/Сколько лет сатурну: Возраст Сатурна: формирование газового гиганта

Сколько лет сатурну: Возраст Сатурна: формирование газового гиганта

Содержание

Планета Сатурн

Фотография полученная с космического аппарата Кассини

Планета Сатурн — шестая по счету от Солнца. Об этой планете известно всем. Почти каждый, может легко узнать ее, потому что его кольца это его визитная карточка.

Общие сведения про планету Сатурн

Знаете ли вы, из чего сделаны ее знаменитые кольца? Кольца состоят из ледяных камней, имеющих размер от микронов до нескольких метров. Сатурн как и все планеты-гиганты, состоит в основном из газов. Его вращение варьирует от 10 часов и 39 минут до 10 часов 46 минут. Эти измерения основаны на радионаблюдениях планеты.

Изображение планеты Сатурн

При использовании новейших двигательных систем и ракетоносителей, космическому аппарату потребуется как минимум 6 лет и 9 месяцев, чтобы прибыть к планете.

На данный момент, на орбите с 2004 года находится единственный космический аппарат Кассини, он и является основным поставщиком научных данных и открытий вот уже много лет. Для детей планета Сатурн, как в принципе и для взрослых, поистине самая красивая из планет.

Общие характеристики

Самая большая планета Солнечной системы Юпитер. Но титул второй по размеру планеты принадлежит Сатурну.

Просто для сравнения, диаметр Юпитера около 143 тысяч километров, а Сатурна только 120 тысяч километров. Размер Юпитера в 1,18 раза больше чем у Сатурна, а по массе в 3,34 раза массивнее его.

Сравнение Юпитера и Сатурна. Масштаб не соблюден.

По факту, Сатурн очень большой, но легкий. И если планету Сатурн погрузить в воду, она будет плавать на поверхности. Гравитация планеты составляет всего 91% от Земной.

Сатурн и Земля различаются по размеру в 9,4 раза и по массе в 95 раз. В объеме газового гиганта могли бы поместиться 763 таких планет как наша.

Орбита

Время полного оборота планеты вокруг Солнца составляет 29,7 лет. Как и у всех планет Солнечной системы, его орбита не является идеальным кругом, а имеет эллиптическую траекторию. Расстояние до Солнца в среднем равно 1,43 млрд км, или 9,58 а.е.

Ближайшая точка орбиты Сатурна, называется перигелий и расположена она в 9 астрономических единицах от Солнца (1 а. е. это среднее расстояние от Земли до Солнца).

Наиболее удаленная точка орбиты называется афелий и расположена она в 10,1 астрономических единиц от Солнца.

Кассини пересекает плоскость колец Сатурна.

Одна из интересных особенностей орбиты Сатурна заключается в следующем. Как и у Земли, ось вращения Сатурна наклонена относительно плоскости Солнца. На половине пути своей орбиты, южный полюс Сатурна обращен к Солнцу, а затем северный. В течение Сатурнианского года (почти 30 Земных лет), наступают периоды, когда планету видно с Земли с ребра и плоскость колец гиганта совпадает с нашим углом зрения, и они пропадают из виду. Все дело в том, что кольца чрезвычайно тонкие, поэтому с огромного расстояния их практически невозможно увидеть с ребра. В следующий раз кольца исчезнут для Земного наблюдателя в 2024-2025 годах. Так как год Сатурна длится почти 30 лет, с тех пор как Галилей впервые наблюдал его в телескоп в 1610 году, он обернулся вокруг Солнца примерно 13 раз.

Климатические особенности

Одним из интересных фактов, является то, что ось планеты наклонена к плоскости эклиптики (как и у Земли). И так же, как и у нас, на Сатурне существуют сезоны. На половине своей орбиты, Северное полушарие получает больше солнечной радиации, а затем все меняется и Южное полушарие купается в солнечном свете. Это создает огромные штормовые системы, которые значительно меняются в зависимости от расположения планеты на орбите.

Шторм в атмосфере Сатурна. Композитный снимок, цвета искусственные, были использованы фильтры MT3, MT2, CB2 и инфракрасные данные

Сезоны оказывают влияние на погоду планеты. В течение последних 30 лет ученые обнаружили, что скорость ветра вокруг экваториальных областей планеты сократилась примерно на 40%. Зонды НАСА Вояджер в 1980-1981 годах обнаружили, что скорость ветра достигает 1700 км/ч, а в настоящее время только около 1000 км/ч (измерения 2003 года).

Время полного оборота Сатурна вокруг своей оси составляет 10,656 часов. Ученым потребовалось много времени и исследований, чтобы найти столь точную цифру. Так как у планеты нет поверхности, то нет возможности наблюдать прохождения одних и тех же областей планеты, таким образом, оценивая ее скорость вращения. Ученые использовали радиоизлучения планеты для оценки скорости вращения и нахождения точной продолжительности дня.

Галерея изображений

Снимки планеты сделанные телескопом Хаббл и космическим аппаратом Кассини.

Физические свойства

Снимок телескопа Хаббл

Экваториальный диаметр — 120 536 км, в 9,44 раза больше, чем у Земли;

Полярный диаметр — 108 728 км, в 8,55 раза больше, чем у Земли;

Площадь планеты равна 4,27 x 10*10 км2, что в 83,7 раз больше, чем у Земли;

Объем — 8,2713 x 10*14 км3, в 763,6 раз больше, чем у Земли;

Масса — 5,6846 x 10*26 кг, в 95,2 раз больше, чем у Земли;

Плотность — 0,687 г/см3, в 8 раз меньше, чем у Земли, Сатурн даже легче воды;

Данная информация неполная, более подробно про общие свойства планеты Сатурн, мы напишем ниже.

Интересные факты про Сатурн

Сатурн имеет 62 спутника, фактически около 40% спутников в нашей Солнечной системе вращаются вокруг него. Многие из этих спутников очень малы и не видны с Земли. Последние были обнаружены космическим аппаратом Кассини, и ученые ожидают, что со временем аппарат найдет еще больше ледяных сателлитов.

Три спутника Сатурна

Несмотря на то, что Сатурн слишком враждебен для любой формы жизни, которые мы знаем, что его спутник Энцелад один из наиболее подходящих кандидатов на поиски жизни. Энцелад примечателен тем, что имеет на своей поверхности ледяные гейзеры. Существует какой-то механизм (вероятно приливное воздействие Сатурна) который создает достаточно тепла для существования жидкой воды. Некоторые ученые считают, что есть шанс существования жизни на Энцеладе.

Формирование планеты

Как и остальные планеты, Сатурн сформировался из солнечной туманности около 4,6 миллиарда лет назад. Это солнечная туманность представляла собой обширное облако холодного газа и пыли, которое, возможно, столкнулось с другим облаком, или ударной волной сверхновой. Это событие и инициировало начало сжатия протосолнечной туманности с дальнейшим образованием Солнечной системы.

Снимок Кассини

Облако сжималось все сильнее, пока не образовалась протозвезда в центре, которую окружал плоский диск материала. Внутренняя часть этого диска содержала больше тяжелых элементов, и сформировала планеты земной группы, в то время как внешняя область была достаточно холодная и, фактически, осталась нетронутой.

Материал солнечной туманности образовывал все больше и больше планетезималей. Эти планетезимали сталкивались вместе, сливаясь в планеты. В какой-то момент, в ранней истории Сатурна, его спутник размером примерно 300 км в поперечнике, был разорван на части его гравитацией и создал кольца, которые и сегодня вращаются вокруг планеты. Фактически основные параметры планеты, прямо зависели от места его образования и количества газа, которое он смог захватить.

Так как Сатурн меньше, чем Юпитер, он охлаждается быстрее. Астрономы считают, что как только его внешняя атмосфера остыла да 15 градусов по Кельвину, гелий сконденсировался в капли, которые стали опускаться к ядру. Трения этих капель разогрели планету, и теперь он испускает примерно в 2,3 раза больше энергии, чем получает от Солнца.

Формирование колец

Вид планеты из космоса

Главная отличительная черта Сатурна это кольца. Каким образом кольца сформировались? Есть несколько версий. Традиционная теория гласит, что кольца почти такого же возраста, как и сама планета и существуют в течение, по крайней мере, 4 миллиарда лет. В ранней истории гиганта, 300 км спутник слишком близко подошел к нему и был разорван на куски. Также существует вероятность, что два спутника столкнулись вместе, или в спутник попала достаточно большая комета или астероид, и он просто развалился прямо на орбите.

Альтернативная гипотеза образования колец

Другая гипотеза состоит в том, что не было никакого разрушения спутника. Вместо этого кольца, также как и сама планета образовались из солнечной туманности.

Но вот в чем проблема: лед в кольцах слишком чистый. Если кольца образовались вместе с Сатурном, миллиарды лет назад, то стоит ожидать, что они были бы полностью покрыты грязью от воздействий микрометеоритов. Но на сегодня мы видим, что они так чисты, как будто бы образовались менее 100 миллионов лет назад.

Вполне возможно, что кольца постоянно обновляют свой материал путем слипания и столкновения друг с другом, что затрудняет определение их возраста. Это одна из загадок, которые еще предстоит решить.

Строение Сатурна

Атмосфера

Как и у остальных планет-гигантов, атмосфера Сатурна состоит из 75% водорода и 25% гелия, со следовыми количествами других веществ, таких как вода и метан.

Особенности атмосферы

Бурная атмосфера планеты

Внешний вид планеты, в видимом свете, выглядит более спокойным, чем у Юпитера. Планета имеет полосы облаков в атмосфере, но они бледно-оранжевые и слабо заметны. Оранжевый цвет обусловлен соединениями серы в его атмосфере. В дополнение к сере, в верхних слоях атмосферы, есть небольшие количества азота и кислорода. Эти атомы вступают в реакции друг с другом и под воздействием Солнечного света образуют сложные молекулы, которые напоминают «смог». На различных длинах волн света, а также на улучшенных изображениях Кассини, атмосфера выглядит гораздо более впечатляющей и бурной.

Ветры в атмосфере

Сатурнианский шторм

Атмосфера планеты формирует одни из самых быстрых ветров в Солнечной системе (быстрее только на Нептуне). Космический корабль НАСА Вояджер, который совершил пролет Сатурна, измерил скорость ветров, она оказалась в районе 1800 км/час на экваторе планеты. Большие белые бури формируются в пределах полос, которые вращаются вокруг планеты, но в отличие от Юпитера, эти бури существуют всего несколько месяцев и поглощаются атмосферой.

Облака видимой части атмосферы состоят из аммиака, и располагаются на 100 км ниже верхней части тропосферы (тропопаузы), где температура опускается до -250 ° С. Ниже этой границы облака состоят из гидросульфида аммония и находятся, приблизительно, на 170 км ниже. В этом слое температура составляет всего -70 градусов С. Самые глубокие облака состоит из воды и расположены примерно в 130 км ниже тропопаузы. Температура здесь составляет 0 градусов.

Чем ниже, тем больше давление и температура возрастает и газообразный водород медленно переходит в жидкость.

Шестиугольник

Северный полюс планеты

Одно из самых странных погодных явлений когда-либо обнаруженное это так называемый северный шестиугольный шторм.

Шестиугольные облака у планеты Сатурн были впервые найдены Вояджерами 1 и 2, после того, как они посетили планету более трех десятилетий назад. Совсем недавно, шестиугольник Сатурна удалось сфотографировать в мельчайших подробностях с помощью космического корабля НАСА Кассини, в настоящее время находящегося на орбите вокруг Сатурна. Шестиугольник (или гексагональный вихрь) имеет размер порядка 25 000 км в диаметре. В нем можно уместить 4 таких планеты как Земля.

Изображение шестиугольника в ложных цветах

Шестиугольник вращается с точно такой же скоростью, как и сама планета. Однако Северный полюс планеты отличается от Южного полюса, в центре которого имеется огромный ураган с гигантской воронкой. Каждая сторона шестиугольника имеет размер около 13 800 км, а вся конструкция совершает один оборот вокруг оси за 10 часов и 39 минут, так же, как и сама планета.

Причина образования шестиугольника

Северный шестиугольник крупным планом

Так почему же вихрь на Северном полюсе имеет форму шестиугольника? Астрономы затрудняются стопроцентно ответить на этот вопрос, однако один из экспертов и членов команды, отвечающий за визуальный и инфракрасный спектрометр Кассини сказал: «Это очень странная буря, имеющая точные геометрические формы с шестью почти одинаковыми сторонами. Мы никогда не видели ничего подобного на других планетах».

Галерея снимков атмосферы планеты

Сатурн — планета бурь

Юпитер известен своими яростными бурями, которые хорошо видны через верхние слои атмосферы, особенно Большое красное пятно. Но на Сатурне тоже имеются бури, правда, они не такие большие и интенсивные, но по сравнению с Земными, они просто огромны.

Одним из крупнейших штормов было Большое белое пятно, также известное как Большой белый овал, которое наблюдали с помощью космического телескопа Хаббла в 1990 году. Такие бури, вероятно, появляются раз в год на Сатурне (один раз в 30 земных лет).

Атмосфера и поверхность

Планета очень напоминает мяч, сделанный почти полностью из водорода и гелия. Плотность и температура его изменяются по мере продвижения вглубь планеты.

Состав атмосферы

Буря на северном полюсе Сатурна

Внешняя атмосфера планеты состоит из 93% молекулярного водорода, остальное гелий и следовые количества аммиака, ацетилена, этана, фосфина и метана. Именно эти следовые элементы и создают видимые полосы и облака, которые мы видим на снимках.

Ядро

Общая схема схема строения Сатурна

Согласно теории аккреции ядро планеты каменное с большой массой, достаточной для того, чтобы захватить большое количество газов в ранней солнечной туманности. Его ядро, как и у других газовых гигантов, должно было бы сформироваться, и стать массивным гораздо быстрее, чем у других планет, чтобы успеть обрасти первичными газами.

Газовый гигант, скорее всего, сформировался из скалистых или ледяных компонентов, а низкая плотность, указывает на примеси жидкого металла и камня в ядре. Он является единственной планетой, у которой плотность ниже, чем у воды. Во всяком случае, внутреннее строение планеты Сатурн больше напоминает шар из густого сиропа с примесями каменных фрагментов.

Металлический водород

Схема магнитосферы

Металлический водород в ядре генерирует магнитное поле. Магнитное поле, созданное таким образом, немного слабее, что у Земли и распространяется только до орбиты его крупнейшего спутника Титана. Титан способствует появлению ионизированных частиц в магнитосфере планеты, которые создают в атмосфере полярные сияния. Вояджер 2 обнаружил высокое давление солнечного ветра на магнитосферу планеты. По данным измерений, сделанных во время той же миссии, магнитное поле распространяется только на 1,1 млн. км.

