Реферат на тему планета сатурн на українській мові

Обновлено: 07.07.2024

Сатурн (астрономический знак H), планета, среднее расстояние от Солнца 9,54 а. е., период обращения 29,46 года, период вращения на экваторе (облачный слой) 10,2 ч, экваториальный диаметр 120 660 км, масса 5,68·10 26 кг, имеет 17 спутников, в состав атмосферы входят СН₄, Н₂, Не, NН₃. У Сатурна обнаружены радиационные пояса. Сатурн -планета, имеющая кольца.

Сатурн , шестая от Солнца, вторая по размерам после Юпитера большая планета Солнечной системы; относится к планетам-гигантам.

Движение, размеры, форма

Эллиптическая орбита Сатурна имеет эксцентриситет 0,0556 и средний радиус 9,539 а. е. (1427 млн. км). Максимальное и минимальное расстояния от Солнца равны приблизительно 10 и 9 а. е. Расстояния от Земли меняются от 1,2 до 1,6 млрд. км. Наклон орбиты планеты к плоскости эклиптики 2°29,4. Угол между плоскостями экватора и орбиты достигает 26°44. Сатурн движется по своей орбите со средней скоростью 2,64 км/с; период обращения вокруг Солнца составляет 29,46 земных лет.

Планета не имеет четкой твердой поверхности, оптические наблюдения затрудняются непрозрачностью атмосферы. Для экваториального и полярного радиусов приняты значения 60 тыс. км и 53,5 тыс. км. Средний радиус Сатурна в 9,1 раз больше, чем у Земли. На земном небе Сатурн выглядит как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звездной величины. Масса Сатурна составляет 5,68 · 1026 кг, что в 95,1 раз превосходит массу Земли; при этом средняя плотность Сатурна, равная 0,68 г/см3, почти на порядок меньше, чем плотность Земли. Ускорение свободного падения у поверхности Сатурна на экваторе равно 9,06 м/с2.

Поверхность Сатурна (облачный слой), как и Юпитера, не вращается как единое целое. Тропические области в атмосфере Сатурна обращаются с периодом 10 ч 14 мин земного времени, а на умеренных широтах этот период на 26 мин больше.

Строение планеты

У Сатурна, как и у Юпитера, имеется очень плотная атмосфера. На верхней границе его облачного покрова, заметно мало деталей и контраст их с окружающим фоном невелик. Этим Сатурн отличается от Юпитера, где присутствует множество контрастных деталей в виде темных и светлых полос, волн, узелков, свидетельствующих о значительной активности его атмосферы.

Установлено, что скорости ветров на Сатурне даже выше, чем на Юпитере: на экваторе 1700 км/ч. Число облачных поясов больше, чем на Юпитере, и достигают они более высоких широт. Таким образом, снимки облачности демонстрируют своеобразие атмосферы Сатурна, которая даже активнее юпитерианской. Метеорологические явления на Сатурне происходят при более низкой температуре, нежели в земной атмосфере. Температура планеты на уровне верхней границы облачного покрова, где давление равно 0,1 атм., составляет всего -188о С. Интересно, что за счет нагревания одним Солнцем даже такой температуры получить нельзя. Расчет показывает: в недрах Сатурна имеется свой собственный источник тепла, поток от которого в 2,5 раза больше, чем от Солнца. Сумма этих двух потоков и дает наблюдаемую температуру планеты.

Космические аппараты подробно исследовали химический состав надоблачной атмосферы Сатурна. В основном она состоит почти на 89% из водорода. На втором месте гелий - около 11% . Отметим, что в атмосфере Юпитера его 19%. Дефицит гелия на Сатурне объясняют гравитационным разделением гелия и водорода в недрах планеты: гелий, который тяжелее, постепенно оседает на большие глубины. Другие газы в атмосфере - метан, аммиак, этан, ацетилен, фосфин - присутствуют в малых количествах. Метан при столь низкой температуре находится в основном в капельно-жидком состоянии. Он образует облачный покров Сатурна. Что касается малого контраста деталей, видимых в атмосфере Сатурна, то причины этого явления пока еще не вполне ясны. Было высказано предположение, что в атмосфере взвешена ослабляющая контраст дымка из мельчайших твердых частиц. Но наблюдения "Вояджера-2" опровергают это: темные полосы на поверхности планеты оставались резкими и ясными до самого края диска Сатурна, тогда как при наличии дымки они бы к краям замутнялись из-за большого количества частиц перед ними.

По своему внутреннему строению Сатурн схож с Юпитером. Предполагается, что оболочка планеты состоит из жидкого водорода, который по мере продвижения к центру планеты переходит из жидкого в металлическое состояние. В центре планеты располагается железокремниевое ядро, с примесью льдов из метана, аммиака и воды.

