Сатурн — шестая по удаленности от Солнца планета Солнечной системы и вторая по величине после Юпитера. Ниже мы кратко опишем физические характеристики планеты, атмосферу Сатурна, ее внутреннее строение, расскажем о спутниках и кольцах.
Сатурн — самая далекая планета, которая была известна древним людям. На небе Сатурн похож на яркую звезду, которая медленно перемещается по созвездиям Зодиака. Греки назвали планету в честь Кроноса, бога земледелия. Кронос был отцом Зевса и первым правителем Олимпа. Современное название планеты пришло к нам из Древнего Рима — в латинском пантеоне богов Сатурн полностью соответствует Кроносу.
Краткое описание планеты Сатурн
- Сатурн — огромная планета, состоящая почти целиком из легких газов — водорода и гелия. Поэтому Сатурн относят к классу газовых гигантов. К этому же классу относится планета Юпитер.
- Экваториальный диаметр Сатурна в 9,5 раз больше диаметра Земли, а масса Сатурна в 95 раз превышает массу нашей планеты.
- По объему Сатурн в 763,6 раза больше Земли!
- Средняя плотность Сатурна составляет всего лишь 0,69 г/см³, что меньше плотности воды. Если бы во Вселенной существовал океан таких размеров, чтобы в него можно было бы поместить целую планету, Сатурн плавал в нем!
- Поверхность Сатурна — это место в атмосфере, где давление равно 1 бар или 750 мм ртутного столба. Настоящей твердой поверхности, как на Земле или на Марсе, у Сатурна нет.
- Сатурн находится почти в 10 раз дальше от Солнца, чем Земля. Поэтому на планете очень холодно — температура на поверхности равна -140° С! А в верхних слоях атмосферы и все -190°!
- Год на Сатурне длится 29,7 земных лет! Именно столько времени нужно планете, чтобы облететь Солнце по своей гигантской орбите.
- Вокруг Сатурна обращается свыше 80 спутников. Большинство из них — это неправильной формы льдины и скалы размером от 2 до 10 км. Но есть и уникальные спутники. В частности, Титан — единственный спутник в Солнечной системе, обладающий плотной атмосферой. Титан по диаметру больше Луны и даже больше, чем планета Меркурий.
- Сатурн знаменит благодаря широким и ярким кольцам, которые окружают планету со всех сторон. Кольца можно наблюдать в обычный любительский телескоп. Правда, при рассматривании их в небольшой инструмент, все они сливаются в одно колечко. Обязательно хотя бы раз взгляните на Сатурн в телескоп!
Орбита Сатурна
Как и все планеты Солнечной системы, Сатурн обращается по орбите вокруг Солнца. Среднее расстояние от Солнца до Сатурна составляет 9,58 астрономических единиц.
Напомним, что астрономическая единица равна среднему расстоянию от Земли до Солнца или примерно 150 миллионов километров. Следовательно, Сатурн в среднем находится в 9,58 раз дальше от Солнца, чем Земля, на расстоянии 1 миллиард 433 миллиона 700 тысяч километров!
А почему в среднем? Потому что орбита Сатурна не идеально круговая. Она представляет собой чуть-чуть вытянутый эллипс. Мера вытянутости или эксцентриситет для орбиты Сатурна равен 0,056. Это значит, что расстояние от Сатурна до Солнца меняется, и меняется в пределах от 9,048 а. е. до 10,116 а. е. — больше чем на одну астрономическую единицу!
Переведем в километры: планета удаляется на максимальное расстояние 1 миллиард 513 миллионов км от Солнца и приближается к нему на минимальное расстояние 1 миллиард 353 миллиона км. Разница для Сатурна несущественная: в обоих случаях планета находится очень далеко от Солнца.
Скорость движения Сатурна
Сатурн движется по орбите довольно неспешно. Его средняя орбитальная скорость составляет 9,69 км/с — почти в 3 раза медленнее Земли.
Объясняется это просто: согласно закону всемирного тяготения скорость движения по орбите вокруг Солнца зависит только от расстояния между Солнцем и планетой и не зависит от массы самой планеты.