Размер планеты

Планета имеет экваториальный диаметр 120 536 км, что в 9,44 раз больше, чем у Земли. Радиус равен 60268 км, что делает его второй по величине планетой в нашей Солнечной системе, уступая только Юпитеру. Он, как и все другие планеты, представляет собой сплюснутый сфероид. Это означает, что его экваториальный диаметр больше, чем диаметр, измеренный через полюса. В случае Сатурна это расстояние довольно значительно, из-за высокой скорости вращения планеты. Полярный диаметр — 108728 км, что меньше экваториального на 9,796%, поэтому форма Сатурна — овальная.

Вокруг Сатурна

Продолжительность дня

Скорость вращения атмосферы и собственно самой планеты можно измерить тремя разными методами. Первый это замер скорости вращения планеты по облачному слою в экваториальной части планеты. Он имеет период вращения 10 часов и 14 минут. Если измерения проводить в других областях Сатурна, то скорость вращения будет составлять 10 часов 38 минут и 25,4 секунд. На сегодняшний день наиболее точный метод измерения продолжительности дня основан на замере радиоизлучения. Этот метод дает скорость вращения планеты равную 10 часам 39 минутам и 22,4 секундам. Несмотря на эти цифры, скорость вращения недр планеты в настоящее время, невозможно точно измерить.

Опять же, экваториальный диаметр планеты равен — 120536 км, а полярный — 108 728 км. Это важно знать, почему что эта разница в этих цифрах влияет на скорость вращения планеты. Такая же ситуация и на других планетах гигантах, особенно разница во вращении разных частей планеты выражена у Юпитера.

Продолжительность дня по радиоизлучению планеты

С помощью радиоизлучения, которое приходит из внутренних областей Сатурна, ученые смогли определить его период вращения. Заряженные частицы, захваченные его магнитным полем, излучают радиоволны, когда они взаимодействуют с магнитным полем Сатурна, примерно на частоте 100 килогерц.

Зонд Voyager измерял радиоизлучение планеты в течение девяти месяцев, когда пролетал мимо, в 1980-х годах и вращение было определено как 10 часов 39 минут 24 секунд, с погрешностью 7 секунд. Космический аппарат Улисс также провел измерения 15 лет спустя, и выдал результат 10 часов 45 минут 45 секунд, с 36 секундной погрешностью.

Выходит целых 6 минут разницы! Либо вращение планеты замедлилось за эти годы, или что-то мы упустили. Межпланетным зондом Кассини были измерены эти же радиоизлучения плазменным спектрометром, и ученые, что в дополнение к 6 минутной разнице в 30-ти летних измерениях выявили, что вращение также меняется на один процент в неделю.

Взаимодействие магнитного поля Сатурна и спутника Энцелада

Ученые считают, что это может быть связано с двумя вещами: солнечный ветер, приходящий от Солнца мешает измерениям, и частицы гейзеров Энцелада влияют на магнитное поле. Оба эти фактора приводят к тому, радиоизлучение меняется, и они могут быть причиной различных результатов одновременно.

Новые данные

В 2007 году было установлено, что некоторые точечные источники радиоизлучения планеты не соответствуют скорости вращения Сатурна. Некоторые ученые считают, что разница обусловлена воздействием спутника Энцелада. Водяные пары этих гейзеров попадают на орбиту планеты и ионизируются, влияя тем самым на магнитное поле планеты. Это замедляет вращение магнитного поля, но незначительно, по сравнению с вращением самой планеты. По текущим оценкам, вращение Сатурна, на основе различных измерений от космических аппаратов Cassini, Voyager и Pioneer составляет 10 часов 32 минут и 35 секунд по состоянию на сентябрь 2007 года.

Основные характеристики планеты, переданные Кассини, наводят на мысль, что солнечный ветер является наиболее вероятной причиной разницы в данных. Различия в измерениях вращения магнитного поля происходят каждые 25 дней, что соответствует периоду вращения Солнца. Скорость солнечного ветра тоже постоянно меняется, что должно учитываться. Энцелад может вносить долгосрочные изменения.

Гравитация

Снимки аппарата Кассини планеты Сатурн

Сатурн — планета гигант и не имеет твердой поверхности, и то, что невозможно увидеть, так это его поверхность (мы видим лишь верхней облачный слой) и почувствовать силу тяжести. Но давайте представим, что существует некая условная граница, которая будет соответствовать его воображаемой поверхности. Какова была бы сила тяготения на планете, если вы бы смогли стоять на поверхности?

Хотя Сатурн имеет большую массу, чем Земля, (второе место в Солнечной системе по массе, после Юпитера), он к тому же самый “легкий” из всех планет Солнечной системы. Фактическая сила тяжести в любой точке его воображаемой поверхности будет составлять 91% от аналогичного показателя на Земле. Другими словами, если ваши весы показывают ваш вес равный 100 кг на Земле (о, ужас!), на «поверхности» Сатурна вы бы весили 92 кг (немного лучше, но все же).

Для сравнения, на «поверхности» Юпитера сила тяжести в 2,5 больше Земной. На Марсе, всего лишь 1/3, а на Луне 1/6.

Что делает силу гравитации такой слабой? Планета-гигант в основном состоит из водорода и гелия, которые он аккумулировал в самом начале образования Солнечной системы. Эти элементы были сформированы в начале Вселенной в результате Большого Взрыва. Все из-за того, что у планеты чрезвычайно низкая плотность.

Температура планеты

Снимок Вояджера 2

Самый верхний слой атмосферы, который находится на границе с космосом, имеет температуру -150 С. Но, по мере погружения в атмосферу, давление повышается и соответственно повышается температура. В ядре планеты, температура может достигать 11 700 С. Но откуда такая высокая температура? Она формируется из-за огромного количества водорода и гелия, который по мере погружения в недра планеты сжимается и разогревает ядро.

Благодаря гравитационному сжатию, планета, фактически, порождает тепло, выделяя в 2,5 раза больше энергии, чем получает от Солнца.

В нижней части облачного слоя, который состоит из водяного льда, средняя температура составляет -23 градуса по Цельсию. Над этим слоем льда находится гидросульфид аммония, со средней температурой -93 С. Выше него лежат облака из аммиачного льда, которые окрашивают атмосферу в оранжевый и желтый цвет.

Как выглядит Сатурн и какого он цвета

Вид в телескоп Хаббл

Даже глядя через маленький телескоп, цвет планеты виден как бледно-желтый с оттенками оранжевого. В более мощные телескопы, например, такие как Хаббл или глядя на снимки, сделанные аппаратом НАСА Кассини, можно увидеть тонкие слои облаков и бури, состоящие из смеси белого и оранжевого цветов. Но что придает Сатурну такой цвет?

Как и Юпитер, планета состоит почти полностью из водорода, с небольшим количеством гелия, а также незначительными количествами других соединений, таких как, аммиак, водяной пар и различные простейшие углеводороды.

За цвет планеты ответственен только верхний слой облаков, который в основном состоит из кристаллов аммиака, а нижний уровень облаков либо из гидросульфида аммония или воды.

Сатурн имеет полосатый узор атмосферы, примерно как у Юпитера, но эти полосы гораздо слабее и шире в районе экватора. Он также не имеет долгоживущих бурь, — ничего похожего на Большое Красное Пятно — которые часто возникают, когда на Юпитере приближается время летнего солнцестояния в Северном полушарии.

Некоторые фотографии, переданные Кассини, выглядят синими, подобно Урану. Но это, вероятно, потому, что мы видим рассеяние света с точки зрения Кассини.

Состав

Сатурн на ночном небе

Кольца вокруг планеты захватывали воображение людей в течение сотен лет. Естественным также было желание знать, из чего состоит планета. С помощью различных методов, ученые узнали, что химический состав Сатурна таков: 96% водорода, 3% гелия и 1% различных элементов, которые включают метан, аммиак, этан, водород и дейтерий. Некоторые из этих газов можно найти в его атмосфере, в жидком и расплавленном состояниях.

Состояние газов изменяется с ростом давления и температуры. На верхней границе облаков, вы столкнетесь с кристаллами аммиака, в нижней части облаков с гидросульфидом аммония и/или водой. Под облаками, атмосферное давление увеличивается, что вызывает увеличение температуры и водород переходит в жидкое состояние. По мере продвижения вглубь планеты давление и температура продолжает увеличиваться. В результате чего в ядре, водород становится металлическим, переходя в это особое агрегатное состояние. Планета, как полагают, имеют рыхлое ядро, которое помимо водорода состоит из скальных пород и некоторых металлов.

Современные космические исследования привели ко многим открытиям в системе Сатурна. Исследования начались с пролета космического аппарата Pioneer 11 в 1979 году. Эта миссия обнаружила кольцо F. В следующем году пролетел Вояджер-1, посылая на Землю детали поверхности некоторых из спутников. Он также доказал, что атмосфера на Титане не прозрачна для видимого света. В 1981 году Вояджер-2 посетил Сатурн, и обнаружил изменения в атмосфере, а также подтвердил наличие щели Максвелла и Килера, которые впервые увидел Вояджер-1.

После Вояджера-2, в систему прибыл космический аппарат Кассини-Гюйгенс, который вышел на орбиту вокруг планеты в 2004 году, более подробно о его миссии можно почитать в этой статье.

Радиация

Когда аппарат НАСА Кассини впервые прибыл к планете, он обнаружил грозы и радиационные пояса вокруг планеты. Он даже нашел новый радиационный пояс, расположенный внутри кольца планеты. Новый радиационный пояс отстоит на 139 000 км от центра Сатурна и простирается до 362 000 км.

Северное сияние на Сатурне

Видео, показывающее северное полярное сияние на Сатурне, созданное из снимков телескопа Хаббл и космического аппарата Кассини.

Благодаря наличию магнитного поля, заряженные частицы Солнца захватываются магнитосферой и формируют радиационные пояса. Эти заряженные частицы движутся вдоль линий магнитного силового поля и сталкиваются с атмосферой планеты. Механизм возникновения полярного сияния аналогичен Земному, но из-за разного состава атмосферы полярные сияния на гиганте фиолетового цвета, в отличие от зеленых на Земле.

Полярное сияние Сатурна в телескоп Хаббл

Галерея снимков полярного сияния

Ближайшие соседи

Какая ближайшая планета к Сатурну? Это зависит от того, в какой точке орбиты он находится на данный момент, а также положение других планет.

Для большей части орбиты, ближайшей планетой является Юпитер. Когда Сатурн и Юпитер находятся на минимальном расстоянии друг от друга, их разделяет всего 655 000 000 км.

Когда они расположены на противоположных сторонах друг от друга, то планеты Сатурн и Уран иногда подходят друг к другу очень близко и в этот момент их разделяет 1,43 млрд. км друг от друга.

Общие сведения

Следующие факты про планету основаны на планетарных бюллетенях НАСА.

Вес — 568,46 х 10*24 кг

Объем: 82 713 х 10*10 км3

Средний радиус: 58232 км

Средний диаметр: 116 464 км

Плотность: 0,687 г/см3

Первая космическая скорость: 35,5 км/с

Ускорение свободного падения: 10,44 м/с2

Естественных спутников: 62

Удалённость от Солнца (большая полуось орбиты): 1,43353 млрд км

Орбитальный период: 10 759.22 дней

Перигелий: 1,35255 млрд км

Афелий: 1, 5145 млрд км

Скорость движения по орбите: 9.69 км/с

Наклонение орбиты: 2,485 градусов

Эксцентриситет орбиты: 0,0565

Звездный период вращения: 10,656 часов

Период вращения вокруг оси: 10,656 часов

Осевой наклон: 26,73 °

Кто открыл: она известна с доисторических времен

Минимальное расстояние от Земли: 1,1955 млрд км

Максимальное расстояние от Земли: 1,6585 млрд км

Максимальный видимый диаметр с Земли: 20,1 угловых секунд

Минимальный видимый диаметр с Земли: 14,5 угловых секунд

Видимый блеск (максимальный): 0. 43 звездные величины

История

Космический снимок выполнен телескопом Хаббл

Планета невооруженным глазом видна хорошо, так что трудно сказать, когда планета была впервые обнаружена. Почему планета называется Сатурном? Она названа в честь римского бога урожая – этот бог соответствует греческому богу Кроносу. Вот поэтому происхождение названия — римское.

Галилей

Сатурн и его кольца были загадкой, до тех пор, пока Галилей впервые не смастерил свой примитивный, но рабочий телескоп и посмотрел на планету в 1610 году. Конечно, Галилей не понимал, что он видит, и думал, что кольца были большими спутниками по обе стороны от планеты. Так было до того, как Христиан Гюйгенс не использовал лучший телескоп, чтобы увидеть, что на самом деле это не спутники, а кольца. Гюйгенс был также первым, кто открыл крупнейший спутник Титан. Несмотря на то, что видимость планеты позволяет ее наблюдать практически отовсюду, ее спутники, как и кольца видны только через телескоп.

Жан Доминик Кассини

Он обнаружил щель в кольцах, позже названную Кассини, и был первым, кто открыл 4 спутника планеты: Япет, Рею, Тетис и Диону.

Уильям Гершель

В 1789 году астроном Уильям Гершель открыл еще две луны — Мимас и Энцелад. А в 1848 году британские ученые обнаружили спутник названый Гиперион.

Сатурн и Мимас

До полета космических аппаратов к планете мы знали о ней не так уж и много, несмотря на то, что увидеть планету можно даже невооруженным глазом. В 70-х и 80-х годах НАСА запустило космический аппарат Пионер 11, который стал первым космическим кораблем, который посетил Сатурн, пройдя в 20 000 км от облачного слоя планеты. За ним последовали запуски Вояджера-1 в 1980 году, и Вояджера-2 в августе 1981 года.

Снимок сделан с расстояния 102 000 километров от Энцелада

В июле 2004 года, аппарат НАСА Кассини прибыл в систему Сатурна, и составил по результатам наблюдений самое подробное описание планеты Сатурн и его системы. Кассини выполнил почти 100 облетов вокруг спутника Титана, несколько облетов множества других лун, и отправили нам тысячи изображений планеты и ее спутников. Кассини открыл 4 новых луны, новое кольцо, и обнаружил моря из жидких углеводородов на Титане.

Расширенная анимация полета Кассини в системе Сатурна

Кольца

Они состоят из ледяных частиц вращающихся вокруг планеты. Существуют несколько основных колец, которые хорошо видимы с Земли и астрономы используют специальные обозначения для каждого из колец Сатурна. Но сколько колец у планеты Сатурн на самом деле?

Кольца: вид с Кассини

Постараемся ответить на этот вопрос. Сами кольца делятся на следующие части. Две наиболее плотные части кольца обозначаются как А и В, они разделены щелью Кассини, за ними следует кольцо C. После 3-х основных колец, идут меньшие, пылевые кольца: D, G, Е, а также кольцо F, которое является самым внешним. Так сколько основных колец? Правильно – 8!