Сатурн окружен кольцами, которые хорошо видны в телескоп в виде "ушек" по обе стороны диска планеты. Они были замечены еще Галилеем в 1610 году. Кольца Сатурна - одно из самых удивительных и интересных образований в Солнечной системе. Плоская система колец опоясывает планету вокруг экватора и нигде не соприкасается с поверхностью. В кольцах разделяются три основные концентрические зоны, разграниченные узкими щелями: внешнее кольцо А, среднее В (наиболее яркое), внутреннее кольцо С, довольно прозрачное, "креповое", внутренний край его не резкий. Наиболее близкие к планете слабо различимые части внутреннего кольца обозначаются символом D. Обнаружено также существование практически прозрачного самого внешнего кольца D. Сквозь все кольца Сатурна просвечивают звезды. Кольца вращаются вокруг Сатурна, причем скорость движения внутренних частей больше, чем наружных. Кольца Сатурна не сплошные, а представляют собой плоскую систему из бесконечного количества мелких спутников планеты. Плоскость колец практически совпадает с плоскостью экватора Сатурна и имеет постоянный наклон к плоскости орбиты, равный приблизительно 27о . В зависимости от положений планеты на орбите мы видим кольца то с одной, то с другой стороны. Полный цикл изменения их вида завершается в течение 29,46 лет - таков период обращения Сатурна вокруг Солнца. Время от времени кольца на короткий срок перестают быть видимыми в телескопы средних размеров. Это происходит когда плоскость колец проходит точно через Солнце и боковая поверхность оказывается лишенной яркого освещения, либо когда кольца бывают обращены к наблюдателю "ребром" и выглядят как чрезвычайно тонкая полоска, видимая только в крупнейшие телескопы. Толщина колец, по современным данным, около 3,5 км. Она очень мала по сравнению с их диаметром, который по наружному краю кольца А составляет 275 тыс. км. Размеры частиц не определены окончательно. Радиоастронометрические наблюдения свидетельствуют о наличии в кольцах множества частиц размером не менее нескольких сантиметров. Не исключена возможность присутствия в кольцах Сатурна еще более крупных частиц, так же как и пыли. Инфракрасные спектры колец Сатурна напоминают спектры водяного инея. Однако в других частях спектра позднее была обнаружена особенность, не характерная для чистого льда.

Кроме колец, у Сатурна известно 17 спутников. Это - Атлас, Прометей, Пандора, Эпиметей, Янус, Мимас, Энцелад, Тефия, Телесто, Калипсо, Диона, Елена, Рея, Титан, Гиперон, Япет, Феба. Все спутники Сатурна, кроме Фебы, обращаются в прямом направлении. Феба движется по орбите с довольно большим эксцентриситетом в обратном направлении.

До полетов космических аппаратов к Сатурну было известно 10 спутников планеты, сейчас мы знаем 17. Новые семь спутников весьма малы, но, тем не менее, некоторые из них оказывают серьезное влияние на динамику системы Сатурна. Таков, например, маленький спутник - Атлас, движущийся у внешнего края кольца А, он не дает частицам кольца выходить за пределы этого края. Титан является вторым по величине спутником в Солнечной Системе. Его радиус равен 2575 км. Его масса составляет 0,022 массы Земли, а средняя плотность 1,881 г/см3. Это единственный спутник, обладающий значительной атмосферой, причем его атмосфера плотнее, чем у любой из планет земной группы, исключая Венеру. Титан подобен Венере еще и тем, что у него имеются глобальная дымка и даже небольшой тепличный подогрев у поверхности. В его атмосфере, вероятно, имеются метановые облака, но это твердо не установлено. Хотя в инфракрасном спектре преобладают метан. Молекула метана состоит из одного атома углерода и четырех атомов водорода. Но углеродные атомы легко соединяются друг с другом в других различных сочетаниях, которые умеют привлекать к себе разное число атомов водорода. Поэтому весьма возможно присутствие в атмосфере Титана и таких газов, как этан, этилен и ацетилен, хотя и в небольших количествах. Такие сложные виды углеводородов скорее, чем метан, становятся жидкими. Поэтому можно себе представить на поверхности Титана целые углеводородные моря.

Несколько десятилетий назад заметили, что свет, приходящий к нам от Титана, имеет желтоватый оттенок. Затем Копер уточнил: оранжевый. Этот цвет присущ более сложным, чем метан, углеводородам.

Но основным компонентом атмосферы является азот, который проявляется в сильных УФ-эмиссиях. Верхняя атмосфера весьма близка к изотермическому состоянию на всем пути от стратосферы до экзосферы, а температура на поверхности с точностью до нескольких градусов одинакова по всей сфере и равна 94 К.

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА САТУРНА

До тех пор, пока первые космические аппараты не достигли Сатурна, наблюдательных данных о его магнитном поле не было вообще. но из наземных радиоастрономических наблюдений явствовало, что Юпитер обладает мощным магнитным полем. Об этом свидетельствовало нетепловое радиоизлучение на дециметровых волнах, источник которого оказался больше видимого диска планеты, причем он вытянут вдоль экватора Юпитера симметрично по отношению к диску. Такая геометрия, а также поляризованность излучения свидетельствовали о том, что наблюдаемое излучение магнитно-тормозное и источник его - электроны, захваченные магнитным полем Юпитера и населяющие его радиационные пояса, аналогичные радиационным поясам Земли. Полеты к Юпитеры подтвердили эти выводы. Поскольку Сатурн весьма сходен с Юпитером по своим физическим свойствам, астрономы предположили, что достаточно заметное магнитное поле есть и у него. Отсутствие же у Сатурна наблюдаемого с Земли магнитно-тормозного радиоизлучения объясняли влиянием колец. Эти предложения подтвердились. Еще при подлете "Пионера-11" к Сатурну его приборы зарегистрировали в около планетном пространстве образования, типичные для планеты,обладающей ярко выраженным магнитным полем: головную ударную волну, границу магнитосферы (магнитопаузу), радиационные пояса (Земля и Вселенная, 1980, N2, с.22-25 Ред.). В целом магнитосфера Сатурна весьма сходна с земной, но, конечно, значительно больше по размерам. Внешний радиус магнитосферы Сатурна в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса планеты, а расстояние до ударной волны - 26 радиусов. Для сравнения можно напомнить, что внешний радиус земной магнитосферы в подсолнечной точке около 10 земных радиусов. Так что даже по относительным размерам магнитосфера Сатурна превосходит земную более чем вдвое. Радиационные пояса Сатурна настолько обширны, что охватывают не только кольца, но и орбиты некоторых внутренних спутников планеты. Как и ожидалось, во внутренней части радиационных поясов, которая "перегорожена" кольцами Сатурна, концентрация заряженных частиц значительно меньше. Причину этого легко понять, если вспомнить, что в радиационных поясах частицы совершают колебательные движения примерно в меридиональном направлении, каждый раз пересекая экватор. Но у Сатурна в плоскости экватора располагаются кольца: они поглощают почти все частицы, стремящиеся пройти сквозь них. В результате внутренняя часть радиационных поясов, которая в отсутствие колец была бы в системе Сатурна наиболее интенсивным источником радиоизлучения, оказывается ослабленной. Тем не менее "Вояджер-1", приблизившись к Сатурну, все же обнаружил нетепловое радиоизлучение его радиационных поясов. В отличие от Юпитера Сатурн излучает в километровом диапазоне длин волн. Заметив, что интенсивность излучения модулирована с периодом 10 ч. 39,4 мин., предположили, что это и есть период осевого вращения радиационных поясов, или, другими словами, период вращения магнитного поля Сатурна. Но тогда это и период вращения Сатурна. В самом деле, магнитное поле Сатурна порождается электрическими токами в недрах планеты, повидимому, в слое, где под влиянием колоссальных давлений водород перешел в металлическое состояние. При вращении этого слоя с той угловой скоростью вращается и магнитное поле. Вследствие большой вязкости вещества внутренних частиц планеты все они вращаются с одинаковым периодом. Таким образом, период вращения магнитного поля - это в то же время период вращения большей части массы Сатурна (кроме атмосферы, которая вращается не как твердое тело).