Соседи Сатурна
Ближе всего к орбите Сатурна проходят орбиты планет Юпитер и Уран. Юпитер — пятая по удаленности от Солнца планета, она находится ближе к звезде, чем Сатурн. А Уран, будучи седьмой планетой, напротив, дальше. Их можно считать соседями Сатурна, хотя далеко не всегда они являются ближайшими к нему планетами. Дело в том, что все планеты обращаются вокруг Солнца по орбитам разных размеров и с разной скоростью. Поэтому часто оказывается так, что Юпитер и Сатурн или Сатурн и Уран оказываются далеко друг от друга или вообще по разную сторону от Солнца. Тогда соседями Сатурна становят
Период обращения Сатурна вокруг Солнца
Впервые период обращения Сатурна узнали еще древние астрономы. (Правда, они полагали, что нашли период обращения планеты вокруг Земли.) Как они это сделали? Очень просто: внимательно наблюдали за планетой. Все планеты двигаются по небу на фоне звезд. Сатурн движется очень медленно — медленнее, чем другие планеты, видимые невооруженным глазом.
Чтобы обойти все созвездия Зодиака и вернуться в начальную точку относительно звезд, Сатурну требуется почти 30 лет. А точнее 29 лет и 8 месяцев!
Это и есть период обращения Сатурна вокруг Солнца или 1 сатурнианский год.
Орбитальные характеристики Сатурна
Ниже приведены данные по орбите Сатурна, его скорости и периоду вращения вокруг своей оси в сравнении с Землёй.* — данные по системе координат III (по радиоисточнику у 80° сев. широты)
Параметр | Сатурн | Земля | Отношение (Сатурн/Земля) |
---|---|---|---|
Большая полуось орбиты (млн км) | 1433.529 | 149.596 | 9.583 |
Сидерический период обращения (дней) | 10759.22 | 365.256 | 29.457 |
Тропический период обращения (дней) | 10746.94 | 365.242 | 29.424 |
Перигелий (млн км) | 1352.555 | 147.092 | 9.195 |
Афелий (млн км) | 1514.504 | 152.099 | 9.957 |
Синодический период (дней) | 378.09 | - | - |
Средняя орбитальная скорость (км/с) | 9.68 | 29.78 | 0.325 |
Макс. Орбитальная скорость (км/с) | 10.18 | 30.29 | 0.336 |
Мин. Орбитальная скорость (км/с) | 9.09 | 29.29 | 0.31 |
Наклонение орбиты (град.) | 2.485 | 0 | - |
Эксцентриситет | 0.0565 | 0.0167 | 3.383 |
Звездные сутки (период вращения вокруг своей оси, ч) | 10,656* | 23.9345 | 0.445 |
Солнечные сутки (ч) | 10.656 | 24 | 0.444 |
Наклон экватора к орбите (град.) | 26.73 | 23.44 | 1.14 |
Атмосфера Сатурна
Атмосфера Сатурна состоит на 99,5% из водорода и гелия. Это два самых легких химических элемента во Вселенной. Менее 1% процента приходится на другие газы — метан (не более 0,4%), аммиак, этан, фосфин, ацетилен и другие.
Когда мы смотрим на Сатурн, мы видим не поверхность планеты, а верхние слои его атмосферы. Сама атмосфера очень толстая — она уходит на тысячи километров вглубь планеты! То, что мы принимаем за поверхность, есть слой плотного облачного покрова. Облака на Сатурне желтого, коричневого, оранжевого и серого цвета. Встречаются также белые облака. Все вместе они образуют голубовато-желтый цвет планеты.
Детали в атмосфере Сатурна постоянно меняются. Следить за ее динамикой могут даже обычные любители астрономии. (Конечно, не так подробно, как профессиональные астрономы.) Для этого понадобится телескоп с диаметром объектива от 150 мм, хорошая погода и энтузиазм. Если решитесь следить за Сатурном, не забудьте вести журнал наблюдений и делать в нем зарисовки увиденного! Как показывает практика, это очень полезная штука.
В статье Атмосфера Сатурна указан ее подробный химический состав, а также приведены некоторые физические характеристики воздушной оболочки окольцованной планеты.
Вращение Сатурна
Так как Сатурн не является твердым телом, разные зоны планеты вращаются с разной скоростью. В связи с этим на планете принято выделять три области.
Первая область — экваториальная — вращается с периодом 10 часов 15 минут. Именно столько длятся сутки на экваторе Сатурна. Эту область называют координатной системой I.
Вторая область лежит на более высоких широтах к югу и северу от экватора. Период вращения этой области составляет 10 часов и 38 минут. (Координатная система II.)