Сатурн планета: схема расположения колец

Эти три основных кольца и 5 пылевых колец и составляют основную массу. Но есть еще несколько колец, например Януса, Метона, Паллена, а также дуги кольца Анфа.

Движение спутников в кольцах

Есть и более мелкие кольца, и пробелы в различных кольцах, которые трудно сосчитать (например, щель Энке, разрыв Гюйгенс, разрыв Дауэса и многие другие). Дальнейшее наблюдение колец позволит уточнить их параметры и количество.

Исчезновения колец

Коллаж из снимков сделанный в период с 2003 по 2013 года

Из-за наклона орбиты планеты, кольца каждые 14-15 лет, становятся видимы с ребра, а из-за того, что они очень тонкие, то фактически исчезают из поля зрения Земных наблюдателей. В 1612 году Галилей заметил, что открытые им спутники куда-то исчезли. Ситуация была настолько странной, что Галилей даже оставил наблюдения планеты (скорее всего, в результате крушения надежд!). Он обнаружил кольца (и принял их за спутники) за два года до этого и был мгновенно очарован ими.

Параметры колец

Вид с Кассини

Планету иногда называют “жемчужиной Солнечной системы”, поскольку его кольцевая система выглядит как корона. Эти кольца состоят из пыли, камня и льда. Вот почему не распадаются кольца, т.к. оно не цельное, а состоит из миллиардов частиц. Часть материала в кольцевой системе, имеет размер песчинок, а некоторые объекты больше, чем высотные здания, достигая километра в поперечнике. Из чего состоят кольца? В основном из частиц льда, хотя есть и пылевые кольца. Поразительным является то, что каждое кольцо вращается с различной скоростью по отношению к планете. Средняя плотность колец планеты настолько низка, что сквозь них просвечиваются звезды.

Снимок Кассини

Сатурн не единственная планета с кольцевой системой. Все газовые гиганты имеют кольца. Кольца Сатурна выделяются, потому что они являются самыми крупными и самыми яркими. Кольца имеют толщину примерно один километр, и они охватывают пространство до 482 000 км от центра планеты.

Схема расположения колец Сатурна и его спутников

Название колец Сатурна идет в алфавитном порядке согласно порядку их обнаружения. Это делает кольца немного запутанными, перечисляя их не в порядке расположения от планеты. Ниже приведен перечень основных колец и промежутков между ними, а также расстояние от центра планеты и их ширина.

Структура колец

Обозначение

Удаление от центра планеты, км

Ширина, км

Кольцо D67 000—74 5007500
Кольцо C74 500—92 00017500
Щель Коломбо77 800100
Щель Максвелла87 500270
Щель Бонда88 690-88 72030
Щель Дейвса90 200-90 22020
Кольцо B92 000—117 50025 500
Деление Кассини117 500—122 2004700
Щель Гюйгенса117 680285—440
Щель Гершеля118 183-118 285102
Щель Рассела118 597-118 63033
Щель Джефриса118 931-118 96938
Щель Койпера119 403-119 4063
Щель Лапласа119 848-120 086238
Щель Бесселя120 236-120 24610
Щель Барнарда120 305-120 31813
Кольцо A122 200—136 80014600
Щель Энке133 570325
Щель Килера136 53035
Деление Роша136 800—139 3802580
R/2004 S1137 630300
R/2004 S2138 900300
Кольцо F140 21030—500
Кольцо G165 800—173 8008000
Кольцо E180 000—480 000300 000

Звуки колец

Плазменный спектрометр Кассини выполнил измерения с высоким разрешением, что позволило ученым преобразовать радиоволны в аудио путем сдвига частоты.

Возникновение колец

Как появились кольца? Самый простой ответ, почему у планеты есть кольца и из чего они сделаны, состоит в том, что планета накопила много пыли и льда на различном расстоянии от себя. Эти элементы, скорее всего, были захваченного под действием силы притяжения. Хотя некоторые считают, что они образовались в результате разрушения небольшого спутника, который слишком близко подошел к планете и попал в предел Роша, вследствие чего был разорван самой планетой на куски.

Кольца под малым углом

Некоторые ученые предполагают, что весь материал в кольцах представляет собой продукты столкновения спутников с астероидами или кометами. После столкновения остатки астероидов смогли избежать гравитационного притяжения планеты и образовали кольца.

Независимо от того, какая из этих версий верна, кольца являются весьма впечатляющими. Фактически Сатурн — властелин колец. После исследования колец необходимо изучить кольцевые системы других планет: Нептуна, Урана и Юпитера. Каждая из этих систем слабее, но все равно интересна по-своему.

Галерея снимков колец

Жизнь на Сатурне

Трудно представить себе менее гостеприимную планету для жизни, чем Сатурн. Планета практически полностью состоит из водорода и гелия, со следовыми количествами водяного льда в нижнем ярусе облаков. Температура в верхней части облаков может опускаться до -150 С.

По мере того, как вы спускаетесь в атмосферу, давление и температура увеличится. Если температура достаточно теплая, чтобы вода не замерзала, то давление атмосферы на этом уровне такое же, как в несколько километрах под океаном Земли.

Жизнь на спутниках планеты

Чтобы найти жизнь, ученые предлагают взглянуть на спутники планеты. Они состоят из значительного количества водяного льда, и их гравитационное взаимодействие с Сатурном, вероятно, держит их внутренности теплыми. Спутник Энцелад, как известно, имеет на поверхности гейзеры воды, которые извергается практически беспрерывно. Вполне возможно, что он имеет огромные запасы теплой воды под ледяной корой (почти как у Европы).

Другой спутник Титан имеет озера и моря жидких углеводородов и считается местом, которое в перспективе может создать жизнь. Астрономы полагают, что Титан очень похож по составу на Землю, в ее ранней истории. После того, как Солнце превратится в красного карлика (через 4-5 млрд. лет), температура на спутнике станет благоприятной для зарождения и поддержания жизни, а большое количество углеводородов, в том числе и сложных, будет первичным “бульоном”.

Положение на небе

Сатурн и шесть его спутников, любительский снимок

Сатурн на небосводе виден как довольно яркая звезда. Текущие координаты планеты лучше всего уточнять в специализированных программах-планетариях, например Stellarium, а события связанные с его покрытием или прохождение над тем ли иным регионом, а также все про планету Сатурн можно подсмотреть в статье 100 астрономических событий года. Противостояние планеты всегда предоставляет шанс посмотреть на нее в максимальных подробностях.

Ближайшие противостояния

ДатаЗвездная величина
10  мая  2014  года0,2m
23  мая  2015  года0,2m
03  июня  2016  года0,2m
15  июня  2017  года0,2m
27  июня  2018  года0,2m
09  июля  2019  года0,3m
21  июля  2020  года0,3m

Зная эфемериды планеты и ее звездную величину найти Сатурн на звездном небе не составит труда. Однако, если у вас мало опыта, то ее поиск может затянуться, поэтому мы советуем использовать любительские телескопы с монтировкой Go-To. Используйте телескоп с монтировкой Go-To, и вам не понадобится знать координаты планеты и где ее сейчас можно увидеть.

Полет к планете

Сколько времени займет космические путешествие к Сатурну? В зависимости от того, какой маршрут вы выберете, полет может занять разное количество времени.

Например: Пионеру-11 потребовалось шесть с половиной лет, чтобы долететь до планеты. Вояджер-1 добрался за три года и два месяца, Вояджеру-2 потребовалось четыре года, а космическому аппарату Кассини — шесть лет и девять месяцев! Космический аппарат Новые Горизонты, использовал Сатурн в качестве гравитационного трамплина на пути к Плутону, и прибыл к нему спустя два года и четыре месяца после запуска. Почему такая огромная разница во времени полета?

Первый фактор определяющий время полета

Давайте рассмотрим, запускается ли космический аппарат непосредственно к Сатурну или он попутно использует другие небесные тела в качестве рогатки?

Второй фактор определяющий время полета

Это тип двигателя космического корабля, и третий фактор, заключается в том, собираемся мы пролететь планету или выйти на ее орбиту.

С учетом этих факторов, давайте посмотрим на миссии упомянутые выше. Пионер 11 и Кассини использовали гравитационное влияние других планет, прежде чем направились к Сатурну. Эти облеты других тел прибавили лишние годы к, и без того длительной поездке. Вояджер 1 и 2 использовали всего лишь Юпитер на пути к Сатурну и прибыли к нему гораздо быстрее. У корабля Новые Горизонты было несколько явных преимуществ над всеми другими зондами. Два основных преимущества заключаются в том, что он имеет самый быстрый и самый передовой двигатель и был запущен по короткой траектории к Сатурну на своем пути к Плутону.

Этапы исследования

Панорамная фотография Сатурна, полученная 19 июля 2013 года аппаратом Кассини. В разряженном кольце слева — белая точка это Энцелад. Земля видна ниже и правее центра снимка.

В 1979 году первый космический аппарат достиг планеты-гиганта.

Пионер-11

Созданный в 1973 году, Пионер-11 совершил облет Юпитера, и использовал силу тяжести планеты, чтобы изменить свою траекторию и направиться к Сатурну. Он прибыл к нему 1 сентября 1979 года, пройдя в 22 000 км над облачным слоем планеты. Он впервые в истории провел исследования Сатурна с близкого расстояния и передал крупным планом фотографии планеты, обнаружив, ранее неизвестное кольцо.

Вояджер-1

Зонд НАСА Вояджер 1 был следующим кораблем, который посетил планету 12 ноября 1980 года. Он пролетел в 124 000 км от облачного слоя планеты, и отправил на Землю поток поистине бесценных фотографий. Вояджер-1 решили направить на облет спутника Титана, а его собрата-близнеца Вояджера -2 отправить к другим планетам-гигантам. В итоге оказалось, что аппарат хоть и передал много научной информации, но поверхность Титана не увидел, так как она непрозрачна для видимого света. Поэтому фактически кораблем пожертвовали в угоду крупнейшему спутнику, на который ученые возлагали большие надежды, а в итоге увидели оранжевый шар, без каких либо подробностей.

Вояджер-2

Вскоре после пролета Вояджера-1, Вояджер-2 прилетел в систему Сатурна и выполнил почти идентичную программу. Он достиг планеты 26 августа 1981 года. Помимо того, что он облетел планету на расстоянии 100 800 км, он близко подлетел к Энцеладу, Тетису, Гипериону, Япету, Фебае и ряду других лун. Вояджер-2, получив гравитационное ускорение от планеты, направился к Урану (успешный пролет в 1986 году) и Нептуну (успешный пролет в 1989 году), после чего он продолжил странствие к границам Солнечной системы.

Кассини-Гюйгенс


Виды Сатурна с аппарата Кассини

По-настоящему изучить планету с постоянной орбиты смог зонд НАСА Кассини-Гюйгенс, который прибыл к планете в 2004 году. В рамках своей миссии, космический корабль доставил зонд Гюйгенс на поверхность Титана.

ТОП 10 изображений Кассини

Кассини в настоящее время завершил свою главную миссию и продолжает изучать систему Сатурна и его спутников вот уже много лет. Среди его открытий стоит отметить обнаружение гейзеров на Энцеладе, морей и озер из углеводородов на Титане, новые кольца и спутники, а также данные и фотографии с поверхности Титана. Ученые планируют закончить миссию Кассини в 2017 году, из-за сокращения бюджета НАСА, выделяемого на планетарные исследования.

Будущие миссии

Ждать следующей миссии Titan Saturn System Mission (TSSM) следует не раньше 2020, а скорее гораздо позже. Используя гравитационные маневры у Земли и Венеры, этот аппарат сможет достигнуть Сатурна ориентировочно в 2029 году.

Предусмотрен четырехлетний план полета, в котором 2 года отведены на исследование самой планеты, 2 месяца на исследование поверхности Титана, в котором будет задействован посадочный модуль и 20 месяцев изучение спутника с орбиты. В этом, поистине грандиозном проекте, возможно, примет участие и Россия. Будущее участие федерального агентства Роскосмоса уже обсуждается. Пока до реализации этой миссии далеко, у нас еще есть возможность наслаждаться фантастическими снимками Кассини, которые он передает регулярно и к которым есть доступ у всех желающих уже спустя несколько дней после их передачи на Землю. Удачного вам исследования Сатурна!

Ответы на наиболее распространенные вопросы

  1. В честь кого назвали планету Сатурн? В честь римского бога плодородия.
  2. Когда была открыт Сатурн? Он известен с древнейших времен, и невозможно установить, кто первым определил, что это планета.
  3. На каком расстоянии от Солнца расположен Сатурн? Среднее расстояние от Солнца равно 1,43 млрд км, или 9,58 а.е.
  4. Как найти его на небе? Лучше всего используйте поисковые карты и специализированное программное обеспечение, например, программу Stellarium.
  5. Какие координаты плаенты? Так как это планета, то координаты ее меняются, узнать эфемериды Сатурна можно на специализированных астрономических ресурсах.

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 67703

Запись опубликована: 21.12.2012
Автор: Максим Заболоцкий

12 интересных фактов о Сатурне

Подборка из 12 интересных фактов о самой величественной планете Солнечной системы

1. Сатурн — самая далекая планета Солнечной системы, которую можно уверенно разглядеть на небе невооруженным глазом (Уран виден лишь на очень темном небе при условии хорошего зрения).

2. В среднем Сатурн удален от Солнца на расстояние 1,4 млрд км. Чтобы совершить один оборот вокруг нашего светила, ему требуется 29,5 лет.

3. Сатурн является наименее плотной планетой Солнечной системы. Его средняя плотность составляет 0,68 г/см3 — почти на треть меньше плотности воды.

4. Небольшая плотность и относительно быстрый период вращения вокруг своей оси (около 10,5 часов) также делают Сатурн самой «сплюснутой» планетой Солнечной системы. Его экваториальный диаметр составляет 120 тыс. км, что на 10 тысяч км больше полярного диаметра.

5. Первым человеком, наблюдавшим кольца Сатурна, был Галилео Галилей. Это произошло в 1610 г. Однако мощности телескопа итальянца оказалось недостаточно, чтобы рассмотреть их структуру. Великий ученый посчитал, что увидел два «придатка» планеты. Когда в 1612 г. Галилей снова обратил взгляд на Сатурн, то вовсе не увидел колец, что его очень сильно озадачило. Дело в том, что в тот момент они были видны с ребра, и в маломощные телескопы заметить их было невозможно.

6. Первым человеком, который предположил, что Сатурн окружен кольцом, стал Христиан Гюйгенс. Это произошло в 1655 г.

Сатурн. Источник: NASA/JPL-Caltech/SSI

7. Кольца Сатурна на 99% состоят из частичек водяного льда. Их размеры составляют от микрометров до сантиметров и (реже) десятков метров.

