Читайте также:
|
Планета солнечной системы - Сатурн
Выполнила: Дякова Анастасия,
Ученица 11 - Б класса
МБОУ «Гимназия №9»
г. Симферополя
г.Симферополь
САТУРН
Сатурн назван в честь римского бога Сатурна, аналога греческого Кроноса (Титана, отца Зевса) и вавилонского Нинурты. Символ Сатурна — серп (Юникод: ♄).
Происхождение Сатурна (равно как и Юпитера) объясняют две основные гипотезы. Согласно гипотезе «контракции», схожесть состава Сатурна с Солнцем в том, что у обоих небесных тел имеется большая доля водорода, и, как следствие, малую плотность можно объяснить тем, что в процессе формирования планет на ранних стадиях развития Солнечной системы в газопылевом диске образовались массивные «сгущения», давшие начало планетам, то есть Солнце и планеты формировались схожим образом. Тем не менее, эта гипотеза не может объяснить различия состава Сатурна и Солнца.
Гипотеза «аккреции» гласит, что процесс образования Сатурна происходил в два этапа. Сначала в течение 200 миллионов лет шёл процесс формирования твёрдых плотных тел, наподобие планет земной группы. Во время этого этапа из области Юпитера и Сатурна диссипировала часть газа, что затем повлияло на различие в химическом составе Сатурна и Солнца. Затем начался второй этап, когда самые крупные тела достигли удвоенной массы Земли. На протяжении нескольких сотен тысяч лет длился процессаккреции газа на эти тела из первичного протопланетного облака. На втором этапе температура наружных слоёв Сатурна достигала 2000 °C.
Сатурн (фото с расстояния в 34 млн. км, по фото сделанном с "Вояджера" в условных цветах), шестая от Солнца планета-гигант Солнечной системы. Сатурн - один из четырех "газообразных гигантов", уступающий в размере только Юпитеру. Его экваториальный диаметр в 9,4 раза больше земного, а масса превышает земную в 95 раз. 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'. Средняя плотность вещества планеты составляет 0,7 от плотности воды. Большая часть массы представлена водородом и гелием. 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. На земном небе Сатурн выглядит как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звездной величины.
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 (общепринятой оценкой времени полного оборота Сатурна было 10 часов 39 минуты 24 секунды). В результате появляется существенное сжатие у полюсов: полярный и экваториальный диаметры отличаются на 11%. В апреле-июне 2004г более точно был определен период вращения Сатурна в 10 часов 45 минут и 45 секунд (±36 секунд), что почти на 6 мин больше, чем считалось ранее. Однако к июлю 2009 года по результатам работы зонда Кассини получено новое значение и оно составляет 10 часов 34 минуты 13 секунд плюс-минус 2 секунды. А на начало 2015 года по новой методике, предложенной Равитом Хелледом из Тель-Авивского университета (Израиль) получен результат 10 часов 32 минуты и 44 секунды.
Океан и ядро. 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. Ниже атмосферы простирается океан жидкого молекулярного водорода. На глубине, примерно равной R/2, то есть половине радиуса планеты, водород при давлении около 300 ГПа (3 млн атмосфер) переходит в металлическую фазу. Течения в этом металлическом океане генерируют довольно сильное магнитное поле Сатурна. В центре планеты находится массивное ядро (до 20 земных масс) из камня, железа и, возможно... льда. По мере дальнейшего увеличения глубины, начиная с R/3, возрастает доля соединений водорода и оксидов. В центре планеты (в области ядра, образованное твердыми породами или смесью твердых пород и льда) температура порядка 20000 К. Масса ядра в десять или пятнадцать раз превышает массу Земли.
Атмосфера. Внешняя половина планеты состоит из мощной атмосферы, имеющая высоту в 59,5 км (самая большая из планет СС), а видимые детали представляют собой полосы облаков в верхних атмосферных слоях. В состав атмосферы входят молекулярный водород (H2) - 96,3%; Гелий (He) - 3,25%, а также в долях Метан (CH4) - 4500 (2000); Аммиак (NH3) - 125 (75); HD - 110 (58); Этан (C2H6) - 7 (1,5). Температура в средних слоях атмосферы около 100 К. Для облаков на Сатурне большие цветовые контрасты не характерны. Однако иногда наблюдается штормовая активность. В конце сентября 1990г в атмосфере появилось большое Белое пятно, расширявшееся в течение нескольких недель, пока оно не заняло значительную часть экваториальной области планеты. Это извержение вещества из более низких атмосферных слоев было очередным в цепи аналогичных явлений, происходящих с 30-летним циклом, соответствующим периоду обращения Сатурна. Подобные пятна отмечались в 1876, 1903, 1933 и 1960гг около середины сатурнианского лета в северном полушарии. Время от времени происходят и более слабые извержения. Одно из них наблюдалось Космическим телескопом "Хаббл" в 1994г. Компьютерная обработка изображений, полученных "Вояджером" в 1980 и 1981гг, выявила сложные циркуляционные потоки, подобные наблюдаемым на Юпитере.
