«Сатурн (планета)»

Сатурн, шестая по расстоянию от Солнца большая планета Солнечной системы; астрономический знак · С. относится к числу планет-гигантов. Большая полуось орбиты С. (его среднее расстояние от Солнца) составляет 9,54 а. е., или 1,43 млрд. км. Эксцентриситет орбиты С. 0,056 (наибольший среди планет-гигантов). Угол наклона плоскости орбиты С. к плоскости эклиптики равен 2°29▓. Полный оборот вокруг Солнца (сидерический период обращения) С. совершает за 29,458 лет со средней скоростью 9,64 км/сек. Синодический период обращения равен 378,09 сут. На небе С. выглядит как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звёздной величины (в среднем противостоянии). Большая изменчивость блеска связана с существованием вокруг С. колец; угол между плоскостью колец и направлением на Землю меняется в пределах от 0 до 28°, и земной наблюдатель видит кольца под разным углом, что и определяет изменение блеска С. Видимый диск С. имеет форму эллипса с осями 20,7■ и 14,7■ (в среднем противостоянии). В верхнем соединении с Солнцем видимые размеры С. на 25% меньше, а блеск на 0,48 звёздной величины слабее. Визуальное альбедо С. равно 0,69.

Эллиптичность диска С. отражает его сфероидальную форму, которая является следствием быстрого вращения С.: период его вращения вокруг своей оси равен 10 ч 14 мин на экваторе, 10 ч 38 мин на умеренных широтах и 10 ч 40 мин на широте около 60°. Ось вращения С. наклонена к плоскости его орбиты на 63°36▓. В линейной мере экваториальный радиус С. составляет 60 100 км, полярный ‒ 54 600 км (точность около 1%), а сжатие равно 1:10,2. Объём С. превышает объём Земли в 770 раз, а масса С. в 95,28 раз больше земной (5,68·10226 кг), так что средняя плотность С. составляет 0,7 г/см3 ‒ вдвое меньше плотности Солнца. По отношению к Солнцу масса С. составляет 1:3499. Ускорение силы тяжести на поверхности С. на экваторе равно 9,54 м/сек2. Параболическая скорость (скорость убегания) на поверхности С. достигает 37 км/сек.

На диске С. видно мало деталей, даже при рассматривании его в наилучших условиях. Видны лишь параллельные экватору светлые и тёмные полосы, на которые изредка накладываются тёмные или светлые пятна, с помощью которых и определяется вращение С.

Температура поверхности С. по измерениям теплового потока, исходящего из планеты в инфракрасной области спектра, определяется от ‒ 190 до ‒ 150 °С (что выше равновесной температуры ‒ 193 °С), соответствующей получаемому от Солнца потоку тепла. Это свидетельствует о том, что в тепловом излучении С. есть доля собственного глубинного тепла, что подтверждается и измерениями радиоизлучения.

Различие угловых скоростей вращения С. на разных широтах свидетельствует о том, что наблюдаемая с Земли его поверхность есть лишь верхний облачный слой атмосферы. О внутреннем строении С. можно составить некоторое представление на основании теоретических исследований. Наблюдаемые возмущения в движении спутников С., будучи сопоставлены со сжатием его фигуры и средней плотностью, позволяют определить приблизительный ход давления и плотности в недрах С. (см. Планеты). Очень малая средняя плотность С. говорит за то, что он, как и другие планеты-гиганты, состоит преимущественно из лёгких газов ‒ водорода и гелия, которые преобладают и на Солнце. Предположительно в состав С. входят водород (80%), гелий (18%), более тяжёлых элементов, сконцентрированных в ядре планеты, всего лишь 2%. Водород до глубин около половины радиуса находится в молекулярной фазе, а глубже под влиянием колоссальных давлений переходит в фазу металлическую. В центре С. температура близка к 20 000 К.

Химический состав атмосферы, находящейся над облачным слоем С., определяется по линиям поглощения в спектре планеты. Главную её часть составляет молекулярный водород (40 км-атм), безусловно присутствует метан CH4 (0,35 км-атм), предполагается существование аммиака (NH3), хотя возможно, что в форме аэрозолей он присутствует в облаках. Имеются основания предполагать, что и в атмосфере С. есть гелий, спектроскопически не проявляющий себя в доступной нам области спектра. Магнитное поле у С. не обнаружено.