8. Ширина основной части сатурнианских колец составляет 70 тыс. км. Их толщина намного меньше и колеблется от десятков метров до километра.

9. Кольца Сатурна обладают весьма сложной структурой. Они состоят из нескольких основных колец, которые, в свою очередь, состоят из тысяч узких колечек, разделенных промежутками. Под воздействием гравитации сатурнианских спутников в них могут формироваться различные образования — более плотные участки, изломы, небольшие объекты (т.

н. «снежки» и «пропеллеры») и т.д.

10. Происхождение колец Сатурна до сих пор остается предметом дискуссий. По одной из версии, они возникли вместе с планетой. По другой — кольца образовались относительно недавно, скорее всего, в результате разрушения одного из спутников Сатурна. Последние научные данные свидетельствуют в пользу второй теории.

11. Одной из самых известных достопримечательностей Сатурна является т.н. гексагон — вихрь шестиугольной формы над северным полюсом планеты. Длина каждой его стороны примерно равна 13 800 км (это больше диаметра Земли).

12. За всю историю лишь четыре космических аппарата посещали Сатурн — Pioner 11 (1979 г.), Voyager 1 (1980 г.), Voyager 2 (1981 г.), а также зонд Cassini. Последний является единственным рукотворным объектом, вышедшим на постоянную орбиту вокруг газового гиганта, на которой он находился с 2004 г. по 2017 г.

 

Астрономы показали, как будет выглядеть сближение Юпитера и Сатурна

В вечернем небе 21 декабря произойдет редчайшее астрономическое явление. Юпитер и Сатурн, два газовых гиганта Солнечной системы, сблизятся настолько, что их можно будет принять за большую очень яркую звезду. Они окажутся на расстоянии 0,1 градуса друг от друга — это одна пятая диаметра полной Луны.

Юпитер, самая большая планета в Солнечной системе диаметром 143 000 километров и вторая по яркости после Венеры, все ближе и ближе подходит к кольцам Сатурна. Эти два газовых гиганта сокращают расстояние с лета: каждый вечер расстояние между ними сокращается — это видно после заката Солнца низко над юго-западным горизонтом.

Недавно астрономы NASA показали гонки планет: на снимке видно, как близки Юпитер и Сатурн.

А 21 декабря планеты окажутся так близко друг к другу, что невооруженным взглядом их можно будет принять за одну яркую звезду, вполне похожую на Вифлеемскую звезду. Кстати, астрономы веками пытались разобраться, не похожее ли сближение Юпитера и Сатурна привело, согласно библейскому сказанию, трех волхвов к неприметной конюшне в Вифлееме, где родился Иисус Христос.

Дело в том, что эти планеты примерно каждые 20 лет сближаются друг с другом. Но на такое близкое расстояние в последний раз они подходили друг к другу в 1623-м году, а до этого — в 1226-м. В следующий раз это произойдет в 2080 году.

Астрономы обещают: даже при помощи любительского телескопа можно будет увидеть не только сблизившиеся планеты, но и некоторые их спутники. Причем планеты будут видны очень непродолжительное время сразу после захода Солнца. Разумеется, если позволит погода. А если не позволит в день максимального сближения, 21 декабря, не переживайте: Юпитер и Сатурн будут находиться на близком расстоянии еще несколько дней.

Эксперты объясняют, что суть этого астрономического явления — в разной скорости обращения планет вокруг Солнца. Юпитеру нужно около 12 лет, Сатурну — более 29 лет. Поэтому каждые 20 лет с Земли кажется, что эти планеты сближаются. Но, конечно, они очень далеки друг от друга и от Земли. Например, 21 декабря Сатурн будет примерно в два раза дальше от Земли, чем Юпитер. По данным Немецкого аэрокосмического центра (DLR), от Земли Сатурн будет на расстоянии около 1,6 млрд километров.

так сколько же им лет?

Кольцам Сатурна миллиарды лет. Так ли это? Оказалось, они куда моложе, чем до сих пор думало все человечество. Во всяком случае, это утверждают ученые из университета Корнелла. Основываются они на данных, собранных еще лет десять назад миссией Кассини NASA и почему-то всеми благополучно забытыми.

Та что за тайну таят в себе кольца Сатурна?

За этим сложным образованием вокруг планеты ученые всего мира наблюдают десятилетиями. Однако до сего времени так и не пришли к единому мнению касательно времени его формирования. Включенные в анализ наблюдения миссии Кассини позволили ученым считать, что образовались кольца несколько миллиардов лет назад. Но вот установить точно две важные детали: реальный возраст и состав – так и не удалось.

В кольцах больше всего частичек водяного льда. Эти частицы могут достигать огромных размеров – до нескольких метров. Однако лед не присутствует в чистом виде. Бомбардировки космического мусора, микрометеоритов, прилетевших из пояса Койпера с окраин Солнечной системы, сделали свое дело. Их скальный материал сильно загрязнил ледяное скопление. Истинная же доля каждого из этих двух составляющих так и осталась тайной для исследователей. Причиной тому непрозрачность льда для довольно большого числа длин волн света.

Почему ученых так интересует точный состав?

Интерес – не праздный. Дело в том, что точный состав поможет раскрыть реальный возраст колец. Ведь накопления веществ происходят по особым закономерностям и в определенные периоды времени. Иными словами – для ученых мужей формирование того или иного материала предсказуемо. Посему, зная состав каждого слоя глыб, подключив оценку среднего потока различных микроэлементов, можно определить, сколько времени ушло на образование всего пояса колец.

Статья в журнале Icarus

Статья в научном издании Icarus, написанная исследователем университета Корнелла Чжимен Чжаном (Zhimeng Zhang), может оказаться настоящим прорывом во всей этой истории.

Работа ученого основывается на начальных забытых данных, которые были собраны в результате миссии Кассини. Имеется ввиду сбор информации при помощи инструментов, предназначенных для работы с поверхностью Титана – спутника Сатурна. Дело в том, что радар меппера Кассини испускает волны электромагнитного спектра для бурения льда только определенной длины. Таким образом измеряется весь состав полученного материала, в том числе и часть, скалистого содержания.

Чжан проанализировал показатели, полученные с кольца С, которое считается наиболее загрязненным. Именно этот состав позволяет получить более точные данные по не ледяной составляющей колец. Так Чжан заявил, что кольцо С идеально для проведения исследований, направленных на установление точного времени формирования, возраста и даже истории возникновения колец Сатурна.

Ученый утверждает, что определенный им состав глыб говорит о том, что возраст этих формирований не миллиарды лет, а где-то между пятнадцатью и ста миллионами лет. А этот факт рушит все привычные для всего мирового сообщества установки. Ведь все мы знали, что кольцам примерно три миллиарда восемьсот миллионов лет.

Изучение колец преподнесло и другие сюрпризы. Силикатный состав породы в верхних слоях составляет от одного до двух процентов. Но вот ближе к середине существенно увеличен – до шести-одиннадцати процентов.

Чжан заявил, что продолжит изучение и опубликует свои выводы после тщательного анализа состава колец А и В. Кроме того, к тому времени он сможет более точно рассчитать возраст космического образования.

Поделиться

Твитнуть

Поделиться

Плюсануть

Поделиться

Твитнуть

Поделиться

Плюсануть

Ученые США определили, сколько длится день на Сатурне

Используя новые данные космического корабля НАСА «Кассини», исследователи пришли к выводу, что день на Сатурне длится 10 часов 33 минуты 38 секунд, сообщается на сайте НАСА. 

Используя новые данные космического корабля НАСА «Кассини», исследователи пришли к выводу, что день на Сатурне длится 10 часов 33 минуты 38 секунд, сообщается на официальном сайте НАСА.

 

Планета с кольцами «ускользает» от ученых на протяжении десятилетий: они долго не могли точно определить продолжительность дня на шестой планете от Солнца. Дело в том, что у газового гиганта нет твердой поверхности с ориентирами для отслеживания при его вращении, и у него необычное магнитное поле, которое скрывает скорость вращения планеты.

Ответ, как оказалось, был спрятан в кольцах. «Кассини» детально исследовал ледяные кольца Сатурна, состоящие из миллиардов твердых частиц, а затем Кристофер Манькович (Christopher Mankovich), аспирант факультета астрономии и астрофизики в Калифорнийском университете (США), использовал эти данные для изучения волновых моделей в кольцах.

Его работа определила, что кольца реагируют на вибрации внутри самой планеты, действуя как сейсмометры, которые измеряют силу землетрясения и определяют направление на его эпицентр. Внутренняя часть Сатурна вибрирует, вызывая изменения в его гравитационном поле. Кольца, в свою очередь, улавливают эти изменения.

«Частицы в кольцах не могут не чувствовать эти колебания в гравитационном поле, – отметил Манькович. – В определенных местах в кольцах эти колебания достигают ледяных частиц. Постепенно на этих местах накапливается энергия, которая потом уносится вдаль в виде наблюдаемой волны».

В своем статье, опубликованной в журнале Astrophysical Journal, Манькович описывает, как он разработал модели внутренней структуры Сатурна, которые соответствовали бы волнам колец. Это позволило ему отслеживать движения внутренней части планеты – и, следовательно, ее вращение.

Частота вращения 10:33:38, полученная в результате анализа, на несколько минут превышает оценку суток на Сатурне, которую определили в 1981 году с помощью радиосигналов от космического корабля Voyager НАСА. Анализ данных Voyager, который оценил день в 10 часов 39 минут 23 секунды, был основан на информации о магнитном поле планеты.

Раньше «Кассини» также использовал данные о магнитном поле, но более ранние оценки варьировались от 10:36 до 10:48. А вот чему равен год на Сатурне, было известно точно: он длится 29 земных лет.

Ученые часто полагаются на магнитные поля для измерения скорости вращения планет. Например, магнитная ось Юпитера, как и у Земли, не совпадает с его осью вращения: она отклоняется, когда вращается планета. Это позволяет ученым улавливать периодический сигнал в радиоволнах, чтобы измерить скорость вращения планеты. С Сатурном же такую задачу решить непросто. Его магнитная ось почти идеально совпадает с осью вращения: угол отклонения не превышает 0,01°. Для сравнения: у Земли – 11°.

На фото, сделанном космическим кораблем «Кассини» в 2016 году, показано северное полушарие Сатурна. В это время на этой стороне планеты близилось летнее солнцестояние. 

[Изображение: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute]

Сатурн — планета в шляпе

Валерия Сирота
«Квантик» №8, 2017

«Я видел высочайшую планету трёхчастной».


Галилео Галилей (1610)

Не слишком понятную фразу, взятую эпиграфом к этой статье, Галилей послал в письме своему другу Кеплеру — записав её на латыни и к тому же анаграммой, то есть переставив как попало буквы. На случай, если кто-то посторонний захочет прочесть… Опасно было писать в письмах такие вещи, да Галилей и сам не понимал, что же это он такое увидел. А «зафиксировать» своё первенство — на случай, если это правда открытие, а не просто показалось — всё-таки хотел.

Галилей думал, что два «нароста» по бокам Сатурна — это спутники. И очень удивился, когда через несколько лет попробовал найти их снова — и не нашёл. Только через 50 лет Христиан Гюйгенс разглядел (в более сильный телескоп) тонкое кольцо вокруг Сатурна, висящее вокруг него каким-то чудом и нигде его не касающееся. И он же догадался, что кольцо это не сплошное, а состоит из множества мелких частичек, каждая из которых крутится вокруг планеты сама по себе.

Кольца Сатурна — удивительно красивая и загадочная вещь, и раз уж мы о них заговорили, нарушим наш обычный порядок и разглядим сначала то, что вокруг Сатурна, — кольца и спутники, а потом его самого.

Кольца, как потом оказалось, есть и у Юпитера, и у других планет-гигантов. Но до сатурнова кольца им, конечно, далеко! Оно отражает больше солнечного света, чем сам Сатурн, — это потому, что ледяное. Диаметр кольца — 250 тысяч км, а толщина его — всего 1 км! Сосчитайте-ка, какого размера получится его «правдивая» (то есть масштабная — без искажения пропорций) модель, если вы станете делать её из бумаги (толщина обычного листа бумаги 0,1 мм) — это

задача 3.

Сосчитали? Насколько прочным получится такое кольцо, склеенное из бумаги? А настоящее-то вовсе не склеено! В хороший телескоп видно, что оно распадается на тысячу тоненьких колечек. А наблюдения космических аппаратов «Вояджер» и «Кассини» показали, что даже щель Кассини — тёмный промежуток между кольцами — не просто пустое пространство, а много-много тонких колечек, разделённых тонкими щелями, внутри которых — ещё более тонкие колечки…

Да и кольца ничем не скреплены; они составлены из льдинок размером от 1 мм до 10 м, с маленькой примесью пыли и камешков. Если выловить их все да слепить вместе — не хватит даже на небольшой спутник диаметром 100 км.

А ведь каждая льдинка летает вокруг Сатурна сама по себе, никак они друг с другом не «договариваются». А вокруг то спутники пролетают, притягивают их каждый в свою сторону, то Юпитер поблизости (ну, относительно, конечно) проходит — тоже к себе тянет. То какой-нибудь шальной камушек пролетит — врежется в льдинку, собьёт её с пути… Почему же кольцо не разваливается от всех этих воздействий? Учёные это до сих пор как следует не поняли. Во всяком случае, ясно, что само кольцо бы не уцелело: ему помогают спутники-«пастухи», которые вращаются вокруг Сатурна неподалёку от колечек и увеличивают их устойчивость — «пасут» льдинки, возвращают на место, если какая-нибудь из них «сбилась с пути».

Происхождение колец тоже не совсем ясно. Скорее всего, это останки спутника (или спутников), который давным-давно крутился вокруг Сатурна по слишком близкой орбите; так же как Марс потихоньку притягивает к себе Фобос, Сатурн притянул этот спутник и разорвал приливными силами на мелкие кусочки. Но больше такое ни с кем не случится: все теперешние спутники Сатурна вращаются вокруг него медленнее, чем он сам вокруг оси, и поэтому удаляются от него.

Спутников у Сатурна, как и у Юпитера, много. Но, как и у Юпитера, больше половины из них — далёкие, мелкие и вращаются вокруг планеты «не в ту сторону» — заблудшие захваченные астероиды. Зато остальные — те, которые поближе — очень хорошо воспитаны: они все «не сводят глаз» с Сатурна, повернувшись к нему всегда одной стороной, и почти все вращаются строго в плоскости экватора Сатурна. При этом многие из них ещё и кольца «пасут»: добрая половина этих спутников находится в различных резонансах друг с другом и с кольцами Сатурна. (Помните, что это такое? — Пока один сделает два оборота, другой делает три… а третий — пять…). Конечно, не может быть, чтобы такое невероятное совпадение получилось случайно. Это приливные силы отодвигали, придвигали, раскачивали и переставляли спутники (а заодно и льдинки в кольцах) до тех пор, пока не получилось чудо, которое мы сейчас видим.