Наконец, третья область определяет период вращения таинственного радиоисточника, который находится вблизи северного полюса планеты. Этот период равен 10 часов 39 минут и 15 секунд. (Система III.)
Скорость вращения Сатурна
Зная экваториальный радиус Сатурна и период вращения области № 1, можно легко вычислить скорость вращения планеты на экваторе. Она равна 9,87 км/с или 35 500 км/ч.
Внутреннее строение Сатурна
Выше мы упоминали, что Сатурн это газовый гигант, и у него нет твердой поверхности. Если бы космический корабль попытался сесть на Сатурн, у него это не получилось. Но и пролететь беспрепятственно сквозь планету, как сквозь облако, он тоже не смог бы!
Дело в том, что по мере погружения вглубь Сатурна давление атмосферы растет до такой степени, что газ становится похож на жидкость.
Представьте, что вы погружаетесь в океан, у которого нет дна. Рано или поздно он сомнет ваш батискаф, каким бы крепким он ни был. То же произойдет и с космическим кораблем, который попытался бы сесть на Сатурн. Сначала он будет смят, затем расплавлен, ведь с давлением растет и температура, и в конце концов превращен в пар.
На расстоянии примерно 1/3 от края Сатурна до его центра атмосфера становится настолько плотной (ее сжимает давление вышележащего газа), что переходит в жидкое состояние. Атмосферный водород приобретает свойства металла и становится проводником электрического тока. Такой водород физики называют металлическим.
Вероятно, в самом центре планеты находится очень плотное, горячее и твердое ядро, состоящее из железа и никеля, а также горных пород, масса которого в несколько раз больше массы Земли. Но попасть на это ядро не сможет ни один космический аппарат.
Гравитация на Сатурне
Такая большая планета, как Сатурн, по идее должна обладать мощным полем тяготения. С одной стороны это так — первая космическая скорость равна 25,5 км/с. Именно такую скорость должна развить ракета, чтобы стартовав с поверхности планеты (которой, повторимся, на самом деле нет!), выйти на орбиту вокруг Сатурна. Это втрое больше первой космической скорости Земли.
С другой стороны, если бы у планеты была твердая поверхность на уровне наблюдаемых из космоса облаков, то человек вполне мог бы ходить, сидеть и лежать на этой поверхности, не опасаясь быть раздавленным силой тяжести. Ускорение свободного падения на Сатурне составляет 10,44 м/с², что лишь немного больше, чем на Земле (9,81 м/с²). А на экваторе оно даже ниже земного из-за действия центробежных сил!
Такое ускорение определяется большими размерами и низкой плотностью планеты.
Кольца Сатурна
Замечательные, яркие и широкие кольца являются главным украшением Сатурна. Впервые заметил их еще Галилео Галилей в 1610 году, наблюдая за планетой в первый телескоп. Но великий ученый не понял до конца, что именно он наблюдает. Телескоп Галилея имел несовершенную оптику и давал увеличение всего лишь 32×, поэтому вместо колец астроном наблюдал необычные вытянутости, отростки по бокам от планеты. Галилей решил, что наблюдает спутники Сатурна.
То, что Сатурн окружен именно кольцом, открыл голландский ученый Христиан Гюйгенс в 1655 году. Позже итальянский астроном Доменико Кассини рассмотрел в кольце зазор, щель, названную впоследствии его именем.
Внешнюю часть кольца стали называть кольцом А, а внутреннюю — кольцом B. Позже выяснилось, что кольцо Сатурна состоит из бесчисленного множества узких колечек.
Хотя ширина колец больше диаметра Земли, средняя толщина их составляет не более 150 метров! Состоят кольца из пыли, льдинок и загрязненных частичек снега, летящих каждая по своей орбите вокруг Сатурна в плоскости экватора планеты. В полете они, конечно, сталкиваются друг с другом, разрушаются, и переходят с орбиты на орбиту. Средний размер частичек составляет всего лишь несколько сантиметров. Но встречаются и глыбы диаметром до 10 метров.
Система Сатурна
Сатурн окружен обширной свитой из спутников. На 2021 год известно 82 спутника, диаметром от 300 м (спутник S/2009 S 1) до 5150 км (спутник Титан). Большинство спутников представляют собой неправильные глыбы, состоящие из смеси льда, снега и пыли.
Пять спутников имеют поперечник свыше 1000 км, еще семь — от 100 до 500 км.