Примечательной особенностью планеты являются кольца Сатурна ‒ концентрические образования различной яркости, как бы вложенные друг в друга, и образующие единую плоскую систему небольшой толщины, располагающуюся в экваториальной плоскости С. Кольцо вокруг С. впервые наблюдал Г. Галилей в 1610, но из-за низкого качества телескопа он принял видимые по краям планеты части кольца за спутники С. Правильное описание кольца С. дал Х. Гюйгенс (1659), а Дж. Кассини вскоре показал, что оно состоит из двух концентрических составляющих ‒ колец А и В, разделённых тёмным промежутком (так называемым «делением Кассини»). Много позже (в 1850) американский астроном У. Бонд открыл внутреннее слабо светящееся кольцо (С), а в 1969 было обнаружено ещё более слабое и близкое к планете кольцо D. Яркость кольца D не превышает 1/20 яркости самого яркого кольца ‒ кольца В. Кольца расположены на следующих расстояниях от планеты: А ‒ от 138 до 120 тыс. км, В ‒ от 116 до 90 тыс. км, С ‒ от 89 до 75 тыс. км и D ‒ от 71 тыс. км почти до поверхности С.

Природа колец С. стала ясной после того, как английский физик Дж. Максвелл (в 1859) и русский математик С. В. Ковалевская (в 1885) разными методами доказали, что устойчивым существование кольца вокруг планеты может быть только в том случае, если оно состоит из совокупности отдельных малых тел: сплошное твёрдое или жидкое кольцо было бы разорвано силой притяжения планеты.

Этот теоретический вывод в конце 19 в. был эмпирически подтвержден независимо друг от друга А. А. Белопольским (Россия), Дж. Килером (США) и А. Деландром (Франция), которые сфотографировали спектр С. с помощью щелевого спектрографа и на основе эффекта Доплера ‒ Физо обнаружили, что внешние части кольца С. вращаются медленнее, чем внутренние. Измеренные скорости оказались равными тем, которые имели бы спутники С., если бы они находились на тех же расстояниях от планеты.

В течение 29,5 лет с Земли кольца С. дважды видны в максимальном раскрытии и дважды наступают периоды, когда Солнце и Земля находятся в плоскости колец, и тогда кольца либо освещаются Солнцем «с ребра», либо оно для земного наблюдателя видно «с ребра». В этот период кольца почти совсем не видны, что свидетельствует об их очень малой толщине. Разные исследователи, основываясь на визуальных и фотометрических наблюдениях и их теоретической обработке, приходят к заключению, что средняя толщина колец составляет от 10 см до 10 км. Конечно, кольцо такой толщины увидеть с Земли «с ребра» невозможно. Размеры твёрдых тел в кольцах оцениваются от 10-1 до 103 см с преобладанием глыб диаметром около 1 м, что подтверждается и наблюдаемым отражением радиоволн от колец С.

Химический состав вещества колец, по-видимому, одинаков у всех четырёх составляющих, различна в них только степень заполнения пространства глыбами. Спектр колец С. существенно отличен от спектра самого С. и освещающего их Солнца; спектр указывает на повышенную отражательную способность колец в ближней инфракрасной области (2,1 и 1,5 мкм), что соответствует отражению от льда H2O. Можно считать, что тела, образующие кольца С., либо покрыты льдом или инеем, либо состоят из льда. В последнем случае массу всех колец можно оценить в 1024 г, т. е. на 5 порядков меньше массы самой планеты. Температура колец С., по-видимому, близка к равновесной, т. е. к 80 К.

С. имеет десять спутников. Один из них ‒ Титан ‒ имеет размеры, сравнимые с размерами планет; его диаметр равен 5000 км, масса 2,4×10-4 массы С., он обладает атмосферой, имеющей в своём составе метан. Самый близкий к планете спутник ‒ Янус, открытый в 1966: он обращается вокруг планеты за 18 ч, на среднем расстоянии 160 тыс. км; его диаметр около 220 км. Самый далёкий спутник ‒ Феба; обращается вокруг С. в обратном направлении на расстоянии около 13 млн. км (см. Спутники планет).