Внешние, захваченные спутники — в основном тёмные и относительно тяжёлые при таких ничтожных размерах. А внутренние, «свои», — очень светлые и лёгкие. Значит, они состоят в основном изо льда. Всего семь спутников Сатурна оказались достаточно тяжёлыми, чтобы приобрести шарообразную форму (и то седьмой — Мимас — похож скорее на яйцо, чем на шар). Остальные так и остались «булыжниками» неправильной формы. Почти каждому спутнику есть чем похвалиться: вот Япет, например, — двухцветный. Передняя по ходу (ведущая) сторона у него чёрная, как ночь, а задняя (ведомая) — светлая, почти как юпитерова Европа. Когда Джованни Кассини открыл его в 1671 году, он долго удивлялся: почему этот странный спутник видно только с одной стороны от Сатурна?! Похожая ситуация у Реи и Дионы (хотя разница там не такая гигантская), только у них наоборот — ведущая сторона светлая, ведомая — тёмная… Но, наверно, самые интересные — Титан и Энцелад.

У Энцелада, как и у юпитеровой Европы, под ледяной поверхностью — океан незамёрзшей воды. И через несколько «дыр» эта вода фонтаном бьёт наружу, прямо в космос, на сотни километров! Там она, конечно, замерзает, и часть льдинок падает обратно на спутник, а остальные становятся строительным материалом для внешнего кольца Сатурна. Но как небольшой Энцелад умудрился сохранить внутри столько тепла, чтобы хватило на обогрев океана? Наверно, как и у Ио и Европы, помогают приливы, возникающие из-за некруговой орбиты, которая поддерживается резонансом с Дионой… И действительно, при движении Энцелада по орбите мощность фонтана сильно меняется от дальней к ближней точке. А может, этот спутник ещё и сам греется изнутри за счёт распада радиоактивных атомов…

Титан — единственный большой спутник Сатурна и второй после Ганимеда среди всех спутников. По размеру он больше Меркурия и всего вдвое меньше Земли. Но главное — это единственный спутник, имеющий настоящую, плотную атмосферу! В основном она из азота, как и земная. Давление «воздуха» на поверхности Титана в полтора раза больше, чем на Земле. Кроме того, Титан — единственное (кроме Земли) тело в Солнечной системе, на поверхности которого нашли жидкость — правда, не воду, а жидкий метан.

Давайте теперь посмотрим наконец на саму планету. Сатурн по размеру практически такой же, как Юпитер, а масса у него в 3 раза меньше. Это значит, что он очень «рыхлый»: это единственная планета в Солнечной системе, средняя плотность которой меньше плотности воды и, кстати, в 10 раз меньше земной. Это потому, что в нём совсем мало тяжёлых атомов (то есть железа и «камней») и даже гелия, и состоит он почти полностью из газа водорода. Из-за такой малой плотности ускорение свободного падения на Сатурне невелико — мы бы весили там примерно столько же, сколько на Земле. Вот только стоять на Сатурне негде — откуда же на планете, состоящей из водорода, возьмёшь твёрдую поверхность!

Сатурн, как и Юпитер, очень быстро вращается вокруг оси. От этого он очень сильно «сплющился». Из всех планет Сатурн — самый «мандаринообразный»: расстояние от центра до полюса отличается от расстояния до экватора на целый радиус Земли.

Сатурн, в общем-то, во многом похож на Юпитер. Вот разве что Большого Красного пятна у него нет: вихри и ураганы там регулярно появляются, но не такие долгоживущие. Зато у Сатурна есть своя особенность — гигантский правильный шестиугольник, в который выстроились облака на северном полюсе. Каждая сторона этого шестиугольника больше диаметра Земли, и он вращается вокруг оси с той же скоростью, с какой, видимо, вращается внутренняя часть Сатурна. Откуда он там взялся и почему не разрушается — никто не знает. Прямые линии, правильные многоугольники встречаются в твёрдых телах, в кристаллах — но в газе?.. Загадка.

И всё-таки, как же получилось, что внутренние планеты — маленькие и каменистые, а внешние — большие и состоят из водорода? Ответ нужно искать в истории возникновения Солнечной системы. Вначале никаких планет не было, а было большое облако пыли и газа (в основном водорода, но и остальных атомов понемножку), в центре которого возникла протозвезда — огромный комок, постепенно сжимающийся и нагревающийся. И чем больше этот комок становился, тем сильнее он притягивал окружающие пыль и газ, и облако постепенно сжималось, становясь потихоньку всё плотнее и меньше. Вот в этом облаке и возникли сгустки вещества — сначала их было много, и каждый старался вырасти, притягивая к себе окружающие газ и пыль. В основном, конечно, пыль, потому что когда ты маленький и лёгкий, удержать газ и не дать ему улететь — трудно. Потом, когда эти сгустки стали уже довольно большие — их называют планетезималями — они стали объединяться, сливаться друг с другом, и образовали протопланеты, которые уже могли притягивать и газ. Но чем ближе к центру облака, тем горячее, и из внутренних областей за это время испарились и улетели подальше и вода, и лёгкие газы. Поэтому планеты, которые были близко к звезде, быстро набрали себе тяжёлых атомов («камня и железа»), а газа набрать не успели. А тем, что подальше, — наоборот, газа досталось много. По этой же причине и воды (и льда) на планетах земной группы оказалось мало, а за поясом астероидов — сколько угодно.

Художник Мария Усеинова


 Как у Юпитера есть троянские астероиды (см. статью «Качели, резонансы и космическое хулиганство», «Квантик» № 11, 2015 год), так и у некоторых крупных спутников Сатурна есть троянцы — спутники на той же орбите вокруг Сатурна!

Астраномія. Планеты

Сатурн

• Сатурн (газовый гигант) – шестая планета Солнечной системы. • Экваториальный радиус: 60268 ± 4 км, полярный радиус: 54364 ± 10 км (из всех планет Солнечной системы Сатурн обладает наибольшим сжатием). • Масса: 5.6846 × 1026 кг или 95.152 массы Земли. • Средняя плотность: 0.687 г/см³.

Сатурн

Среднее расстояние Сатурна от Солнца равно 1433,44 млн. км (9.582 а.е.), эксцентриситет e = 0,056. Период обращения вокруг Солнца равен 29.66 года. Наклон орбиты к плоскости эклиптики – 2. 48°, наклон оси вращения – 26.73°, период вращения – 10h32m – 10h47m. Сферическое альбедо – 0,54.

Сатурн в ИК диапазоне

Неустойчивость Кельвина – Гельмгольца в атмосфере Сатурна

По химическому составу и структуре атмосферы Сатурн в целом похож на Юпитер. Верхние слои атмосферы Сатурна на 96,3% состоят из водорода и на 3,25% – из гелия. Имеются примеси метана, аммиака, фосфина, этана и некоторых других газов. Аммиачные облака в верхней части атмосферы более мощные, чем на Юпитере. В атмосфере Сатурна дуют сильные ветры; скорости воздушных потоков достигают 500 м/с. Ветры в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора и дуют по направлению осевого вращения. Между продольными полосами атмосферы Сатурна хорошо наблюдается эффект неустойчивости Кельвина – Гельмгольца, возникающей в случае разных скоростей двух контактирующих сред.

Большое Белое Пятно

Гексагон Сатурна в ИК диапазоне

В атмосфере Сатурна иногда появляются устойчивые образования – сверхмощные ураганы, аналогичные Большому Красному Пятну на Юпитере (см. раздел 4.14.3) или Большому Тёмному Пятну на Нептуне (см. раздел 4.17.3). Гигантское Большое Белое Пятно (ББП) появляется на Сатурне с периодичностью в 28,5 лет, когда северное полушарие Сатурна сильнее всего наклоняется к Солнцу. Протяжённость ББП может достигать нескольких тысяч км. Среди особенностей атмосферы Сатурна следует также выделить устойчивый гигантский облачный гексагон (шестиугольник) окружающий северный полюс Сатурна. Поперечник гексагона, который наблюдается в ИК-диапазоне, составляет около 25 тыс. км. В центре гексагона находится полярный вихрь диаметром около 2 тыс. км.
Your browser does not support the video tag.

Гексагон Сатурна

Вихрь в центре гексагона

Южный полярный ураган с «глазом» в центре

Вокруг южного полюса Сатурна также вращается вихрь, в центре которого наблюдается т.н. «глаз урагана» – область прояснения и относительно тихой погоды в центре циклона. Подобные явления ранее наблюдались только в земной атмосфере. Диаметр южного полярного циклона с опоставим с размерами Земли.

Внутреннее строение Сатурна, как газового гиганта, также подобно строению Юпитера. Предполагается, что в центре Сатурна находится твёрдое ядро, масса которого на основании измерений гравитационных моментов в поле Сатурна, а также требований сценария формирования газовых гигантов на ранних стадиях, оценивается в 9–22 масс Земли, а радиус – 25 тыс. км. Температура в центре ядра, предположительно, достигает 12000 К. Ядро окружено слоем жидкого металлического водорода. Затем следует слой газожидкой смеси молекулярного водорода и гелия. Толщина верхнего слоя – атмосферы – оценивается в 1000 км.

Your browser does not support the video tag.

Внутреннее строение Сатурна


Магнитосфера Сатурна

Извержение криовулкана на Энцеладе

Магнитное поле Сатурна, так же как и Юпитера, создается за счёт динамо-эффекта при циркуляции металлического водорода во внешнем ядре. Магнитное поле можно представить дипольным, квадрупольным и октупольным слагаемыми, причём последнее значительно меньше, чем для Земли и Юпитера. Напряжённость магнитного поля на экваторе Сатурна равна 0.2 Э, что меньше, чем у Земли. Тем не менее, дипольный магнитный момент Сатурна примерно в 580 раз больше, чем у Земли. Ось магнитного момента совпадает с осью вращения планеты.

Полярные сияния на Сатурне (комбинация изображений в УФ и видимом диапазонах)

Магнитосфера Сатурна по размерам уступает только магнитосфере Юпитера. С подсолнечной стороны магнитопауза расположена на расстоянии около 20 радиусов Сатурна от его центра, а хвост магнитосферы протягивается на несколько сотен радиусов Сатурна. Во многом магнитосфера пополняется плазмой за счёт спутников, и в первую очередь – Энцелада, который находится на расстоянии всего 2.95RS от «поверхности» Сатурна. Гейзеры Энцелада выбрасывают водяной пар, часть которого ионизируется магнитным полем Сатурна.

Массы спутников Сатурна

Быстрое вращение Сатурна и наличие магнитосферной плазмы приводит к образованию относительно сильного кольцевого тока – уменьшенного аналога магнитодиска Юпитера. Полный кольцевой ток магнитосферы Сатурна оценивается в 10 млн. ампер. Взаимодействие между магнитосферой Сатурна и солнечным ветром генерирует яркие овалы полярного сияния вокруг полюсов планеты в УФ, видимом и ИК диапазонах.

По современным данным Сатурн обладает 62 спутниками и развитой системой колец. Только 13 спутников имеют диаметр больше 50 км: Титан (5150 км), Рея (1528 км), Япет (1436 км), Диона (1118 км), Тефия (1060 км), Энцелад (499 км), Мимас (397 км), Гиперион (266 км), Феба (240 км), Янус (178 км), Эпиметей (119 км), Прометей (100 км) и Пандора (84 км). Большая часть спутников состоит из горных пород и льда.

Your browser does not support the video tag.

Сатурн и его спутники


Титан

Поверхность Титана по данным «Гюйгенса»

Спутники Сатурна (так же, как и Юпитера) принято подразделять на регулярные и нерегулярные, спутники-пастухи и т.д. 24 спутника Сатурна – регулярные, остальные 38 – нерегулярные. Луны-пастухи колец Сатурна: Пан, Дафнис, Атлас, Прометей и Пандора. Нерегулярные спутники поделены по характеристикам своих орбит на три группы: инуитскую (5 спутников), норвежскую (29 спутников) и галльскую (4 спутника). Спутники, кольца и пространство около Сатурна с 2004 года исследуются миссией «Кассини – Гюйгенс» (Cassini – Huygens) – совместным проектом NASA, ESA и ASI. КА «Кассини» находится на орбите около Сатурна, зонд «Гюйгенс» 14 января 2005 года совершил посадку на поверхность Титана. Сведения о наиболее интересных спутниках Сатурна приведены далее. Титан – крупнейший спутник Сатурна и второй по величине в Солнечной системе. Средний радиус – 2576 ± 2 км, масса – 0.0225 массы Земли. Титан – единственный спутник в Солнечной системе, обладающий плотной атмосферой, и единственный спутник, поверхность которого невозможно наблюдать в видимом диапазоне из-за облачного покрова. Давление у поверхности примерно в 1,6 раза превышает давление земной атмосферы. На Титане имеются моря, озёра и реки из метана и этана, а также горы, состоящие изо льда и действующие криовулканы. Атмосфера на 98,6% состоит из азота. В атмосфере также обнаружена синильная кислота HCN – одно из важнейших соединений (вероятно) предбиологического синтеза, однако жизнь на поверхности Титана невозможна, т. к. средняя температура поверхности около 92 К.
Your browser does not support the video tag.

Вид на Сатурн с Титана


Стена Япета

Спутник Япет интересен кольцевым горным хребтом (стена Япета), опоясывающим спутник по экватору. Стена Япета имеет высоту до 13 км, ширину – до 20 км и длину – 1,3 тыс. км. Предполагается, что этот горный хребет мог образоваться в результате выпадения на поверхность спутника частиц его кольца, либо в результате сжатия пород или прорыва материала из глубины спутника.

Мимас

Энцелад – одно из трёх небесных тел в Солнечной системе (наряду с другим спутником Сатурна Титаном и спутником Нептуна Тритоном), на которых наблюдается криовулканизм (см. раздел 4.15.5).

Эпиметей и Янус

Особенностью Мимаса является огромный ударный кратер Гершель диаметром 130 км, составляющий почти треть диаметра самого Мимаса. Высота стен кратера достигает почти 5 км, наибольшая глубина – 10 км. Вероятно, в далёком прошлом с Мимасом столкнулся большой астероид. Удар, от которого образовался кратер Гершель, едва не расколол Мимас. Трещины, заметные на противоположной стороне спутника, вероятно, образованы ударными волнами, прошедшими сквозь его тело. Средний радиус Мимаса равен 198 км, и этот спутник является самым маленьким известным астрономическим телом, которое имеет округлую форму из-за собственной гравитации. Предполагается, что щель Кассини (промежуток между двумя самыми широкими кольцами Сатурна) образовалась из-за гравитационного воздействия Мимаса.
Your browser does not support the video tag.