В 1980-1981г на основе сделанных ими фотографий была вычислена скорость экваториального ветра, она составила около 1700 км/ч. В 1996-2002 годах за Сатурном наблюдали с помощью космического телескопа Hubble. И выяснилось, что на экваторе Сатурна скорость ветра неожиданно упала до 990 км/час. Почему это произошло, пока неизвестно. Наблюдаемые ветры симметричны относительно экватора, уменьшающиеся в скорости по удалении от экватора и дуют в большей части в восточном направлении (направлении вращения планеты). В основном скорость ветра составляет 400 м/с (<30° широт); 150 м/с (>30° широт). Наблюдаются зарождающие и дрейфующие в атмосфере вихри диаметром в сотни и тысячи км, которые могут сливаться (в частности февраль-март 2004г - второе наблюдаемое слияние 1000км вихрей). Слияние двух “циклонов” было зафиксировано 19-20 марта 2004г. Тогда буря, двигавшаяся с севера планеты со скоростью 11 метров в секунду "поглотила" бурю, двигавшуюся с юга со скоростью 6 метров в секунду. После этого на Сатурне образовались яркие "облака", которые через два дня рассеялись, превратившись в гало. С помощью инфракрасного телескоп Keck I на Гавайях в конце января 2005г удалось зафиксировать в атмосфере Сатурна реактивную струю - теплый вихрь в районе южного полюса, однако, хотя он и самый теплый на планете, но точную его температуру измерить не удалось.
В атмосфере Сатурна, еще американские космические корабли Voyager фиксировала молнии с завидной регулярностью в миллион раз сильнее чем земные. Исследовательский зонд Cassini с помощью своего детектора радио- и плазменных волн определил, что молнии, время от времени вспыхивающие в атмосфере Сатурна, но ведут себя уже не так, как это было в начале 1980-х годов. Они стали очень хаотичными: бывают дни, когда Cassini не улавливает ни одной молнии, а в другие дни фиксируется несколько грозовых разрядов. По видимому причина изменившейся регулярности вспышек молний в том, что тень от колец Сатурна сейчас падает на планету не так, как это было в начале 1980-х годов. Космический аппарат "Кассини", находящийся на орбите Сатурна, обнаружил на нем молнии и новый радиационный пояс, а также сияние вокруг крупнейшего спутника планеты. 5 августа 2005 радиоприборы и плазменно-волновое научное оборудование "Кассини" обнаружили радиоволны, образуемые молнией. Радиосигналы от этой молнии весьма эпизодичны и порой сопровождаются лишь слабой вспышкой, которой может и вообще не быть. Это позволяет предположить, что в средних и высоких широтах происходит ряд различных, возможно, недолговечных бурь. "Кассини" помог сделать ученым и еще одно открытие - с помощью магнитосферического прибора для формирования изображения чуть выше вершин облаков Сатурна обнаружен простирающийся вокруг планеты новый радиационный пояс. Визуальный и инфракрасный картографический спектрометр на борту "Кассини" зафиксировал на Титане дневное и ночное сияние, образуемое выбросами метана и окиси углерода в плотную атмосферу спутника. Освещенное Солнцем флуоресцентное метановое сияние в верхних слоях атмосферы Титана ожидалось, ночное же сияние стало сюрпризом.
У Сатурна имеются мощные радиационные пояса и сильное магнитное поле, несколько уступающие Юпитеру.
Магнитосфера Сатурна по размерам примерно в три раза меньше магнитосферы Юпитера и простирается в направлении Солнца примерно на 1 млн. км. АМС "Вояджер-1" зарегистрировала ударную волну на расстоянии 26,2 RS от Сатурна. Магнитопаузу АМС пересекла несколько раз, последний раз на расстоянии 22,9 RS. Таким образом, установлено, что орбита Титана лежит в пределах магнитосферы планеты. Космический зонд Cassini открыл новый лучевой пояс, расположенный выше облаков Сатурна - вплоть до кольца D. Он лежит ближе к планете, чем все пояса, найденные ранее.