Кольца Сатурна вблизи

Вояджер 2 получил эти снимки высокого разрешения 22 августа 1981 г. с расстояния 4 миллиона км. Видны многочисленные "спицы" в кольце В, их четкий узкий вид предполагает короткое время их образования. Исследователи думают, что здесь замешаны электромагнитные силы (магнитное поле Сатурна), хотя детальной теории нет.

По наблюдениям, подобные спицы держались в течение двух или трех оборотов колец вокруг планеты. Свежие спицы, похоже, вращаются вокруг планеты с такой же угловой скоростью, как магнитное поле (и ядро) планеты независимо от радиуса орбиты (коротация). Подозревают, что мелкие частицы пыли, которые формируют спицы, электрически заряжены. Тогда они привязаны к магнитному полю. Более старые спицы, которые потеряли заряд, вращаются вместе с кольцами, как положено по закону Кеплера.

При подлете к Сатурну

Этот снимок в натуральном цвете сделан Вояджером 2 с расстояния 21 миллион км 4 августа 1981 г. на подлете к Сатурну.

Снизу видны три ледяных спутника Сатурна (в порядке удаления от планеты): Тефия (диаметр 1050 км), диона (1120 км) и Рея (1530 км) Тень от Тефии видна на южной полусфере Сатурна. Четвертый спутник, Мимас, менее очевиден: он может быть замечен, как светлое пятно на сантиметр выше Тефии у лимба Сатурна. Его тень примерно на два сантиметра выше тени Тефии.

Пока Вояджеры остаются единственными аппаратами исследовавшим эту интереснейшую систему. Сравнительно скоро (Уточнить. ) туда прилетает более совершенный аппарат - Кассини, от которого можно ждать многих сенсационных находок.

Прощальный снимок Сатурна

Вояджер 1 снял Сатурн через 4 дня после пролета планеты, 16 ноября 1980 г., c расстояния 5.3 млн. км. Перспектива планеты и колец уникальна - ее можно наблюдать, только находясь за орбитой Сатурна. Несколько спицеобразных деталей колец видны на этом снимке как светлые пятна. Тень Сатурна падает на кольца, яркий полумесяц планеты виден через все кольца, кроме самых плотных частей.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

на тему: Сатурн

Краткие сведения

Радиус = 60 268 км

Масса = 5,685 х 1023 тонн

Плотность = 0,69 г/см3

Сутки = 10 часов 11 минут

Угол орбиты = 26,73°

Температура = - 150° С

Общие сведения

В античной мифологии Сатурн был божественным отцом Юпитера. Сатурн был богом Времени и Судьбы. Как известно, Юпитер в своем мифическом обличии пошел дальше отца. В Солнечной системе Сатурну отведена также вторая роль среди планет. Сатурн второй как по массе, так и по размерам. Однако он позади многих и многих тел околосолнечного пространства по плотности: она у Сатурна меньше плотности воды (около 700 кг на кубический метр). Известна одна романтическая иллюстрация этого обстоятельства: если бы было возможно где-то создать гигантский водный океан, то Сатурн мог бы в нем плавать

Сатурн, не желая смиряться с отставанием от Юпитера, обзавелся большим числом спутников и, главное, великолепным кольцом, благодаря которому шестая планета серьезно оспаривает первое место в номинации Великолепие. Многие астрономические книги на обложках своих предпочитают иметь именно Сатурн, а не Юпитер. Случайный прохожий наверняка знает о кольцах Сатурна и может ничего не вспомнить о Большом Красном Пятне или Галилеевых спутниках

Сатурн может достигать отрицательной звездной величины в период противостояния планеты. В тот момент, когда пишутся эти строки, Сатурн находится вблизи противостояния 6-го ноября 1999-го года. В эти дни его блеск составил -0,22. В небольшие инструменты легко разглядеть диск и кольцо, если оно хоть чуть развернуто к Земле. Кольцо из-за движения планеты по орбите меняет свою ориентацию по отношению к Земле. Когда плоскость кольца пересекает Землю, даже в средние телескопы рассмотреть его не получается: оно очень тонкое. Последний раз такое происходило летом 1995-го года. После этого кольцо все больше и больше разворачивается к нам, а Сатурн, соответственно становится все ярче и ярче в каждое следующее противостояние. В первый год уже недалекого третьего тысячелетия в день противостояния 3-го декабря Сатурн разгорится до -0,45-й звездной величины. В этот год кольца максимально развернутся к Земле. Не слишком тяжело заметить также и Титан - самый большой спутник планеты, он имеет блеск порядка 8,5-й звездной величины. Из-за малой контрастности, облака Сатурна рассмотреть труднее, чем облачные полосы на Юпитере. Зато легко заметить сжатие планеты у полюсов, которое достигает 1:10