Ледяные вулканы Энцелада


Спутник-пастух Пан движется внутри деления Энке

Кольца Сатурна

Спутники Эпиметей и Янус представляют собой уникальный пример со-орбитальных небесных тел. Средний радиус орбиты Януса по данным на 2006 год был всего на 50 км меньше, чем Эпиметея. Линейные размеры Эпиметея – 130×114×106 км, а Януса – 203×185×153 км. Период обращения по орбите меньшего радиуса меньше, а в данном случае всего на 30 секунд. Ежедневно внутренний спутник оборачивается вокруг Сатурна на 0.25º больше, чем внешний. В результате этого внутренний спутник догоняет внешний. Когда внутренний спутник догонит внешний, взаимное гравитационное взаимодействие увеличит момент импульса внутреннего спутника и уменьшит внешнего. В результате этого орбитальный период внутреннего спутника увеличивается, и он переходит на более высокую орбиту, а внешнего – уменьшается, и он переходит на внутреннюю. При «обмене» спутники никогда не сближаются на расстояние, меньшее 10000 км. Такой «обмен» происходит каждые 4 года (земных), последний раз – в 2010 году. Спутники Телесто и Калипсо, а также Елена и Полидевк являются троянскими спутниками в системах Сатурн – Тефия и Сатурн – Диона соответственно.
Your browser does not support the video tag.

Спутник-пастух Прометей сталкивается с кольцом F

Система колец и спутников Сатурна

Сатурн обладает развитой системой колец. Принято выделять три основных кольца и четвёртое – более тонкое. Все вместе они отражают больше света, чем диск самого Сатурна.

Пылевое кольцо Сатурна

Кольца принято обозначать первыми буквами латинского алфавита. Кольцо В – центральное, самое широкое и яркое, оно отделяется от большего внешнего кольца А щелью Кассини шириной почти 4000 км, в которой находятся тончайшие, почти прозрачные кольца. Внутри кольца А есть тонкая щель, которая называется разделительной полосой Энке. Кольцо С, находящееся ещё ближе к планете, чем В, почти прозрачно. Кольца Сатурна очень тонкие. При диаметре около 250000 км их толщина составляет менее километра. Количество вещества, составляющего кольца, крайне незначительно. Если его собрать в один монолит, его диаметр не превысил бы 100 км. Частицы, из которых состоят кольца, в большинстве своем имеют размер в несколько сантиметров, но изредка попадаются тела в несколько метров, и совсем редко – до 1–2 км. По всей видимости, частицы колец почти полностью состоят изо льда или каменистого вещества, покрытого льдом.
Your browser does not support the video tag.

Кольца Сатурна

Данные NASA Cassini показывают относительно новые кольца Сатурна — NASA Solar System Exploration

Кольца Сатурна могут быть знаковыми, но было время, когда величественный газовый гигант существовал без своего характерного ореола. На самом деле кольца, возможно, сформировались намного позже, чем сама планета, согласно новому анализу данных гравитационной науки с космического корабля НАСА Кассини.

Находки показывают, что кольца Сатурна сформировались между 10 и 100 миллионами лет назад. С точки зрения нашей планеты это означает, что кольца Сатурна могли сформироваться в эпоху динозавров.

Выводы исследования, сделанные на основе измерений, собранных во время последних сверхмалых орбит, которые Кассини выполнил в 2017 году, когда космический корабль приближался к концу своей миссии, — лучший ответ на давний вопрос науки о солнечной системе. Результаты были опубликованы 17 января в журнале Science.

Сатурн сформировался 4,5 миллиарда лет назад, в первые годы существования нашей Солнечной системы. Были подсказки, что его кольцевая система — это молодой выскочка, который присоединился к Сатурну годы спустя.Но как долго потом?

Чтобы определить возраст колец, ученым нужно было измерить кое-что еще: массу колец или то, сколько материала они удерживают. У исследователей были измерения дистанционного зондирования с Кассини и обоих космических кораблей НАСА Вояджер в начале 1980-х годов. Затем были получены беспрецедентные данные «Кассини» с его последних орбит. Поскольку у космического корабля закончилось топливо, он совершил 22 прыжка между планетой и кольцами.

Погружения позволили космическому кораблю действовать как зонд, падая в гравитационное поле Сатурна, где он мог почувствовать притяжение планеты и колец.Радиосигналы, отправленные на Кассини с антенн сети дальнего космоса НАСА и Европейского космического агентства, передают скорость и ускорение космического корабля.

Как только ученые узнали, сколько гравитации действует на Кассини, заставляя его ускоряться — до долей миллиметра в секунду, — они могли определить, насколько массивна планета и насколько массивны кольца.

«Только подойдя так близко к Сатурну на последних орбитах Кассини, мы смогли собрать измерения и сделать новые открытия», — сказал член научной группы радио Кассини и ведущий автор Лучано Иесс из Римского университета Ла Сапиенца.«И с помощью этой работы Cassini выполняет фундаментальную цель своей миссии: не только определять массу колец, но и использовать эту информацию для уточнения моделей и определения возраста колец».

Работа

Иесс основана на связи, которую ученые ранее установили между массой колец и их возрастом. Меньшая масса указывает на более молодой возраст, потому что кольца, которые яркие и в основном состоят из льда, были загрязнены и затемнены межпланетными обломками в течение более длительного периода.Благодаря более точному расчету массы кольца ученые смогли лучше оценить возраст колец.

Ученые Сатурна продолжат работу, чтобы выяснить, как образовались кольца. Новое свидетельство существования молодых колец подтверждает теорию о том, что они образовались из кометы, которая подошла слишком близко и была разорвана гравитацией Сатурна или событием, разрушившим предыдущее поколение ледяных лун.

Глубокие вращающиеся слои

С очень близкой точки обзора Кассини, погруженной в гравитационное поле Сатурна, космический корабль передал измерения, которые привели ученых к еще одному удивительному открытию.

Давно известно, что экваториальная атмосфера Сатурна вращается вокруг планеты быстрее, чем его внутренние слои и ядро. Представьте себе набор вложенных друг в друга цилиндров, вращающихся с разной скоростью. В конце концов, к центру планеты слои движутся синхронно и вращаются вместе.

Атмосфера Юпитера тоже ведет себя подобным образом. Но новые данные показывают, что слои Сатурна начинают синхронно вращаться намного глубже планеты — по крайней мере, на 5 600 миль (9 000 километров).Это в три раза глубже, чем такое же явление на Юпитере. Это глубина, равная 15 процентам всего радиуса Сатурна.

«Открытие глубоко вращающихся слоев — удивительное открытие о внутренней структуре планеты», — сказала Линда Спилкер из JPL, научный сотрудник проекта «Кассини». «Вопрос в том, что заставляет более быстро вращающуюся часть атмосферы погружаться так глубоко, и что это говорит нам о внутренней части Сатурна?»

В то же время измерение силы тяжести Сатурна решило еще одну неизвестную: массу ядра.Модели внутренней части, разработанные Буркхардом Милитцером, профессором Калифорнийского университета в Беркли и соавтором статьи, показывают, что это от 15 до 18 масс Земли.

Миссия

«Кассини» закончилась в сентябре 2017 года, когда у него закончилось топливо, и он намеренно погрузился в атмосферу Сатурна, чтобы защитить спутники планеты. Больше научных данных с последних орбит, известных как Гранд-финал, будет опубликовано в ближайшие месяцы.

Миссия «Кассини-Гюйгенс» — совместный проект НАСА, Европейского космического агентства (ЕКА) и Итальянского космического агентства.Лаборатория реактивного движения НАСА, подразделение Калифорнийского технологического института в Пасадене, руководит миссией Управления научных миссий НАСА в Вашингтоне. JPL спроектировал, разработал и собрал орбитальный аппарат «Кассини». Этот радионаучный прибор был построен JPL и Итальянским космическим агентством в сотрудничестве с членами команды из США и Италии.

Для получения дополнительной информации о Cassini перейдите по адресу:

https://solarsystem.nasa.gov/cassini

Контакты для СМИ

Гретхен Маккартни
Лаборатория реактивного движения, Пасадена, Калифорния.
818-393-6215
[email protected]

Джоанна Вендель
Штаб-квартира НАСА, Вашингтон
202-358-1003
[email protected]

Сколько лет кольцам Сатурна? Ярость дебатов

Из чудес нашей солнечной системы одно царствует как эмблема всего инопланетного и потустороннего: величественные кольца Сатурна, сияющие и мерцающие над маслянистым лицом гигантской планеты, пересеченным облаками.

Растяжки почти 300 тысяч километров от кончика до кончика и содержащих бесчисленные частиц ледяного размера от «микроскопического» в «мобильный дом,» кольцо Сатурн делает неоспоримо выделяющийся.Но это не просто украшение, они представляют собой одну из самых устойчивых загадок планетологии. Проще говоря, эксперты не могут прийти к единому мнению о том, как образовались кольца и даже сколько им лет. Являются ли браслеты Сатурна изначальной особенностью Солнечной системы, возникшей примерно 4,5 миллиарда лет назад, когда хаос и столкновения сформировали большую часть того, что мы видим сегодня? Или они возникли гораздо позже?

Ответ важен не только для ученых, работающих над изучением планетных колец и реконструкцией истории Солнечной системы; это может иметь головокружительные последствия для астробиологов, задающихся вопросом, может ли инопланетная жизнь процветать под ледяной коркой Энцелада, маленькой внутренней луны Сатурна, чье погребенное глобальное море считается одним из лучших мест для поиска биологии за пределами Земли.

Хотя и не окончательные, но наиболее достоверные данные для разрешения споров были получены в последние годы космического корабля НАСА «Кассини», который вращался вокруг Сатурна с 2004 по 2017 год. Основываясь на измерениях массы и яркости колец, проведенных Кассини, многие ученые теперь считают, что они удивительно хороши. молодой, возникший, возможно, совсем недавно, около 100 миллионов лет назад, когда динозавры еще бродили по Земле — это означает, что если смотреть в какой-то ящерианский телескоп, Сатурн мог быть странным образом лишен колец.

Но не все уверены; Некоторые критики говорят, что слишком сложно создать такие обширные кольца в относительно спокойной солнечной системе сейчас и почти в прошлом.

«Я не возражаю против молодых колец. Я просто думаю, что никто не нашел подходящего способа их изготовления », — говорит эксперт по кольцам Люк Донс из Юго-Западного исследовательского института. «Это требует маловероятного события».

Дебаты десятилетней давности

Сегодняшние дебаты о происхождении колец Сатурна восходят к нескольким десятилетиям назад, главным образом к первой крупной разведке системы межпланетными миссиями «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Эти наблюдения намекали, что кольца были на удивление легкими, им не хватало веса, чтобы они сохранили свой жемчужный блеск на протяжении многомиллиардной истории Солнечной системы. Кольца, казалось, были довольно молодыми, но теоретики изо всех сил пытались изобрести механизм, объясняющий их относительно недавнее образование.

Кольца Сатурна, увиденные орбитальным аппаратом НАСА «Кассини» в августе 2009 года. Кольца, которые в основном состоят из яркого белого водяного льда, демонстрируют легкое затемнение и окраску, которые можно использовать для определения их возраста.Авторы и права: НАСА, Лаборатория реактивного движения-Калтех и Институт космических наук.

Потом появился Кассини. К концу миссии космический корабль совершил две дюжины смелых прыжков между вершинами облаков Сатурна и внутренним краем кольцевой системы. Продев иглу в иглу, Кассини тщательно измерил массу колец и получил число, похожее на число Вояджера: примерно половина массы Мимаса, маленькой ледяной луны, имеющей странное сходство с космической станцией «Звезда Смерти» из «Звездных войн ». .

Но это только часть истории.Ранее в своей миссии космический корабль также задевал края колец, собирая пыль и другие частицы, чтобы оценить, сколько темного мусора вытекло из окружающей среды структуры — еще одно важное измерение для определения их возраста. Как и измерения массы системы, показания Кассини о пыли в окрестностях Сатурна дополнительно намекают на молодые кольца: несмотря на то, что они постоянно пылятся темными обломками, сбрасываемыми тусклыми объектами во внешней Солнечной системе, кольца водяного льда Сатурна все еще ярко-белые.Согласно логике, чем старше кольца, тем они должны быть темнее — если только они не достаточно массивны, чтобы каким-то образом накапливать темную пыль в течение миллиардов лет, сохраняя при этом свой юный блеск.

Робин Кэнап из Юго-Западного научно-исследовательского института называет этот ряд доказательств «аргументом в пользу загрязнения» молодых колец. «Тот факт, что кольца яркие, некоторым образом говорит нам о том, что они не были эффективно загрязнены, или, по крайней мере, мы не видим доказательств этого», — говорит она.

Дополнительные наблюдения показывают, что кольца не только поглощают материал, но и теряют его в огромных количествах, постоянно посылая потоки ледяных частиц в атмосферу планеты. Фактически, согласно одной оценке, такие ливни могут истощить кольца в течение 300 миллионов лет, и кажется, что самая отличительная особенность Сатурна действительно может быть на удивление преходящей.

«Идея о том, что они могут существовать в течение 4,5 миллиардов лет, действительно не поддается объяснению в моей голове», — говорит Эрик Асфауг из Университета Аризоны, изучающий взаимодействие между кольцами Сатурна и его многочисленными лунами.

Кольца молодых, на заказ

Несмотря на это, остается много веских аргументов против предположительно молодых колец Сатурна. Оказалось, что создание такой обширной кольцевой системы в последнее время — задача не из легких; шансы складываются против него. Несомненно, планета могла полностью или частично раздробить проходящую комету, разбросав обломки на кольца; или, да, , может быть, — пересекающийся объект, врезавшийся в один из спутников Сатурна, образуя кольца из разбрызганных в порошок частиц луны. Но для любого честного теоретика такие сценарии, сделанные на заказ, кажутся особенными.

«У нас есть довольно хорошее представление о том, сколько комет летает вокруг внешней части Солнечной системы, и у нас просто недостаточно их, чтобы сделать этот сценарий вероятным», — говорит Донс. «В течение последних сотен миллионов лет вероятность этого составляет несколько процентов».

Но предположим, что вместо этого вообще не было никаких комет — что родительские тела кольца произошли полностью изнутри, а не вне сатурнианской системы.Изучая любопытные орбиты ближайших спутников планеты, Матия Чук и его коллеги из Института SETI обнаружили кое-что удивительное. В компьютерных моделях, которые прослеживали орбиты этих лун во времени, примерно 100 миллионов лет назад все шло немного не по сценарию, когда спутники выталкивались на орбиты, которые сегодня просто не наблюдаются.