Среди спутников Сатурна особо следует выделить Энцелад, шарообразное тело диаметром 499 км. Астрономы неоднократно наблюдали водяные гейзеры, вырывающиеся из трещин в ледяной поверхности Энцелада. Сегодня считается практически доказанным, что под поверхностью спутника находится океан жидкой воды.
Титан, крупнейший спутник Сатурна, представляет собой фантастический мир. Он окружен плотной азотной атмосферой, похожей на земную. Поверхность его покрыта снегом, реками, озерами и даже морями. Но состоят они не из воды, а из простых органических соединений — метана, этана, пропана… Как и на Земле, на Титане есть смена времен года, там идут дожди, формируются облака и циклоны. И все при температуре -180°С!
В системе Сатурна есть и другие интересные спутники. На поверхности Мимаса есть огромный кратер, который придает спутнику сходство со Звездой смерти из кинофильма Звездные войны. Спутник Япет с одной стороны яркий, как снег, с другой темный, как уголь.
Множество небольших спутников блуждают вокруг и внутри колец Сатурна, своей гравитацией придавая устойчивость кольцам. Такие объекты называют спутниками-пастухами.
Система Сатурна — это уникальный, захватывающий и загадочный мир, который требует дальнейших исследований.
Происхождение Сатурна
Если говорить в целом, то Сатурн родился совместно с Солнцем и другими планетами Солнечной системы из одного газопылевого облака. Однако, рассматривая этот вопрос подробнее, нужно отметить, что первым в сжимающемся облаке сформировалось протосолнце, затем вращающийся вокруг протосолнца газовый диск, и только потом внутри диска начали формироваться планеты.
Согласно современным теориям происхождения Солнечной системы, Сатурн и Юпитер сформировались примерно на 100 миллионов лет раньше, чем планеты земной группы. Поэтому можно считать, что Сатурн немного старше Земли.
Формирование Сатурна проходило на таком расстоянии от Солнца, где вода находится в состоянии льда, а легкие газы не очень летучие. Это дало большое количество материала для построения планеты. Зародыш Сатурна образовался, вероятно, точно так же, как и зародыш Земли, и состоял из камня и металлов. Но благодаря доступности льда, масса его была больше в несколько раз. Это позволило притягивать на себя газ из окружающего протосолнце диска. Когда масса зародыша составила 25 масс Земли, скорость поглощения газа стала лавинообразно нарастать. Предполагается, что современную массу (95 масс Земли) Сатурн набрал всего лишь за 10000 лет!
Физические характеристики Сатурна в сравнении с Землей
Параметр | Сатурн | Земля | Отношение (Сатурн/Земля) |
---|---|---|---|
Масса (1024 кг) | 568.34 | 5.9724 | 95.16 |
Объем (1010 км³) | 82.713 | 108.321 | 763.59 |
Экваториальный радиус (на уровне 1 бар) Re (км) | 60268 | 6378.1 | 9.449 |
Полярный радиус Rp (на уровне 1 бар) (км) | 54364 | 6356.8 | 8.552 |
Средний радиус (км) | 58232 | 6371 | 9.14 |
Сжатие (Re - Rp)/Re (км) | 0.09796 | 0.00335 | 29.24 |
Средняя плотность (г/см³) | 0.687 | 5.514 | 0.125 |
Гравитационное ускорение (на уровне 1 бар) (м/с²) | 10.44 | 9.8 | 1.065 |
Ускорение свободного падения (на уровне 1 бар) (м/с²) | 8.96 | 9.78 | 0.916 |
Вторая космическая скорость (км/с) | 35.5 | 11.19 | 3.172 |
GM (x 106 км³/с²) | 37.931 | 0.3986 | 95.16 |
Сферическое альбедо (по Бонду) | 0.342 | 0.306 | 1.12 |
Геометрическое альбедо (визуальное) | 0.499 | 0.434 | 1.15 |
Абсолютная звездная величина V | -8.91 | -3.99 | - |
Поток солнечного излучения (Вт/м²) | 14.82 | 1361 | 0.011 |
Эффективная температура (K) | 81 | 254 | 0.319 |
Момент инерции (I/MR²) | 0.21 | 0.3308 | 0.635 |
J2 (x 10-6) | 16298 | 1082.63 | 15.054 |
Количество спутников | 82 | 1 | |
Система колец | Да | Нет |