У Сатурна побывало 3 космических аппарата. Эти же АМС предварительно посетили Юпитер: "Пионер 11" и оба "Вояджера"

История открытий

Сатурн был замечен людьми, видимо, позднее таких ярких планет, как Юпитер, Марс и Венера. Но в древней Греции о нем уже знали. Его считали самым далекой из известных планет, то есть не ошибались

Визуальные наблюдения без телескопов не могли привести к серьезным открытиям. И, возможно, Вы уже привыкли к тому, что первенство в астрономических открытиях принадлежит Галилео Галилею, человеку, который первый направил на небо телескоп

Великий труд Кеплера пропал даром. Галилео Галилей расшифровал свое послание миру позднее, также исключив две буквы:

Altissimum planetam tergeminum observavi

("Высочайшую планету тройную наблюдал"). "Высочайшую" значит "самую далекую". Но через несколько лет спутники пропали (догадайтесь, почему). Галилей усомнился в своем собственном открытии. И его, как такового, все же не произошло. Оно состоялось позднее, и прежде чем о нем рассказать, оговорим, что история об этих анаграммах была вычитана в книге Б.А. Воронцова-Вельяминова "Очерки о Вселенной". Книга и впрямь замечательная

Гюйгенс через много лет после невыразительных попыток Галилея во весь голос сообщил:

Aaaaaaa, ccccc, d, eeeee, g, h, iiiiiii, llll, mm, nnnnnnnnn, oooo, pp, q, s, ttttt, uuuuu

Через три года голландский ученый поверил в себя и расшифровал свое открытие:

В середине 20-го века была измерена температура верхних облаков Сатурна: около 100 К

Наконец, в 1979-м году к Сатурну подлетел "Пионер 11", пионер в прямом смысле слова. Он обнаружил магнитосферу планеты, показал тонкую структуру ее кольца

"Вояджеры" (1 и 2) посетили Сатурн с разницей во времени в девять месяцев в ноябре 1980-го и в августе 1981-го годов

Эти три встречи с Сатурном пополнили наши знания и углубили понимание всего, что касается планеты и ее системы. Расширенные наблюдения с небольшого расстояния позволили получить самые качественные изображения Сатурна, его колец и спутников. Некоторые из последних были открыты "Вояджерами". Многое из того, что мы знаем о Сатурне - итог двух исследований "Вояджеров"

В 2004-м году к Сатурну должен подлететь космический аппарат "Кассини", работа которого рассчитана на 4 года. "Кассини" в пути уже с конца 1997-го года. В 1999-м году Кассини вернулся к Земле от. Венеры, совершил, пользуясь гравитацией нашей планеты, необходимый маневр и направился к. Юпитеру, чтобы получить от него последний гравитационный "толчок" в сторону самого Сатурна. Это случилось в декабре 2000-го года

Строение планеты

Атмосфера Сатурна - в основном, водород и гелий. Но из-за особенности образования планеты большая, нежели на Юпитере, часть Сатурна приходится на другие вещества. "Вояджер 1" выяснил, что около 7 процентов объема верхней атмосферы Сатурна - гелий (по сравнению с 11-ю процентами в атмосфере Юпитера), в то время как почти все остальное - водород

Невысокая контрастность цветов на видимом диске Сатурна могла бы быть результатом более сильного смешивания газов в направлении, перпендикулярном экватору, чего не наблюдается в атмосфере Юпитера, на котором полосы облаков различимы даже в 65-мм зрительную трубу с увеличением лишь 60 крат. Такая особенность в атмосфере Сатурна, видимо, связана с особенностями ветров на нем

Ветра на Сатурне очень сильны. Вблизи экватора, "Вояджеры" измерили их скорость: около 500 метров в секунду. Ветра дуют, по большей части, в восточном направлении (напомним, что, как и большинство планет, Сатурн вращается с запада на восток). Сила ветров ослабевает при удалении от экватора. Также, при удалении от экватора, появляется все больше западных течений. Преобладание восточных потоков (по направлению осевого вращения) указывает на то, что ветры не ограничены слоем верхних облаков, они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2 000 километров. Кроме того, измерения "Вояджера 2" показали, что ветра в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора. Есть предположение, что симметричные потоки как-то связаны под слоем видимой атмосферы

Когда "Вояджер 2" был по отношению к Земле за Сатурном, радиолуч прошел через верхнюю атмосферу, позволив измерить ее температуру и плотность. Минимальная температура на Сатурне - 82 Кельвина. Температура возрастает при погружении в атмосферу

"Вояджеры" обнаружили ультрафиолетовое излучение водорода в атмосфере средних широт и полярные сияния на широтах выше 65 градусов. Подобная активность может привести к образованию сложных углеводородных молекул. Полярные сияния средних широт, которые происходят только в освещенных Солнцем областях, возникают по тем же причинам, что и полярные сияния на Земле. Разница лишь в том, что на нашей планете это явление присуще, в значительной части, более высоким широтам.

Сравнение Сатурна и Юпитера

Физические параметры

Температура в средних слоях атмосферы (преимущественно водородной, хотя и предполагается присутствие небольшого количества гелия, аммиака и метана) около 100 К.