«Их орбиты выбиваются из плоскости экватора Сатурна гораздо больше, чем мы наблюдаем», — говорит Чук. «Это означает, что этой истории, которую мы моделируем, никогда не было, и текущие луны должны быть моложе этого.”

Другими словами, более ранняя система лун должна была быть преобразована в систему, которую мы видим сегодня.

Кассини сделал этот частичный портрет колец и спутников Сатурна в июле 2011 года. Слева направо на этом снимке видны пять спутников: Янус, Пандора ( на краю тонкого кольца около центра изображения ), Энцелад, Мимас и Рея. Авторы и права: НАСА, Лаборатория реактивного движения-Калтех и Институт космических наук.

Сначала было неясно, что могло спровоцировать эту перестановку, но последующие работы обнаружили неожиданного виновника: солнце.Даже на огромных расстояниях гравитация Солнца может нарушать движение планет и, что более важно для этой истории, их спутников. Чук и его коллеги обнаружили, что орбита Сатурна может приблизиться к точке, где слабое гравитационное влияние Солнца может хоть немного подтолкнуть большую внутреннюю луну по другому пути, что приведет к столкновению с братом или сестрой.

«И затем вы формируете кольцо, которое в 10 раз больше того, которое у вас есть сейчас, некоторые из которых срастаются и образуют новые луны», — говорит он.

Одно из противоречивых следствий этого сценария состоит в том, что существующие внутренние луны Сатурна должны были, как говорит Чук, слиться и вырасти из обломков столкновения — это означает, что Энцелад, Мимас и любое тело, вращающееся так близко или ближе к планете, чем большая луна Рея также было бы около 100 миллионов лет. Этот сценарий, однако, резко контрастирует с оценками возраста внутренних лун, основанными на подсчете кратеров на их поверхности. Кроме того, молодой Энцелад может создать серьезные проблемы для астробиологов, надеющихся, что глобальное подземное море Луны существует достаточно долго, чтобы там могла развиться жизнь.

«Не думаю, что людям нравится это слышать», — говорит Чук.

Кануп и другие говорят, что, хотя гипотеза Чука правдоподобна, она не может объяснить, как материал, образовавшийся при столкновении луны с луной, мог бы образовать кольцо. Для этого необходимо, чтобы обломки столкновения находились достаточно близко к Сатурну, чтобы гравитация планеты удерживала его рассеянным, а не в более удаленных регионах, где формируются и живут луны.

«Как получить материал от такого столкновения обратно на низкие орбиты, где находятся кольца, и как сделать так, чтобы этот материал был только льдом?» — спрашивает Кэнап.

Первозданное загрязнение?

Дело в том, что старые кольца просто сделать проще. Миллиарды и миллиарды лет назад, когда планеты обретали свое нынешнее положение, они запускали более мелкие тела по всей Солнечной системе, как бильярдисты, перебравшиеся кофеином, с неустойчивой целью. Итак, говорит Кануп, самое экономное объяснение состоит в том, что какой-то древний катаклизм украсил мир без колец, и ученым необходимо пересмотреть свой аргумент о загрязнении, указывая на молодые кольца.

Если скорость, с которой темная пыль падает на кольца, меняется со временем, или если основные предположения о том, как эта пыль затемняет кольца, неверны, кольца могут быть первичными, хотя и со сверхъестественным блеском.

«Ясно, что снег красивый и яркий, когда он падает, и не нужно много грязи, чтобы снег выглядел довольно темным», — говорит Донес. Но, отмечает он, высокоскоростные столкновения между пылью и частицами ледяного кольца могут не окрашивать кольца так, как предполагают ученые, возможно, оставляя меньше тени, чем ожидалось.

Более убедительной историей о старых кольцах, по словам Канупа, являются моделирование древнего колецообразования. Если начальная масса обломков значительно выше, чем в текущих кольцах, они быстро разойдутся и рассеялись. Некоторые из них упадут на Сатурн, некоторые выйдут на орбиту, а остальные осядут в луны и кольца. Любопытно, говорит она, независимо от того, начнете ли вы с массы Мимаса, в 1 или 10 раз, за ​​миллиарды лет, базовая орбитальная динамика предполагает, что она установится почти на том количестве материала, которое мы видим сегодня.

«Кольца просто имеют точную массу, которую можно было бы ожидать, если бы они сталкивались и распространялись в течение четырех миллиардов лет», — говорит Кануп. И когда наблюдения Кассини одновременно подтверждают старые кольца и молодые кольца, хотя и по-разному, прийти к окончательному ответу сложно.

«Когда у вас есть предсказания или интерпретации, которые являются независимыми и в конечном итоге расходятся друг с другом, становится интересно», — говорит она.

На этом изображении части колец Сатурна, сделанном Кассини в марте 2016 года, также видны три луны: Мимас ( наверху ), Янус ( чуть выше колец ) и Тетис ( ниже колец ).Любое объяснение образования колец планеты должно также учитывать ее загадочные луны. Авторы и права: НАСА, Лаборатория реактивного движения-Калтех и Институт космических наук.

Одно кольцо (система), чтобы управлять ими всеми

Наши блуждающие попытки узнать истину Сатурна далеки от завершения. Что-то наложило кольца на планету, хотя нам еще предстоит понять, как это сделать.

«Я вижу систему Сатурна как находящуюся в середине каскада — хаотического каскада. Мне это не кажется законченным, — говорит Асфауг.

Действительно, вся система Сатурна представляет собой загадку. Недоумение вызывают не только кольца планеты, но и ее обширный и разнообразный набор лун, который также трудно объяснить. От Япета, двухцветной луны, напоминающей грецкий орех из-за причудливого экваториального гребня и плоских полюсов, до туманного Титана, гигантской луны с маслянистыми озерами и инопланетной химией, до внутренних лун, которые когда-то могли иметь собственные кольца, Сатурнианская система — это рог изобилия странностей. Таким образом, любая история, которая претендует на объяснение колец, также должна каким-то образом учитывать эти и другие странности.

«Я вижу множество невозможных геологических вещей. Я вижу планету, которая должна выглядеть как Каллисто, но вместо этого выглядит как Титан. Я вижу спутники, которые не должны существовать, такие как Энцелад и Мимас, с тяжелой историей кратеров — означает ли это, что они старые или нет, мы не знаем. А потом вы видите, как Энцелад взлетает, как ракета, и это самое надежное извержение тела в солнечной системе, и это не имеет никакого смысла для меня как геолога », Асфауг говорит: «Мимас получает больше приливного тепла, чем Энцелад, и он мертв, как гвоздь! Все это не имеет смысла!»

Решение загадок Сатурна, возможно, кроется в сфере планетарной динамики, где моделирование гравитационных взаимодействий реконструирует прошлое (и будущее) того, что мы наблюдаем сегодня.Или ответ может основываться на лабораторных исследованиях высокоскоростных столкновений между темной пылью и ледяными частицами, чтобы определить, как именно пыль окрашивает лед. Это может означать пересмотр предположений о том, насколько велика вероятность судьбоносной встречи кометы с Сатурном. Или может потребоваться более подробный анализ покрытых кратерами поверхностей свиты внутренних спутников Сатурна, чтобы лучше узнать их истинный возраст, возможно, с помощью другого космического корабля, отправленного для путешествия по окрестностям планеты.

«Эта старая идея о том, что кольца древние и постоянно подвергались бомбардировке загрязняющими материалами, такая же, как мы видим сегодня? Эта идея не сработает, — говорит Ларри Эспозито из Университета Колорадо в Боулдере.«Но какой возможный механизм мог образовывать кольца так недавно? Никакая существующая теория не является удовлетворительной ».

Насколько велик Сатурн? — Объяснение диаметра, массы и объема

Сатурн, шестая планета Солнечной системы, является второй по величине. Только Юпитер больше, его вес почти в три раза больше. Красивые кольца Сатурна, видимые даже в недорогой телескоп, делают его фаворитом на ночном небе.

Сатурн и три луны, Тетис, Диона и Рея, замеченные космическим кораблем «Вояджер» 4 августа 1982 года с расстояния 13 миллионов миль.(Изображение предоставлено NASA / JP)

Диаметр, радиус и окружность Сатурна

Средний радиус тела Сатурна составляет 36 184 мили (58 232 км). Однако планета-гигант быстро вращается, завершая «день» чуть более чем за десять с половиной часов. Быстрое вращение способствует небольшому сглаживанию планеты на полюсах и выпуклости на экваторе. Все газовые гиганты в Солнечной системе имеют одинаковую форму сплюснутого сфероида, но на Сатурне это состояние наиболее выражено: полярный радиус (33 780 миль, или 54 364 км) составляет лишь около 90 процентов от экваториального радиуса ( 37 449 миль или 60 268 км).

Прогулка вокруг экватора Сатурна унесет вас на 227 349 миль (365 882 км). Это более чем в девять раз превышает расстояние, которое вам могло бы пройти подобное путешествие вокруг Земли. Конечно, такая прогулка будет сложной задачей, поскольку Сатурн почти полностью состоит из водорода и гелия и не имеет твердой поверхности.

Плотность, масса и объем

Средняя плотность Сатурна составляет 0,687 грамма на кубический сантиметр, что делает его единственной планетой в солнечной системе менее плотной, чем вода.Масса планеты в кольце составляет 5,68 x 10 26 килограмма, что в 95 раз больше массы Земли. Хотя масса планеты составляет лишь треть массы Юпитера, она примерно на 80 процентов больше, что способствует ее низкой плотности.

Кольцо вокруг планеты

Хотя некоторые другие планеты могут похвастаться кольцами, кольца Сатурна самые большие и визуально потрясающие. Находящиеся в равновесии вокруг экватора, кольца начинаются на расстоянии около 4120 миль (6630 км) от планеты и простираются на расстояние в 262 670 миль (422 730 км), что в восемь раз превышает радиус планеты.Пять колец состоят в основном из кусков водяного льда, смешанных с кусками камней. В среднем они имеют толщину 66 футов (20 метров). [Удивительное видео Сатурна, сшитое из старых фотографий НАСА]

— Нола Тейлор Редд, автор SPACE.com

По теме:

Почему мы все еще обсуждаем возраст колец Сатурна?

Кольца Сатурна — одна из самых ярких звездных фигур в нашей солнечной системе. Зонды «Пионер» и «Вояджер» впервые позволили нам рассмотреть нас крупным планом. Совсем недавно миссия НАСА «Кассини» потратила более десяти лет на изучение их и планеты, которую они окружают, прежде чем в конечном итоге совершить погружение между планетой и ее кольцами, чтобы провести самые подробные измерения на сегодняшний день.

Но, несмотря на все, что мы узнали о кольцах, остается множество вопросов без ответов. Главный из них — один из самых простых, который вы можете спросить: сколько лет кольцам Сатурна?



Принесите вселенную к вашей двери. Мы рады объявить о выпуске новой коробки подписки Space and Beyond для журнала Astronomy — ежеквартального приключения, в каждой коробке которого есть коллекция на тему астрономии. Узнать больше >>
Хитрый бизнес
Астрономам сложно измерить возраст. Исследователи должны прийти к этому ответу косвенно, — путем измерения других свойств, таких как масса, цвет или состав, а затем сделать вывод, что эти свойства означают для возраста колец.

Эти оценки сильно разнятся. Это потому, что они зависят от сделанных измерений и предположений, сделанных в процессе, поэтому споры о том, продолжают ли бушевать кольца Сатурна.

Вот что мы действительно знаем на основе прямого измерения : в целом кольца Сатурна весят около 33 миллионов триллионов фунтов (15 миллионов триллионов килограммов), или 40 процентов массы его луны шириной 250 миль (400 километров). Мимас. Они состоят в основном из чистого водяного льда — около 95 процентов льда и только около 5 процентов горных пород и металлов. Со временем они распространились и даже осыпали Сатурн дождем.

Чтобы оценить возраст колец, исследователи пытаются выяснить, что именно изменило их первоначальный вид на то, как они выглядят сегодня.Поскольку частицы внутри колец сталкиваются и гравитационно влияют друг на друга, кольца должны расширяться до тех пор, пока они практически не исчезнут. Кольца также должны со временем темнеть, поскольку на них падает пыль и метеориты, что влияет на их цвет и яркость.

Итак, измерение массы колец и количества света, которое они отражают, должно дать исследователям хорошую отправную точку для оценки их возраста.

Старый или молодой?
Некоторые модели помещают кольца в основном в возраст Солнечной системы, утверждая, что они, вероятно, образовались вместе с Сатурном и всегда были там.В конце концов, ученые уже несколько десятилетий знают, что они довольно массивны. Расчеты показывают, что для их формирования после планеты, а не вместе с ней, необходимо полное разрушение луны размером с Мимас или проходящей мимо кометы — редкое и маловероятное событие.

С другой стороны, кольца все еще есть. Некоторые исследователи ожидают, что даже с учетом их массы, они рассеялись бы и отстаивали бы молодой возраст. И, судя по наблюдениям за цветом, кольца Сатурна кажутся молодыми. Они относительно яркие и отражают большую часть падающего на них света, поэтому они не выглядят такими загрязненными (темными), как ожидаются более старые кольца. Основываясь на этой информации, некоторые исследователи считают, что кольца намного моложе: где-то от 100000 до 1 миллиарда лет.

Но есть и дополнительные проблемы. В конце концов, что, если кольца старые и образованы вместе с планетой, но исследователи просто переоценивают, как быстро они должны рассеяться? Или, может быть, их омолаживают или обновляют, чтобы они выглядели молодыми и свежими, несмотря на свой возраст. Новые исследования снова предполагают, что кольца старые, и факторы, которые ранее игнорировались или неизвестны, могут «очищать» их, чтобы они выглядели ярче и моложе.

Тайна неразгаданная
Итак, в этом суть дебатов в наши дни: действительно ли кольца молодые, или есть какие-то процессы, которые заставляют их выглядеть молодо? Все зависит от того, как исследователи моделируют процессы в солнечной системе и эволюцию колец во времени, например, как быстро космическая пыль загрязняет кольца и насколько эффективны процессы, которые их обновляют.

Это может показаться неразрешимой проблемой, но у астрономов есть надежда. Астроном из Юго-Западного исследовательского института Люк Донес, соавтор некоторых из последних исследований, еще раз доказывающих существование старых колец, заявил в своем заявлении: «Определить возраст колец не невозможно, но для этого нам понадобится будущая миссия к Сатурну, которая проводит долгий и напряженный период изучения самих колец, а также отношений между ними и газовым гигантом.”

Твоя эпоха в иных мирах

Хотите растопить те годы? Путешествуйте на внешнюю планету!