Для исследования системы Сатурна, включая планету, кольца, магнитосферу и некоторые из лун в октябре 1997г запущен третий КА к Сатурну АМС "Кассини". Используя гравитационную поддержку Венеры (апрель 1998г и июнь 1999г), Земли (август 1999г) и Юпитера (декабрь 2000г) КА вышел на орбиту Сатурна 1 июля 2004г. Объединенный проект NASA/ESA по зондированию предусматривает работа на орбите вокруг Сатурна в течение четырех лет. В январе 2005г для изучения луны Сатурна Титана с борта АМС "Кассини" запущен зонд "Гюйгенс" (подробнее в Новостях на сайте за 15.01.2005г).
Данные, переданные на Землю межпланетной станцией Cassini и результате анализа колебаний естественного радиоэха Сатурна показал, что период вращения этой планеты вокруг собственной оси за последние двадцать лет увеличился примерно на один процент. В частности, сейчас газовый гигант делает полный оборот за 10 часов 45 минут 45 секунд (плюс-минус 36 секунд), что на 6 минут больше результатов измерений, проведенных аппаратами Voyager 1 и Voyager 2 в 1980 и 1981 годах, соответственно. А по сообщению американских учёных в сентябре 2007г Сатурн делает полный оборот за 10 часов 32 минуты и 35 секунд.
Данные, собранные спектрометрами в видимом и инфракрасном диапазонах наблюдений колец Сатурна с борта межпланетной станции Cassini показали что размеры отдельных элементов колец колеблются от микроскопических пылинок до валунов диаметром в десятки метров. Средний же размер частиц увеличивается по мере их удаления от планеты. Если во внутренних кольцах преобладают частицы, сравнимые по размеру с мелкими снежинками, то последующие кольца состоят уже из "градин" и "горошин". Частицы состоят, преимущественно, изо льда, этот факт был известен ученым уже достаточно давно. Однако, данные Cassini показывают, что этот лед гораздо чище, чем считалось ранее. 
Вкрапления пыли и минералов в них встречаются редко.
Не до конца понятным на сегодняшний день остаётся такой атмосферный феномен Сатурна, как «Гигантский гексагон». Он представляет собой устойчивое образование в виде правильного шестиугольника с поперечником 25 тыс. километров, которое окружает северный полюс Сатурна. Впервые это обнаружено во время пролётов Вояджера около Сатурна в 1980-х годах, подобное явление никогда не наблюдалось ни в одном другом месте Солнечной системы. Если южный полюс Сатурна с его вращающимся ураганом не кажется странным, то северный полюс можно считать гораздо более необычным. Странная структура облаков показана на инфракрасном изображении, полученном обращающимся вокруг Сатурна космическим аппаратом Кассини в октябре 2006 года. Изображения показывают, что шестиугольник оставался стабильным за 20 лет после полёта Вояджера.
12 Ноября 2008 года камеры автоматического корабля Кассини получили изображения северного полюса Сатурна в инфракрасном диапазоне. На этих кадрах исследователи обнаружили полярные сияния, каких не наблюдали ещё ни разу в Солнечной системе. На изображении эти уникальные сияния окрашены в голубой цвет, а лежащие внизу облака — в красный. На изображении прямо под сияниями видно обнаруженное ранее шестиугольное облако. Полярные сияния на Сатурне могут покрывать весь полюс, тогда как на Земле и на Юпитере кольца полярных сияний, будучи управляемыми магнитным полем, только окружают магнитные полюса. На Сатурне наблюдали и привычные нам кольцевые полярные сияния. Недавно заснятые необычные полярные сияния над северным полюсом Сатурна значительно видоизменялись в течение нескольких минут. Изменчивая сущность этих сияний свидетельствует о том, что переменный поток заряженных частиц от Солнца испытывает на себе действие каких-то магнитных сил, о которых ранее и не подозревали.
Как показали исследования в апреле 2003г с помощью орбитального телескопа Chandra - Сатурн обладает необычным для планет данного типа рентгеновским излучением. Несмотря на длинную (более 18 часов) экспозицию удалось зарегистрировать всего лишь 162 фотона в направлении диска Сатурна, а если еще учесть фон.... Светимость получается равной всего лишь 8.7 1014 эрг в секунду. Если, например, источники рентгеновского излучения у Юпитера концентрируются в районе полюсов, то у Сатурна они сосредоточены в районе экватора. Кроме того, выяснилось, что спектр рентгеновского излучения Сатурна оказался похож на рентгеновское излучение Солнца. Цвета на "изображение" Сатурна полученным со спутника Чандра соответствуют рентгеновским фотонам разных энергий: красный - 0.4-0.6 кэВ, зеленый - 0.6-0.8 кэВ, синий - 0.8-1.0 кэВ. Для ясности наложены контуры Сатурна в оптическом диапазоне на момент наблюдения.
