет речь? Сатурн освещается Солнцем. Часть солнечного света отражается, а другая поглощается, нагревая планету. Если бы у Сатурна не было других источников тепла, то рано или поздно наступило бы равновесие, и Сатурн переизлучал бы всю энергию, которую он получает от Солнца, в инфракрасном свете.
Но Сатурн излучает больше, чем получает от Солнца! Если быть точным, то 95 К соответствует излучению тепла мощностью 4,62 Вт/м². Другими словами, Сатурн излучает в 1,78 раза больше тепла, чем получает от Солнца.
Итак, эффективная температура Сатурна равна -178° С. Это средняя температура теплового излучения Сатурна.
Температура атмосферы Сатурна
В атмосфере Сатурна есть стратосфера и тропосфера. Стратосфера — это верхний разреженный слой атмосферы, где, говоря просто, нет погоды. В тропосфере уже наблюдаются климатические и погодные изменения.
Температура стратосферы
В стратосфере температура равна примерно 140 К или чуть выше. Это соответствует -133° С.
Давление в стратосфере Сатурна равно одной тысячной давления на поверхности Земли.
Температура тропосферы
На Сатурне наблюдаются несколько облачных слоев, расположенных на разной высоте.
- Выше всего располагаются облака, состоящие из мельчайших ледяных кристаллов аммиака (NH3). Они плавают на границе тропосферы и стратосферы, в области тропопаузы. Давление атмосферы на этой высоте равно примерно 1/10 от давления на поверхности Земли (0,1 бар). Температура этих облаков -200°C! Они гораздо холоднее, чем Сатурн в целом. Можно с уверенностью сказать, что это самое холодное место на Сатурне.
- Второй слой облаков лежит на 100 км ниже и состоит из гидросульфата аммония (NH4SH). Их температура равна примерно -70°C. Давление атмосферы превышает 1 бар. Это любопытно, потому что за поверхность Сатурна астрономы принимают такой слой атмосферы, где давление равно давлению воздуха на поверхности Земли. Выходит, этот слой облаков находится под поверхностью Сатурна! Тем не менее, мы можем относительно легко наблюдать его из космоса.
- Наконец, еще на 100-150 км ниже идет слой обычных облаков, состоящих из водяного льда. Давление на этой глубине в 10 раз выше давления земной атмосферы. Температура равна примерно 0 градусов Цельсия.
Максимальная и минимальная температура на Сатурне
Как известно, на Сатурне есть смена времен года. Значит, северное и южное полушария планеты освещаются Солнцем по-разному. Половину сатурнианского года лучше освещается северное полушарие, другую половину — южное. С этим связаны вариации температуры в атмосфере планеты. Они могут достигать нескольких десятков градусов.
Температура поверхности Сатурна
Как уже упоминалось, поверхность Сатурна — это слой атмосферы, где давление равно давлению воздуха на поверхностью Земли. Температура этого слоя равна 134 К или -139°C. Это и есть температура поверхности Сатурна.
Температура в недрах Сатурна
По мере погружения вглубь атмосферы температура и давление растут. Становится темно. Водород и гелий настолько уплотняются, что сжижаются, переходя из газообразного состояния в жидкое.
На глубине примерно 30000 км под поверхностью достигает 3 миллиона бар. В этих условиях водород переходит в металлическую фазу. Температура на этой глубине — несколько тысяч градусов.
Наконец, в самом центре Сатурна находится железо-каменное ядро. Оно в 2 раза больше Земли и примерно в 20 раз массивнее нашей планеты. Его температура составляет около 12000 градусов.