По внутреннему строению и составу Сатурн сильно напоминает Юпитер. В частности, на Сатурне в экваториальной области также существует Красное Пятно, хотя оно и меньших размеров, чем на Юпитере.

На две трети Сатурн состоит из водорода. На глубине, примерно равной R/2, то есть половине радиуса планеты, водород при давлении около 300 ГПа переходит в металлическую фазу. По мере дальнейшего увеличения глубины, начиная с R/3, возрастает доля соединений водорода и оксидов. В центре планеты (в области ядра) температура порядка 20000 К.

Движение, размеры, форма

Эллиптическая орбита Сатурна имеет эксцентриситет 0,0556 и средний радиус 9,539 а.е. (1427 млн. км). Максимальное и минимальное расстояния от Солнца равны приблизительно 10 и 9 а.е. Расстояния от Земли меняются от 1,2 до 1,6 млрд. км. Наклон орбиты планеты к плоскости эклиптики 2°29,4'. Угол между плоскостями экватора и орбиты достигает 26°44'. Сатурн движется по своей орбите со средней скоростью 2,64 км/с; период обращения вокруг Солнца составляет 29,46 земных лет.

Планета не имеет четкой твердой поверхности, оптические наблюдения затрудняются непрозрачностью атмосферы. Для экваториального и полярного радиусов приняты значения 60 тыс. км и 53,5 тыс. км. Средний радиус Сатурна в 9,1 раз больше, чем у Земли. На земном небе Сатурн выглядит как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звездной величины. Масса Сатурна составляет 5,68 o 1026 кг, что в 95,1 раз превосходит массу Земли; при этом средняя плотность Сатурна, равная 0,68 г/см3, почти на порядок меньше, чем плотность Земли. Ускорение свободного падения у поверхности Сатурна на экваторе равно 9,06 м/с2.

Поверхность Сатурна (облачный слой), как и Юпитера, не вращается как единое целое. Тропические области в атмосфере Сатурна обращаются с периодом 10 ч 14 мин земного времени, а на умеренных широтах этот период на 26 мин больше.

Магнитосфера

Магнитосфера Сатурна, как и у других планет, определяется внешним давлением солнечного ветра. Когда "Вояджер 2" вошел в магнитосферу планеты, давление солнечного ветра было высоким, и магнитосфера протянулась лишь на 19 радиусов Сатурна (1,1 миллиона километров) в направлении Солнца. Позже, когда "Вояджер" покидал Сатурн, ветер Солнца ослаб, и магнитосфера Сатурна должна была увеличиться на 70%

В отличие от всех других планет, чьи магнитные поля были измерены, поле Сатурна ориентировано так, что ось его симметрии совпадает с осью вращения планеты вокруг оси. Это редкое явление в Солнечной стистеме было открыто еще "Пионером 11" в 1979-м году, и было подтверждено "Вояджерами"

В пределах магнитосферы Сатурна были определены отличающиеся друг от друга пояса. Они разнятся набором частиц, которые удерживаются в этих поясах, и их энергией. Частицы эти поставляются как Солнцем, так и спутниками планеты

Магнитосфера Сатурна излучает радиошумы, зафиксированные "Вояджером 1". Интересно, что когда магнитосферу изучал "Вояджер 2", шумы претерпели изменения и значительно ослабли. Возможно, это связано с сезонными изменениями, активностью Солнца, однако, в тот момент Сатурн также вошел в магнитосферу Юпитера, как известно, раздувающуюся, порою, до таких пределов. И хотя влияние поля Юпитера на таком расстоянии мало, возможно, и он все-таки причастен к изменениям в магнитосфере Сатурна.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

ученицы 11 “1” класса

Карасевой Наталии

АТМОСФЕРА И ОБЛАЧНЫЙ СЛОЙ 4

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА САТУРНА. 5

Список использованной литературы 16

Введение

Сатурн был известен с доисторических времен. Галилей первым наблюдал его в телескоп в 1610 году. Ранние наблюдения Сатурна были усложнены предположением, согласно которому Земля проходит через плоскость колец Сатурна каждые несколько лет, когда Сатурн пересекает ее орбиту. Только в 1659 году Кристиан Гюйгенс правильно вывел геометрию колец. Кольца Сатурна оставались уникальными для Солнечной системы до 1977 года, когда были обнаружены очень слабые кольца вокруг Урана и вскоре после этого вокруг Юпитера и Нептуна.

Первым кораблем, летавшим к Сатурну, был “Pioneer 11” в 1979 году, и позднее – “Voyager 1” и “Voyager 2”. Cassini, который сейчас находится на пути к нему, прибудет туда в 2004 году.

Сатурн

Среднее расстояние от Солнца(9.54ае)

Период вращения (на экваторе)

Скорость движения по орбите

Температура видимой поверхности

Средняя плотность вещества (вода=1)

Сила тяжести на поверхности (Земля=1)

28 (по состоянию на 01.01.2001 г.)

Сатурн, вторая по размеру планета Солнечной системы, представляет собой огромный быстро вращающийся (с периодом 10,23 часа) шар, состоящий преимущественно из жидкого водорода и гелия, окутанный мощным слоем атмосферы. Экваториальный диаметр по верхней границе облачного слоя составляет 120536 км, а полярный - на несколько сотен километров меньше. В атмосфере Сатурна содержится 94% водорода и 6% гелия (по объему). Отметим, что в атмосфере Юпитера его 19%. Дефицит гелия на Сатурне объясняют гравитационным разделением гелия и водорода в недрах планеты: гелий, который тяжелее, постепенно оседает на большие глубины (что, кстати говоря, высвобождает часть энергии, "подогревающей" Сатурн). Другие газы в атмосфере - метан, аммиак, этан, ацетилен, фосфин - присутствуют в малых количествах. Метан при столь низкой температуре ( около -188 С)находится в основном в капельно-жидком состоянии. Он образует облачный покров Сатурна.