Интересно также и то, что кольца Сатурна никак не проявились в рентгеновском диапазоне длин волн.
К настоящему моменту в рентгеновском диапазоне зарегистрированы такие тела солнечной системы: Земля (1968), Луна (1974), кометы (с 1996), Юпитер (1983), спутники Юпитера Ио и Европа (2002), Венера (2002), Марс (2002).
Загадки планеты. К середине 2005 году обнаружились некоторые загадки, выявленные аппаратом "Кассини":
1) За 20 лет после пролета аппаратов "Вояджер", вращение Сатурна замедлилось на 1%. Это неправдоподобно много. Сенсационный факт заставляет пересмотреть представления о взаимосвязи вращения планет и их магнитных полей. Границу ударной волны между магнитосферой планеты и солнечным ветром "Кассини" пересек на высоте 3 млн км. Это в 1,5 раза больше, чем высота той же границы 20 лет назад. Впрочем, это может говорить не только о росте магнитосферы, но и об увеличении силы солнечного ветра, что не менее любопытно.
2) Северное полушарие Сатурна за 20 лет сильно изменило свой облик: полушарие неожиданно стало синим и напоминает Уран и Нептун. Высказана гипотеза, что синева рождена тенью от колец, которые приводят к охлаждению и уменьшению высоты коричневых облаков.
3) Атмосфера небольшого спутника Энцелад оказывает влияние на магнитное поле гиганта Сатурна.
4) У Сатурна появился новый радиационный пояс, который расположился между кольцом D и вершиной атмосферы.
5) Кольца и луны постоянно взаимодействуют, что меняет облик колец. Земные аппараты увидели, как спутник со славным именем Прометей бесстыдно ворует камни из кольца F».
6) Знаменитые кольца Сатурна эволюционируют и причем достаточно быстро: они тускнеют и сжимаются.
| Характеристики планеты Сатурн | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
a Отношение массы Солнца к массе планеты (включая атмосферу и массу спутников).
b Без учета массы спутников.
c Сжатие равно (Re-Rp)/Re, где Re и Rp - экваториальный и полярный радиусы планет (соответственно).
f Для внешних планет не имеющих твердой поверхности радиус соответствует уровню атмосферного давления в 1 бар.
Спутники Сатурна
Спутники названы в честь героев античных мифов о титанах и гигантах. Почти все эти космические тела светлые. У наиболее крупных спутников формируется внутреннее каменистое ядро. Название «ледяные» спутники наиболее соответствует спутникам Сатурна. Некоторые из них имеют среднюю плотность 1,0 г/см3, что больше соответствует водяному льду. Плотность других несколько выше, но тоже невелика (исключение - Титан). До 1980г были известны десять спутников Сатурна. С тех пор было открыто еще несколько. Одна часть была обнаружена в результате телескопических наблюдений в 1980г, когда система колец была видна с ребра (и благодаря этому наблюдениям не мешал яркий свет), а другая - при пролетах АМС "Вояджер-1 и -2" в 1980 и 1981гг. После чего у планеты стало 17 спутников. В 1990г открыт 18-й спутник, а в 2000 году еще 12 небольших спутников, по всей видимости захваченных планетой астероидов. В конце 2004г Гавайские астрономы обнаружили еще 12 новых спутников неправильной формы диаметром от 3 до 7 километров с помощью КА "Cassini". Версию о захвате подтверждает то, что 11 из 12 тел обращаются вокруг планеты в направлении, отличном от свойственного "основным" спутникам. Об этом же свидетельствует сильная вытянутость и исключительно большой - порядка 20 миллионов километров - диаметр орбит. В течение 2006 г. команда учёных под руководством Дэвида Джуиттаиз Гавайского университета, работающих на японском телескопе Субару на Гавайях, объявляла об открытии 9 спутников Сатурна (Всего с 2004 года команда Джуитта обнаружила 21 спутник Сатурна). В первом полугодии 2007 года добавилось еще 5 спутников и общее количество достигло числа 60. 15 августа 2008 года в ходе изучения изображений, сделанных «Кассини» во время 600-дневного исследования кольца G Сатурна, открыт 61-й спутник.
Дата добавления: 2015-10-24; просмотров: 38 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Новые медиа Канады | | | Главные спутники Сатурна |