Для этой страницы требуется браузер с поддержкой Javascript

ДЕЛАТЬ И УВЕДОМЛЕНИЕ

  • Впишите дату своего рождения ниже в указанном месте. (Обратите внимание, что год необходимо вводить как 4-значное число!)
  • Щелкните по кнопке «Рассчитать».
  • Обратите внимание, что ваш возраст в других мирах автоматически подставится.Заметьте, что Ваш возраст разный в разных мирах. Обратите внимание, что ваш возраст в днях сильно различается.
  • Обратите внимание, когда будет ваш следующий день рождения в каждом мире. Приведенная дата является «земной датой».
  • Вы можете щелкнуть изображения планет, чтобы получить дополнительную информацию о них с невероятного веб-сайта Билла Арнетта «Девять планет».

ЧТО ПРОИСХОДИТ?

Дни (и годы) нашей жизни

Взглянув на цифры выше, вы сразу заметите, что вы разного возраста на разных планетах.Это поднимает вопрос о том, как мы определяем измеряемые промежутки времени. Что такое день? Что такое год?

Земля в движении. Собственно, сразу несколько разных движений. Есть два, которые нас особенно интересуют. Сначала Земля вращается на вокруг своей оси, как волчок. Во-вторых, Земля вращается на вокруг Солнца, как трос на конце веревки, огибающей центральный полюс.

Вращение Земли вокруг своей оси на в виде вершины — это то, как мы определяем день. Время, за которое Земля совершает оборот от полудня до следующего полудня, мы определяем как один день. Далее мы делим этот период времени на 24 часа, каждый из которых делится на 60 минут, каждая из которых разбита на 60 секунд. Нет никаких правил, которые управляют скоростью вращения планет, все зависит от того, сколько «вращения» было в исходном материале, который пошел на формирование каждой из них. Гигантский Юпитер имеет много оборотов, один раз поворачиваясь вокруг своей оси каждые 10 часов, в то время как Венере требуется 243 дня, чтобы один раз повернуться.

Оборот Земли на вокруг Солнца на — это то, как мы определяем год. Год — это время, за которое Земля совершает один оборот — немногим более 365 дней.

В начальной школе мы все узнаем, что планеты движутся вокруг Солнца с разной скоростью. Земля совершает один оборот за 365 дней, а ближайшая планета Меркурий — всего за 88 дней. У бедного, тяжеловесного и далекого Плутона на один оборот уходит целых 248 лет. Ниже представлена ​​таблица со скоростями вращения и скоростью вращения всех планет.

Планета Период вращения Период обращения
Меркурий 58,6 сут 87.97 сут
Венера 243 дня 224,7 сут
Земля 0.99 дней 365.26 сут
Марс 1.03 сут 1,88 года
Юпитер 0,41 сут 11,86 года
Сатурн 0,45 сут 29,46 года
Уран 0.72 дня 84,01 года
Нептун 0,67 сут 164,79 года
Плутон 6. 39 сут 248,59 года

Почему огромная разница в сроках? Нам нужно вернуться во времена Галилея, за исключением того, что мы собираемся смотреть не на его работы, а на работы одного из его современников, Иоганна Кеплера (1571-1630).


Иоганн Кеплер
Тихо Браге

Кеплер недолго работал с великим датским астрономом-наблюдателем Тихо Браге. Тихо был отличным и чрезвычайно точным наблюдателем, но у него не было математических способностей для анализа всех собранных данных. После смерти Тихо в 1601 году Кеплер смог получить наблюдения Тихо. Наблюдения Тихо за движением планет были самыми точными на то время (до изобретения телескопа!).Используя эти наблюдения, Кеплер обнаружил, что планеты не движутся по кругу, как учили 2000 лет «Натурфилософии». Он обнаружил, что они движутся по эллипсу. Эллипс — это своего рода сжатый круг с коротким диаметром («малая ось») и более длинным диаметром («большая ось»). Он обнаружил, что Солнце находится в одном «фокусе» эллипса (есть два «фокуса», оба расположены на большой оси). Он также обнаружил, что, когда планеты по своим орбитам находятся ближе к Солнцу, они движутся быстрее, чем когда они находятся дальше от Солнца.Много лет спустя он обнаружил, что чем дальше планета находится от Солнца, тем больше времени требуется этой планете, чтобы сделать один полный оборот. Эти три закона, математически сформулированные Кеплером, известны как «Законы Кеплера орбитального движения». Законы Кеплера до сих пор используются для предсказания движения планет, комет, астероидов, звезд, галактик и космических кораблей.

Здесь вы видите планету, движущуюся по очень эллиптической орбите.
Обратите внимание, как он ускоряется, когда находится рядом с Солнцем.

Третий закон Кеплера интересует нас больше всего. В нем точно указано, что период времени, за который планета обращается вокруг Солнца в квадрате, пропорционален среднему расстоянию от Солнца в кубе. Вот формула:

Давайте просто решим для периода, извлекая квадратный корень из обеих частей:

Обратите внимание, что по мере увеличения расстояния от планеты до Солнца период, или время, необходимое для одного обращения по орбите, будет увеличиваться. Кеплер не знал причины этих законов, хотя знал, что это как-то связано с Солнцем и его влиянием на планеты. Исааку Ньютону пришлось ждать 50 лет, чтобы открыть универсальный закон тяготения.

Серьезность ситуации


Исаак Ньютон

Более близкие планеты вращаются быстрее, более далекие планеты вращаются медленнее. Почему? Ответ заключается в том, как работает гравитация. Сила тяжести — это мера притяжения между двумя телами.Эта сила зависит от нескольких вещей. Во-первых, это зависит от массы Солнца и от массы рассматриваемой планеты. Чем тяжелее планета, тем сильнее притяжение. Если вы удвоите массу планеты, гравитация притянет ее вдвое сильнее. С другой стороны, чем дальше планета от Солнца, тем слабее притяжение между ними. Сила довольно быстро ослабевает. Если удвоить расстояние, сила составит одну четверть. Если вы утроите расстояние, сила упадет до одной девятой. В десять раз больше расстояния, в одну сотую больше.Видите узор? Сила спадает с квадратом и расстояния. Если мы представим это уравнением, это будет выглядеть так:

Две буквы «М» сверху — это масса Солнца и масса планеты. Буква «r» ниже — это расстояние между ними. Массы указаны в числителе, потому что сила увеличивается, если они становятся больше. Расстояние указано в знаменателе, потому что сила уменьшается с увеличением расстояния. Учтите, что сила никогда не обращается в ноль, как бы далеко вы ни путешествовали.Знание этого закона поможет вам понять, почему планеты движутся быстрее, когда они приближаются к Солнцу — они притягиваются с большей силой и быстрее вращаются!


ССЫЛКИ


© 2000 Рон Хипшман

Исследователи говорят, что возраст колец Сатурна сложно определить

Кольца Сатурна. Предоставлено: NASA / JPL-Caltech / Институт космических наук.

Группа исследователей возродила дискуссию о возрасте колец Сатурна, проведя исследование, согласно которому кольца датируются, как наиболее вероятно, сформировавшимися в начале Солнечной системы.

В статье, опубликованной сегодня в журнале Nature Astronomy и представленной на совместном совещании EPSC-DPS 2019 в Женеве, авторы предполагают, что процессы, которые преимущественно выбрасывают пылевой и органический материал из колец Сатурна, могут сделать кольца намного моложе, чем они сами. на самом деле.

Пикирование

Кассини сквозь кольца во время грандиозного финала миссии в 2017 году предоставило данные, которые были интерпретированы как свидетельство того, что кольца Сатурна сформировались всего несколько десятков миллионов лет назад, примерно в то время, когда динозавры ходили по Земле.Измерения силы тяжести, проведенные во время погружения, дали более точную оценку массы колец, которые состоят более чем на 95 процентов из водяного льда и менее чем на 5 процентов из камней, органических материалов и металлов. Затем оценка массы использовалась для определения того, как долго чистейший лед колец будет подвергаться воздействию пыли и микрометеоритов, чтобы достичь уровня других «загрязнителей», который мы наблюдаем сегодня.

Для многих это раскрыло тайну возраста колец. Однако Аурелиен Крида, ведущий автор нового исследования, считает, что этот спор еще не окончен.

«Мы не можем напрямую измерить возраст колец Сатурна, как колец на пне, поэтому мы должны вывести их возраст из других свойств, таких как масса и химический состав. Недавние исследования сделали предположение, что поток пыли постоянен, масса колец постоянна, и что кольца удерживают весь загрязняющий материал, который они получают. Тем не менее, все еще существует большая неопределенность во всех этих точках, и, принимая во внимание другие результаты миссии Кассини, мы полагаем, что существует веские доказательства того, что кольца намного, намного старше «, — сказал д-р.Крида, Обсерватория Лазурного берега, CNRS.

Изображение Сатурна, сделанное Кассини. Предоставлено: NASA / JPL-Caltech / Институт космических наук.

Крида и его коллеги утверждают, что масса, измеренная во время финала миссии Кассини, чрезвычайно хорошо согласуется с моделями динамической эволюции массивных колец, восходящих к изначальной Солнечной системе.

Кольца состоят из частиц и блоков размером от метров до микрометров.Вязкие взаимодействия между блоками заставляют кольца растягиваться и уносить материал, как ленточный конвейер. Это приводит к потере массы с самого внутреннего края, где частицы падают на планету, и с внешнего края, где материал пересекает внешнюю границу, в область, где начинают формироваться луны и спутники.

Более массивные кольца быстрее распространяются и быстрее теряют массу.Модели показывают, что независимо от начальной массы колец, кольца имеют тенденцию сходиться к массе, измеренной Кассини, примерно через 4 миллиарда лет, что соответствует временной шкале образования Солнечной системы.

«Исходя из нашего нынешнего понимания вязкости колец, масса, измеренная во время Гранд Финала Кассини, была бы естественным продуктом нескольких миллиардов лет эволюции, что весьма привлекательно. Следует признать, что ничто не запрещает кольцам образоваться совсем недавно с эта точная масса и с тех пор почти не изменилась.Однако это было бы совпадением, — сказал доктор Крида.

Соавтор Сян-Вэнь Сюй был частью команды, которая в октябре 2018 года объявила результаты анализа космической пыли Cassini, которые показали, что 600 кг силикатных зерен падают на Сатурн из колец каждую секунду. Другие исследования с использованием данных ионного и нейтрального масс-спектрометра Кассини показали присутствие в верхних слоях атмосферы Сатурна органических молекул, которые, как считается, происходят из колец.

Доктор Хсу из Лаборатории космической и атмосферной физики в Боулдере, штат Колорадо, сказал: «Эти результаты предполагают, что кольца« очищаются »от загрязняющих веществ.Природа этого потенциального процесса очистки колец до сих пор остается загадкой. Однако наше исследование показывает, что возраст воздействия не обязательно связан с возрастом образования, поэтому кольца могут казаться искусственно молодыми ».


Изображение: Ночь в день на кольцах Сатурна
Дополнительная информация: Орелиен Крида и др.Действительно ли кольца Сатурна молодые ?, Nature Astronomy (2019). DOI: 10.1038 / s41550-019-0876-y Aurélien Crida et al. Действительно ли кольца Сатурна молодые ?, Nature Astronomy (2019). DOI: 10.1038 / s41550-019-0876-у

Предоставлено Общество EuroPlanet

Ссылка : Исследователи говорят, что возраст колец Сатурна определить сложно (2019, 17 сентября) получено 19 февраля 2021 г. с https: // физ.org / news / 2019-09-age-saturn-hard.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Сколько лет кольцам Сатурна? — Ответы на новости

Ученые-натуралисты расходятся во мнениях относительно возраста колец Сатурна.В 2017 году космический аппарат НАСА «Кассини» запланировал столкновение с планетой. Данные, которые он предоставил, были интерпретированы как свидетельство того, что нетронутые кольца Сатурна сформировались всего 200 миллионов лет назад в эволюционной шкале времени нашей Солнечной системы. Но новое исследование не соглашается. В нем говорится, что «процессы, которые преимущественно выбрасывают пыль и органический материал из колец Сатурна, могут сделать кольца намного моложе, чем они есть на самом деле». В этом исследовании говорится, что кольцам 4,5 миллиарда лет.

Так сколько именно лет кольцам Сатурна? Исходя из Слова Божьего, мы знаем, что ни одна из вышеперечисленных дат неверна!

Кольца Сатурна состоят из миллиардов частиц пыли, камней и льда, которые вращаются вокруг планеты вместе. Каждое кольцо вращается вокруг планеты с разной скоростью и достаточно стабильно и уникально, поэтому каждое кольцо и промежутки между ними имеют собственное имя. И мы можем видеть эти кольца только с Земли, потому что Сатурн имеет наклонную ось.

Как образовались эти красивые кольца? Что ж, эволюционисты считают, что они образовались из астероидов, врезавшихся в планету или ее луны, образуя круг обломков. Или, возможно, сильные приливные силы Сатурна разорвали спутник на части. Но данные Кассини показали, что гравитационное притяжение этих колец слишком мало для того, чтобы они просуществовали миллиарды лет, и что они также слишком чисты для этого возраста.Кольца чистые и красивые.

Кольца не указывают на миллиарды лет и случайные процессы. Они указывают на творческую работу Бога.

Кольца не указывают на миллиарды лет и случайные процессы. Они указывают на творческую работу Бога. Причина, по которой эти кольца до сих пор остаются такими первозданными, заключается в том, что они были созданы Богом всего 6000 лет назад, в четвертый день недели творения. Ученым-натуралистам трудно объяснить эти кольца, потому что они образовались не естественным путем — они были созданы Богом, чтобы показать Его славу.

Помните, безошибочное описание происхождения Бога в Бытии никогда не менялось и никогда не изменится. Ошибочные представления человека о своем происхождении постоянно меняются!

Узнайте больше о Сатурне и возрасте кольца Сатурна в этой статье журнала Answers «Сатурн — жемчужина в витрине Создателя».

Получите больше ответов в ответах Новости

Этот вопрос обсуждался в понедельник на сайте Answers News с коллегами Боди Ходжем и постоянным гостем Роджером Паттерсоном. Answers News — это наша еженедельная программа новостей, которая снимается в прямом эфире перед студийной аудиторией здесь, в Музее сотворения, и транслируется на моей странице в Facebook и странице Answers in Genesis в Facebook. Мы также рассмотрели следующие темы:

Посмотрите весь выпуск Answers News за 30 сентября 2019 г.

Присоединяйтесь к нам каждый понедельник в 14:00. (ET) на моей странице в Facebook или на странице Answers in Genesis в Facebook для Answers News . Вы не захотите пропустить эту уникальную новостную программу, которая знакомит с новостями науки и культуры с отчетливо библейской и христианской точек зрения.

Спасибо, что заглянули, и спасибо за молитву,
Кен

Этот предмет был написан при содействии исследовательской группы AiG.