АТМОСФЕРА И ОБЛАЧНЫЙ СЛОЙ

Всякий, кто наблюдал планеты в телескоп, знает, что на поверхности Сатурна, то есть на верхней границе его облачного покрова, заметно мало деталей и контраст их с окружающим фоном невелик. Этим Сатурн отличается от Юпитера, где присутствует множество контрастных деталей в виде темных и светлых полос, волн, узелков, свидетельствующих о значительной активности его атмосферы.

Возникает вопрос, действительно ли атмосферная активность Сатурна (например скорость ветра) ниже, чем у Юпитера, или же детали его облачного покрова просто хуже видны с Земли из-за большего расстояния (около 1,5 млрд. км.) и более скудного освещения Солнцем (почти в 3,5 раза слабее освещения Юпитера)?

“Вояджерам” удалось получить снимки облачного покрова Сатурна, на которых отчетливо запечатлена картина атмосферной циркуляции: десятки облачных поясов, простирающихся вдоль параллелей, а также отдельные вихри. Число облачных поясов больше, чем на Юпитере. Таким образом, снимки облачности демонстрируют своеобразие атмосферы Сатурна, которая даже активнее юпитерианской.

В отличие от Юпитера полосы на Сатурне доходят до очень высоких широт - 78 градусов. Гигантское овальное образование размером с Землю, расположенное недалеко от северного полюса, названо Большим Коричневым Пятном, так же обнаружены несколько коричневых пятен меньшего размера. Из-за большей, чем на Юпитере скорости потоков, эти ураганные вихри быстро затухают и перемешиваются с полосами. Скорости зональных ветров в районе экватора достигают 400 - 500 м/с, а на широте 30 градусов - около 100 м/с. Невысокая контрастность цветов на видимом диске Сатурна связана с тем, что из-за низких температур в надоблачной атмосфере Сатурна, где пары аммиака вымораживаются, образуется плотный слой тумана, скрывающего структуру поясов и зон, поэтому на Сатурне они не так четко видны, как на Юпитере.

Метеорологические явления на Сатурне происходят при более низкой температуре, нежели в земной атмосфере. Поскольку Сатурн в 9,5 раз дальше от Солнца, чем Земля, он получает в 9,5 =90 раз меньше тепла. Температура планеты на уровне верхней границы облачного покрова, где давление равно 0,1 атм, составляет всего 85 К, или -188 С. Интересно, что за счет нагревания одним Солнцем даже такой температуры получить нельзя. Расчет показывает: в недрах Сатурна имеется свой собственный источник тепла, поток от которого в 2,5 раза больше, чем от Солнца. Источником внутренней энергии может быть, согласно гипотезе, энергия, выделяемая за счет гравитационной дифференциации вещества, когда более тяжелый гелий медленно погружается в недра планеты. Сумма двух потоков и дает наблюдаемую температуру планеты.

“Вояджеры” обнаружили ультрафиолетовое излучение водорода в атмосфере средних широт и полярные сияния на широтах выше 65 градусов. Подобная активность может привести к образованию сложных углеводородных молекул. Полярные сияния средних широт, которые происходят только в освещенных Солнцем областях, возникают по тем же причинам, что и полярные сияния на Земле. Разница лишь в том, что на нашей планете это явление присуще исключительно более высоким широтам.

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА САТУРНА.

Поскольку Сатурн весьма сходен с Юпитером по своим физическим свойствам, астрономы предположили, что достаточно заметное магнитное поле есть и у него. Отсутствие же у Сатурна наблюдаемого с Земли магнитно-тормозного радиоизлучения объясняли влиянием колец.

Эти предложения подтвердились. Еще при подлете “Пионера-11” к Сатурну его приборы зарегистрировали в около планетном пространстве образования, типичные для планеты, обладающей ярко выраженным магнитным полем: головную ударную волну, границу магнитосферы (магнитопаузу), радиационные пояса (Земля и Вселенная, 1980, N2, с.22-25 - Ред.). В целом магнитосфера Сатурна весьма сходна с земной, но, конечно, значительно больше по размерам. Внешний радиус магнитосферы Сатурна в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса планеты, а расстояние до ударной волны - 26 радиусов. Для сравнения можно напомнить, что внешний радиус земной магнитосферы в подсолнечной точке - около 10 земных радиусов. Так что даже по относительным размерам магнитосфера Сатурна превосходит земную более чем вдвое. Радиационные пояса Сатурна настолько обширны, что охватывают не только кольца, но и орбиты некоторых внутренних спутников планеты. Как и ожидалось, во внутренней части радиационных поясов, которая “перегорожена” кольцами Сатурна, концентрация заряженных частиц значительно меньше. Причину этого легко понять, если вспомнить, что в радиационных поясах частицы совершают колебательные движения примерно в меридиональном направлении, каждый раз пересекая экватор. Но у Сатурна в плоскости экватора располагаются кольца: они поглощают почти все частицы, стремящиеся пройти сквозь них. В результате внутренняя часть радиационных поясов, которая в отсутствие колец была бы в системе Сатурна наиболее интенсивным источником радиоизлучения, оказывается ослабленной. Тем не менее “Вояджер-1”, приблизившись к Сатурну, все же обнаружил нетепловое радиоизлучение его радиационных поясов.