Лит.: Шаронов В. В., Природа планет, М., 1958; Мороз В. И., Физика планет, М., 1967; Бобров М. С., Кольца Сатурна, М., 1970; Физические характеристики планет-гигантов, А.-А., 1971; Жарков В. Н., Внутреннее строение Земли, Луны и планет, М., 1973.

Д. Я. Мартынов.

САТУРН (планета)

САТУ́РН (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 5,68·10²⁶ кг, имеет 30 спутников, в состав атмосферы входят СН₄, Н₂, Не, NН₃. У Сатурна обнаружены радиационные пояса(см. РАДИАЦИОННЫЕ ПОЯСА). Сатурн — планета, имеющая кольца (см. Кольца Сатурна(см. КОЛЬЦА САТУРНА)).

* * *

САТУ́РН, шестая от Солнца(см. СОЛНЦЕ), вторая по размерам после Юпитера(см. ЮПИТЕР (планета)) большая планета Солнечной системы(см. СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА); относится к планетам-гигантам.

Движение, размеры, форма

Эллиптическая орбита Сатурна имеет эксцентриситет(см. ЭКСЦЕНТРИСИТЕТ (в геометрии)) 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(см. ЗЕМЛЯ (планета)) меняются от 1,2 до 1,6 млрд. км. Наклон орбиты планеты к плоскости эклиптики(см. ЭКЛИПТИКА) 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 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, вращается не 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.

Состав и строение планеты. Некоторые 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 существует образование, аналогичное Большому Красному Пятну, 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.

Спутники

У Сатурна 30 спутников, примерно половина из которых обнаружены при помощи космических аппаратов. Ниже перечислены все спутники Сатурна, имеющие собственные имена, в порядке их удаленности от планеты с указанием в скобках их радиусов (в километрах) и средних расстояний от Сатурна (в тысячах километров): Атлас (20, 137,7); Пандора (70, 139,4); Прометей (55, 141,7); Эпиметий (70, 151,4); Янус(см. ЯНУС (спутник)) (110, 151,5); Мимас (196, 185,5); Энцелад(см. ЭНЦЕЛАД) (250, 238); Тефия(см. ТЕФИЯ) (530, 294,7); Телесто (17, 294,7); Калипсо (17,?); Диона(см. ДИОНА) (560, 377,4); 198 S6 (18, 377,4); Рея(см. РЕЯ (спутник Сатурна)) (754, 527,1); Титан(см. ТИТАН (спутник Сатурна)) (2575, 1221,9); Гиперион(см. ГИПЕРИОН (в астрономии)) (205, 1481); Япет (730, 3560,8); Феба(см. ФЕБА (в астрономии)) (110, 12954).

Все спутники, кроме огромного Титана, превосходящего по размерам Меркурий(см. МЕРКУРИЙ (планета)) и имеющего атмосферу, сложены в основном изо льда (с некоторой примесью скальных пород у Мимаса, Дионы и Реи). Уникальным по яркости является Энцелад — он отражает свет, почти как свежевыпавший снег. Темнее всего поверхность Фебы, которая поэтому почти не видна. Необычна поверхность Япета: его передняя (по ходу движения) полусфера сильно отличается по отражательной способности от задней.

Из всех больших спутников Сатурна только Гиперион имеет неправильную форму, возможно, из-за произошедшего некогда столкновения с массивным телом, например, с гигантским ледяным метеоритом. Поверхность Гипериона сильно загрязнена. Поверхности многих спутников в значительной степени кратерированы. Так, на поверхности Дионы обнаружен крупнейший десятикилометровый кратер; на поверхности Мимаса лежит кратер, вал которого так высок, что это явственно заметно даже на фотографиях. Кроме кратеров, на поверхностях ряда спутников существуют разломы, борозды, впадины. Наибольшая тектоническая и вулканическая деятельность обнаружена у Энцелада.

Кольца Сатурна

Три видимых с Земли кольца Сатурна обнаружены астрономами уже давно. Наиболее ярким является среднее кольцо; внутреннее (ближайшее к планете) из-за темного цвета иногда называют «креповым». Радиусы крупнейших колец 120—138, 90—116 и 76—89 тыс. км; толщина — 1—4 км. Кольца состоят из ледяных и (или) силикатных образований, размеры которых могут быть от мелких песчинок до фрагментов порядка нескольких метров.