В отличие от Юпитера Сатурн излучает в километровом диапазоне длин волн. Заметив, что интенсивность излучения модулирована с периодом 10ч. 39,4 мин., предположили, что это и есть период осевого вращения радиационных поясов, или, другими словами, период вращения магнитного поля Сатурна. Но тогда это и период вращения Сатурна. В самом деле, магнитное поле Сатурна порождается электрическими токами в недрах планеты, - по-видимому, в слое, где под влиянием колоссальных давлений водород перешел в металлическое состояние. При вращении этого слоя с той угловой скоростью вращается и магнитное поле.

Вследствие большой вязкости вещества внутренних частиц планеты все они вращаются с одинаковым периодом. Таким образом, период вращения магнитного поля - это в то же время период вращения большей части массы Сатурна (кроме атмосферы, которая вращается не как твердое тело).

КОЛЬЦА

С Земли в телескоп хорошо видны три кольца: внешнее, средней яркости кольцо А; среднее, наиболее яркое кольцо В и внутреннее, неяркое полупрозрачное кольцо С, которое иногда называется креповым. Кольца чуть белее желтоватого диска Сатурна. Расположены они в плоскости экватора планеты и очень тонки: при общей ширине в радиальном направлении примерно 60 тыс.км. они имеют толщину менее 3 км. Спектроскопически было установлено, что кольца вращаются не так, как твердое тело, - с расстоянием от Сатурна скорость убывает. Более того, каждая точка колец имеет такую скорость, какую имел бы на этом расстоянии спутник, свободно движущийся вокруг Сатурна по круговой орбите. Отсюда ясно: кольца Сатурна по существу представляют собой колоссальное скопление мелких твердых частиц, самостоятельно обращающихся вокруг планеты. Размеры частиц столь малы, что их не видно не только в земные телескопы, но и с борта космических аппаратов.

Характерная особенность строения колец - темные кольцевые промежутки (деления), где вещества очень мало. Самое широкое из них (3500 км) отделяет кольцо В от кольца А и называется “делением Кассини” в честь астронома, впервые увидевшего его в 1675 году. При исключительно хороших атмосферных условиях таких делений с Земли видно свыше десяти. Природа их, по-видимому, резонансная. Так, деление Кассини - это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг Сатурна ровно вдвое меньше, чем у ближайшего крупного спутника Сатурна - Мимаса. Из-за такого совпадения Мимас своим притяжением как бы раскачивает частицы, движущиеся внутри деления, и и в конце концов выбрасывает их оттуда.

Бортовые камеры “Вояджеров” показали, что с близкого расстояния кольца Сатурна похожи на граммофонную пластинку: они как бы расслоены на тысячи отдельных узких колечек с темными прогалинами между ними. Прогалин так много, что объяснить их резонансами с периодами обращения спутников Сатурна уже невозможно.

Чем же объясняется эта тонкая структура? Вероятно, равномерное распределение частиц по плоскости колец механически неустойчиво. Вследствие этого возникают круговые волны плотности - это и есть наблюдаемая тонкая структура.

Помимо колец А,В и С “Вояджеры” обнаружили еще четыре: D,E,F и G. Все они очень разрежены и потому неярки. Кольца D и E с трудом видны с Земли при особо благоприятных условиях; кольца F и G обнаружены впервые.

Порядок обозначения колец объясняется историческими причинами, поэтому он не совпадает с алфавитным. Если расположить кольца по мере их удаления от Сатурна, то мы получим ряд: D,C,B,A,F,G,E.

Особый интерес и большую дискуссию вызвало кольцо F. К сожалению, вывести окончательное суждение об этом объекте пока не удалось, так как наблюдения двух “Вояджеров” не согласуются между собой. Бортовые камеры “Вояджера-1” показали, что кольцо F состоит из нескольких колечек общей шириной 60 км., причем два из них перевиты друг с другом, как шнурок. Некоторое время господствовало мнение, что ответственность за эту необычную конфигурацию несут два небольших новооткрытых спутника, движущихся непосредственно вблизи кольца F, - один из внутреннего края, другой - у внешнего (чуть медленнее первого, так как он дальше от Сатурна). Притяжение этих спутников не дает крайним частицам уходить далеко от его середины, то есть спутники как бы “пасут” частицы, за что и получили название “пастухов”. Они же, как показали расчеты, вызывают движение частиц по волнистой линии, что и создает наблюдаемые переплетения компонентов кольца. Но “Вояджер-2”, прошедший близ Сатурна девятью месяцами позже, не обнаружил в кольце F ни переплетений, ни каких-либо других искажений формы, - в частности, и в непосредственной близости от “пастухов”. Таким образом, форма кольца оказалась изменчивой. Для суждения о причинах и закономерностях этой изменчивости двух наблюдений, конечно, мало. С Земли же наблюдать кольцо F современными средствами невозможно - яркость его слишком мала. Остается надеяться, что более тщательное исследование полученных “Вояджерами” снимков кольца прольет свет на эту проблему.

Кольцо D - ближайшее к планете. Видимо, оно простирается до самого облачного шара Сатурна. Кольцо E - самое внешнее. Крайне разряженное, оно в то же время наиболее широкое из всех - около 90 тыс.км. Величина зоны, которую оно занимает, от 3,5 до 5 радиусов планеты. Плотность вещества в кольце E возрастает по направлению к орбите спутника Сатурна Энцелада. Возможно, Энцелад - источник вещества этого кольца.

Частицы колец Сатурна, вероятно, ледяные, покрытые сверху инеем. Это было известно еще из наземных наблюдений, и бортовые приборы космических аппаратов лишь подтвердили правильность такого вывода. Размеры частиц главных колец оценивались из наземных наблюдений в пределах от сантиметров до метров (естественно, частицы не могут быть одинаковыми по величине: не исключается также, что в разных кольцах типичный поперечник частиц различен).

Когда “Вояджер-1” проходил вблизи Сатурна, радиопередатчик космического аппарата последовательно пронизывал радиолучом не волне 3,6 см. кольцо А, деление Кассини и кольцо С. Затем радиоизлучение было принято на Земле и подверглось анализу. Удалось выяснить, что частицы указанных зон рассеивают радиоволны преимущественно вперед, хотя и несколько по-разному. Благодаря этому оценили средний поперечник частиц кольца А в 10 м, деления Кассини - в 8 м и кольца С - в 2 м.

Сильное рассеяние вперед, но на этот раз в видимом свете, обнаружено у колец F и E. Это означает наличие в них значительного количества мелкой пыли (поперечник пылинки около десятитысячных долей миллиметра).

В кольце В обнаружили новый структурный элемент - радиальные образования, получившие названия “спиц” из-за внешнего сходства со спицами колеса. Они также состоят из мелкой пыли и расположены над плоскостью кольца. Не исключено, что “спицы” удерживаются там силами электростатического отталкивания. Любопытно отметить: изображения “спиц” были найдены на некоторых зарисовках Сатурна, сделанных еще в прошлом веке. Но тогда никто не придал им значения.

Исследуя кольца, “Вояджеры” обнаружили неожиданным эффект - многочисленные кратковременные всплески радиоизлучения, поступающего от колец. Это не что иное, как сигналы от электростатических разрядов - своего рода молнии. Источник электризации частиц, по-видимому, столкновения между ними.

Кроме того, была открыта окутывающая кольца газообразная атмосфера из нейтрального атомарного водорода. “Вояджерами” наблюдалась линия Лайсан-альфа (1216 А) в ультрафиолетовой части спектра. По ее интенсивности оценили число атомов водорода в кубическом сантиметре атмосферы. Их оказалось примерно 600. Нужно сказать, некоторые ученые задолго до запуска к Сатурну космических аппаратов предсказывали возможность существования атмосферы у колец Сатурна.

“Вояджерами” была также сделана попытка измерить массу колец. Трудность состояла в том, что масса колец по крайней мере в миллион раз меньше массы Сатурна. Из-за этого траектория движения космического аппарата вблизи Сатурна в громадной степени определяется мощным притяжением самой планеты и лишь ничтожно возмущается слабым притяжением колец. Между тем именно слабое притяжение и необходимо выявить. Лучше всего для этой цели подходила траектория “Пионера-11”. Но анализ измерений траектории аппарата по его радиоизлучению показал, что кольца (в пределах точности измерений) на движение аппарата не повлияли. Точность же составила 1,7 х 10 -6 массы Сатурна. Иными словами, масса колец заведомо меньше 1,7 миллионных долей массы планеты.

Спутники

Сатурн имеет, по крайней мере, 28 спутников (ранее было известно 18) и 12 из них - больше 100 км в диаметре. Все спутники, кроме Гипериона и Фебы, повернуты к Сатурну одной стороной

Ограниченное число наблюдений не позволило астрономам получить подробную информацию о них и даже точно рассчитать их орбиты. Предполагается, что эти спутники представляют собой небольшие ледяные космические тела, которые были в свое время захвачены гравитационным полем Сатурна. Поэтому я дам информацию только о ранее известных спутниках Сатурна.

Сатурн — шестая планета от Солнца, находящаяся на расстоянии около 1,4 млрд км. Это один из самых ярких объектов на нашем звездном небе.

Подобно Юпитеру, Сатурн — гигантская газообразная планета, не имеющая твердой поверхности. Масса его в 100 раз больше массы нашей планеты, а радиус в 10 раз больше и составляет 60 268 км.

Средняя плотность вещества Сатурна в 8 раз меньше, чем у Земли. Все потому, что планета состоит главным образом из водорода — самого легкого из всех веществ. Эго единственная планета Солнечной системы, чья плотность меньше плотности воды. Если бы было возможно соорудить огромную ванну, налить в нее воду и поместить туда Сатурн, то он смог бы в ней плавать.

По своим размерам Сатурн в три раза меньше Юпитера, но превосходит Уран и Нептун. Он немного сплюснут у экватора, радиус которого около 60 000 км, что на 5000 км больше полярного радиуса.

Облака на северном полюсе Сатурна образуют гигантский шестиугольник. Каждая его сторона составляет приблизительно 13 800 км, то есть больше диаметра Земли. Он вращается, совершая полный оборот за 10 ч 39 мин.

День на Сатурне (то есть время, необходимое планете, чтобы совершить один полный оборот вокруг своей оси) длится около 11 ч. А полный оборот вокруг Солнца (год на Сатурне) он совершает за 29 земных лет.

На Сатурне очень сильные ветра. Их скорость на экваторе — около 500 м/с. Сила ветров ослабевает при удалении от экватора. Желтые и золотые полосы, которые наблюдаются в атмосфере Сатурна, являются результатом сверхбыстрых ветров в верхних слоях атмосферы, скорость которых достигает 1800 км/ч!

Ниже атмосферы простирается океан жидкого молекулярного водорода. На глубине около 30 000 км водород, как и на Юпитере, становится металлическим (давление достигает около 3 млн атмосфер) и содержащим свободные электроны. Перемещение металлической жидкости (конвекция) приводит к тому, что возникает магнитное поле. В центре планеты находится массивное твердое ядро.

Сатурн имеет самую впечатляющую из всех планет систему из семи колец с несколькими промежутками между ними. Они состоят из миллиардов частиц льда и камней размером от зерна до крупного здания, разделенных пустым пространством. Кольца считаются мусором, оставшимся от комет, астероидов или разрушенных спутников. Они простираются за тысячи километров от планеты, большое кольцо располагается на расстоянии до 200 раз большем диаметра планеты. Толщина основных колец — всего около 10 м.

Читайте также: