Планета Сатурн

РЕАЛЬНА ФІЗИКА

Глосарій з фізики

Планета Сатурн - шоста з видалення від Сонця і друга за розмірами і масою планета Сонячної системи. Пор. геліоцентріч. відстань (велика піввісь орбіти) становить 9,539 а. е. (1,427 млрд. км). Внаслідок помітного ексцентриситету орбіти (0,056) геліоцентрична відстань змінюється приблизно від 9 до 10,1 а. е. Нахил площини орбіти до екліптики 2 ° 29,4 ', середня швидкість руху по орбіті 9,64 км / с, а період обертання навколо Сонця (сидеричний період, або сатурнианской рік) 29,458 земних року.

Мінімальна відстань між Сатурном і Землею становить 1,2 млрд. Км, максимальна - 1,6 млрд. Км; відповідно видимі кутові розміри диска змінюються від 20 "до 15". Орбітальний період обертання дорівнює 378,09 діб. Видима зоряна величина Сатурна в середньому протистоянні 0,67, абсолютна планетна величина 8,88. інтегральне сферичне альбедо 0,34 м

Середній екваторіальний радіус Сатурна (за рівнем в атмосфері з тиском 1 бар) , Маса (Мс) 5,68 * тисяча двадцять шість кг. Через швидке обертання навколо осі (період на екваторі 10,2 ч) Сатурн володіє великим стисненням ( 0,1), внаслідок чого його полярний радіус майже на 6500 км менше екваторіального. Істотно при цьому, що період обертання змінюється з широтою (швидкість обертання екваторіальної зони прибл. На 5% вище полярної). Середня щільність Сатурна - найнижча з усіх планет, всього 0,69 г / см3, що приблизно вдвічі менше щільності Сонця. Прискорення сили тяжіння на екваторі 10,45 м / с2, параболічна швидкість (II космічна) близько 36 км / с.

Параметри орбіти Сатурна

Середній радіус орбіти 1,42942109 км Ексцентриситет орбіти 0,0560 Перигелій +1353,572956 млн.км
9,048 а. е. Афелій +1513,325783 млн.км
10,116 а. е. Період обертання 10760,265 днів Орбітальний період 378,1 days Середня швидкість руху по орбіті 9,46 км / с Нахил орбіти 2,488 ° Число супутників 59

Фізичні характеристики Сатурна

Екваторіальний діаметр 120,536 км Плошадь поверхні 4,38.1010 км2 Маса 5,688.1026 кг Середня щільність 0,69 г / см3 Прискорення вільного падіння
у поверхні 9,05 м / с2 Період обертання
екваторіальний 10 год 13 м 59 с Період обертання
внутрішній 10 год 39 м 25 с Нахил осі обертання 25,33 ° Альбедо 0,47 2-а космічна швидкість 35,5 км / с Середня температура
на рівні вершини хмар 93 K Температура поверхні хв. пор. макс. 82 K 143 K невід.

Параметри атмосфери Сатурна

Атмосферний тиск 140 кПа Водень> 93% Гелій> 5% Метан 0,2% Пари води 0,1% Аміак 0,01% Етан 0,0005% Фосфин 0,0001%

Твердої поверхні Сатурн не має і є газорідку тілом, що знаходиться в стані гидростатич. рівноваги. Структура його надр в цілому подібна до структури Юпітера. Згідно з моделями внутр. будови планет (див. Планети і супутники ), Заснованим на уявленнях про адіабатіч. зміні температури по глибині і багатошарової диференціації речовини надр, зовн. газова оболонка Сатурн є воднево-гелієвої (при відношенні Чи не / Н, меншому сонячного, т. е. 0,13 0,04 за масою), за нею йде оболонка, що складається в осн. з рідкого водню, а з відстані 0,5 Rс- оболонка з металевого водню . Металеві. водень заповнює шар до рівня 0,3 Rс, де починається ядро. Тиск тут досягає 10 Мбар. ядро складає 25% по масі, що в дек. раз більше ядра Юпітера. Причина полягає в тому, що поряд з речовиною скельних порід в його склад, ймовірно, входить значить. домішка крижаної компоненти (вода, аміак, метан). У цьому знаходить відображення той факт, що Сатурн займає проміжне положення між Юпітером, що складається в осн. з водню, і Ураном і Нептуном, в складі яких брало переважає крижана компонента, а водень становить відносно невелику фракцію.

Наявність у Сатурна магнітного поля, ймовірно, пов'язано з дією гідромагнітного динамо . Магн. поле на екваторі 0,21 Гс. Замечат. особливістю власної. магн. поля планети є його майже точна осьова симетрія , Що, мабуть, обумовлено сильним діфференц. обертанням зовнішніх шарів Сатурна. Відхилення осі магн. диполя від осі власної. обертання не перевищує 1 °.

Сатурн отримує від Сонця прибл. в 100 разів менше тепла, ніж Земля. його ефективна температура становить 95 К, що помітно вище рівноважної (74 К). Це означає, що випромінюється Сатурном в навколишній простір енергія прибл. втричі більше енергії, одержуваної від Сонця, і свідчить про високу ефективність внутр. джерела тепла. Наїб. вірогідною природою цього джерела може бути перетворення в тепло гравитац. енергії, що вивільняється за рахунок випадання крапель рідкого гелію (к-які утворюються при низькій температурі в рідкому водні) з зовн. оболонок до центру планети.

Під атмосферою Сатурна розуміють верх. частина його зовн. газової оболонки. Хім. склад атмосфери Сатурна істотно відрізняється від среднесолнечного. Крім водню і гелію, до складу атмосфери входять метан (СН4), аміак (NH3), фосфін (РН3), в невеликих кол-вах присутні вуглеводні (С2Н6 і С2Н2). Відносить. змісту СН4, NH3, PH3, С2Н6 і С2Н2 становлять відповідно 2 * 10-3; 2 * 10-4; 3 * 10-8; 8 * 10-6 і 10-7. Помітна збагаченого вуглецем (входять до складу з'єднань): відношення С / Н більше сонячного в 2,3 рази.

Структура атмосфери, профілі температури і тиску схожі на юпітеріанскую. Темп-pa в тропосфері на рівні з тиском 1 атм становить бл. 145 К і повільно знижується з висотою (з адіабатіч. Градієнтом 0,85 До км-1). У тропопаузе при тиску ок. 0,1 атм темп-pa прибл. 80 К. Нижче неї розташовані хмари, к-які, ймовірно, складаються з неск. шарів; вважається, що верхній видимий шар утворений в осн. кристалами аміаку, хоча цей факт не можна вважати остаточно встановленим. Для атмосфери Сатурна характерна наявність ряду динамічний. утворень (смуг типу зон і поясів, плям), які ріднять його з Юпітером. Разом з тим упорядкована структура зон і поясів (що відображають систему планетарної циркуляції), а також спостерігаються великих плям - овалів (асоціюються з великими атм. Вихорами) на Сатурні виражена менш чітко через протяжного шару надоблачной дрібнодисперсного димки. Розміри динамічний. утворень (вихорів і струменів) великі в порівнянні зі шкалою висот ( 60 км), але малі в порівнянні з Rс і менше аналогічних утворень на Юпітері. У той же час швидкості вітру на екваторі Сатурна в кілька разів перевищують швидкості атм. рухів в приекваторіальній зоні Юпітера, досягаючи майже 500 м / с. Можливо, це пов'язано з тим, що в систему циркуляції на Сатурні залучаються більш глибокі області атмосфери, де інтенсивність передачі моменту кількості руху в область екваторіальних широт вище. помітні відмінності динаміки атмосфер Сатурна і Юпітера визначаються різницею інтенсивностей джерел тепла в надрах цих планет, меншим значенням прискорення сили тяжіння і більшою товщиною зовнішньої непроводящей молекулярної оболонки Сатурна. З цієї ж причини для атмосфери Сатурна характерна менша в порівнянні з Юпітером роль в передачі кінетичної. енергії вихрових рухів впорядкованим зональним течіям.

В СР. і верх. областях атмосфери Сатурна важливу роль відіграють фотохім. перетворення; особливо це стосується процесів за участю NH3, PH3 і гідрокарбонатів. Крім сонячної радіації онергетіч. джерелами, які зумовлюють зростання температури вище тропопаузи, можуть бути джоулів розігрів і диссипация енергії внуттренніх хвиль. Максимальна електронна концентрація в іоносфері Сатурна 2 * 104 см-3 на висоті ~ 2500 км (рахуючи від рівня з тиском 1 атм). Магнітосфера Сатурна по своїй топології і характером процесів займає проміжне положення між магнітосферою Юпітера і Землі (див. магнітосфери планет ). Близькість магнітного поля Сатурна до дипольному проявляється в симетрії розподілу заряджу. частинок у внутр. зоні його магнітосфери - як щодо осі обертання, так і щодо екваторіальній площині, з до-рій практично збігається положення нейтрального плазмового шару. До радіальних відстаней (7 -15) Rс плазма обертається практично синхронно з планетою. Плазма складається з легких і важких іонів, ймовірно, водню, гелію, вуглецю, азоту і кисню. Їх джерелом, крім сонячного вітру , Можуть служити крижані поверхні супутників Сатурна і атмосфера Титана, орбіта догрого лежить всередині магнітосфери планети. Наїб. стійкі зони захопленої радіації розташовані в межах на денній та на нічний сторонах. Ударний фронт знаходиться приблизно на 25 Rс. Між магнітопауза і стійкою зоною радіаційного поясу (17-23 Rc) розташовується область (зона псевдозахвата), де енергетичних. спектр частинок стає дуже м'яким і спостерігаються конвективні потоки плазми. На нічній стороні утворюється протяжний плазмовий шлейф, на к-рий, ймовірно, сильно впливають процеси, що відбуваються в міжпланетному середовищі.

У систему Сатурна входять навколишні його знамениті кільця і ​​18 супутників. Кільця являють собою єдину плоску систему невеликої товщини (менше кілометра), розташовану в екваторіальній площині планети. Виділяють 7 кілець, основні з яких брало А, В і С займають область простору між 1,2 і 2,3 Rс. Кільця мають надзвичайно складною внутр. структурою: кожне з них складається ще з сотень індивідуальних кілець. Ця динамічний. структура, так само, як і більші проміжки всередині кілець (ділення), є наслідком резонансів , Обумовлених гравитац. взаємодією кілець з нерівноважної фігурою планети і її багаточисельні. супутниками. Наїб. помітні розподілу Кассіні, Максвелла, Гюйгенса, Енке, Кілер. У радіальному напрямку періодично спостерігаються темні і світлі освіти ( «спиці»), існування яких брало пов'язують з електростатіч. ефектами, зумовленими наявністю пилових частинок усередині кілець, занурених в магнітосферу Сатурна (з процесами в «пиловий плазмі»). Усередині кільця З розташоване найближче до планети слабке кільце D, у зовн. краю кільця А знаходиться дуже тонке кільце F, а за ним, аж до , Послідовно дуже слабкі кільця G і Е. Загальна маса кілець 5 * 10-8 Мс. Розміри частинок, що утворюють кільця, прибл. від часткою см до 5 м, складаються вони в осн. з льоду (гл. обр. водяного). Проблема їх походження не вирішена - це або релікти ранній стадії еволюції Сонячної системи, або результат гравитац. взаємодії Сатурна з ядрами комет.

Всі великі супутники Сатурна, виключаючи Титан і Фебу, мають крижані поверхні. Низькі пор. щільності (1,2-1,4 г / см3) свідчать про те, що ці тіла майже цілком водно-крижані; трохи більше відносить. зміст скельних порід у Мимаса, Діони, Реї (розміри від 400-500 до 1500 км). Проте на поверхні більшості супутників Сатурна присутні характерні сліди ендогенної активності, особливо сильно виражені на Енцеладі. Цей факт поки не знайшов переконає. пояснення (наиб. імовірною причиною є диссипация приливної енергії внаслідок наявності резонансів при орбітальному русі супутника в гравітаційне поле Сатурна). Розміри відкритих «Вояджером» маленьких супутників неправильної форми, що знаходяться в динамічний. взаємодії з більшими супутниками і кільцями, прибл. від 30 до 190 км.

Наїб. інтерес представляє найбільший супутник Сатурна - Титан, що перевищує за розмірами Меркурій (радіус Титана 2575 км, пор. щільність 1,9 г / см3). Замечат. особливість цього супутника - наявність у нього потужної атмосфери (що складається в осн. з азоту) з тиском у поверхні 1,5 атм і температурою 92 К. Мабуть, Титан складається наполовину з льодів і наполовину з скельних порід (силікатів, металів). Власної. магн. поля Титан не має. На його поверхні з великою ймовірністю присутні моря і озера з метану і, можливо, океани з етану. З метану складаються і досить щільні хмари, з яких брало метан у вигляді дощу може випадати на поверхню; припускають, що круговорот метану на Титані аналогічний круговороту води на Землі. В атмосфері Титана виявлений багатий спектр простих органічних. з'єднань, а сама атмосфера втрачає атомарний і молекулярний водень і азот, що призводить до складних процесів взаємодії Титана з магнітосферою Сатурна. За характером глобальної димки і прояву помітного парникового ефекту у поверхні Титан в чомусь нагадує Венеру, хоча визначають ці властивості хім. склад і процеси іншої природи. Лаб. моделювання та розрахунки пророкують, що при суч. швидкості освіти органічного. речовин за час життя Сонячної системи на Титані повинен був утворитися шар такого матеріалу товщиною не менше 100 м. Тому з Титаном пов'язують надії виявити аналог первинного органічного. речовини, до-рої могло існувати на ранній Землі.

Дослідження планети Сатурн

Сатурн - одна з п'яти планет Сонячної системи, легко видимих ​​неозброєним оком із Землі. У максимумі блиск Сатурна перевищує першу зоряну величину.

Вперше спостерігаючи Сатурн через телескоп в 1609-1610 роках, Галілео Галілей помітив, що Сатурн виглядає не як єдине небесне тіло, а як три тіла, майже стосуються один одного, і висловив припущення, що це два великих "компаньйона" (супутника) Сатурна. Два роки по тому Галілей повторив спостереження і, на свій подив, що не виявив супутників.

У 1659 році Гюйгенс, за допомогою більш потужного телескопа, з'ясував, що - це насправді тонке плоске кільце, яка оперізує планету і не стосується її. Гюйгенс також відкрив найбільший супутник Сатурна - Титан. Починаючи з 1675 року вивченням планети займався Кассіні. Він зауважив, що кільце складається з двох кілець, розділених чітко видимим зазором - щілиною Кассіні, і відкрив ще кілька великих супутників Сатурна.

У 1979 році космічний апарат вперше пролетів поблизу Сатурна, а в 1980 і 1981 роках за ним пішли апарати і. Ці апарати вперше виявили магнітне поле Сатурна і досліджували його магнітосферу, спостерігали шторми в атмосфері Сатурна, отримали детальні знімки структури кілець і з'ясували їх склад.

У 1990-х роках Сатурн, його супутники і кільця неодноразово досліджувалися космічним телескопом Хаббл. Довготривалі спостереження дали чимало нової інформації, яка була недоступна для і при їх одноразовому прольоті повз планету.

У 1997 році до Сатурна був запущений апарат Кассіні-Гюйгенс і, після семи років польоту 1 липня 2004 він досяг системи Сатурна і вийшов на орбіту навколо планети. Основними завданнями цієї місії, розрахованої мінімум на 4 роки, є вивчення структури і динаміки кілець і супутників, а також вивчення динаміки атмосфери і магнітосфери Сатурна. Крім того, спеціальний зонд відокремився від апарату і на парашуті спустився на поверхню супутника Сатурна Титана.

Література по планеті Сатурн

1. Маров М. Я., Планети Сонячної системи, 2 над., М., 1986;
2. Saturn, ed. by Т. Gehrels, M. Matthews, Tucson, 1984;
3. Система Сатурна, пров. з англ., М., 1990..
4. Хайдаров К.А. Будова небесних тіл. - BRI, Алмати, 2004.
5. Хайдаров К.А. Походження Сонця і планет. - BRI, Алмати, 2004.
6. Хайдаров К.А. Ефірний вітер. - BRI, Алмати, 2004.

М. Я. Маров.

Чи знаєте Ви,

як дозволяється парадокс Ольберса?
(Фотометричний парадокс, парадокс Ольберса - це один з парадоксів космології, що полягає в тому, що у Всесвіті, рівномірно заповненою зірками, яскравість неба (в тому числі нічного) повинна бути приблизно дорівнює яскравості сонячного диска. Це повинно мати місце тому, що з будь-якого напрямку неба промінь зору рано чи пізно упреться в поверхню зірки.
Іншими словами парадос Ольберса полягає в тому, що якщо Всесвіт нескінченний, то чорного неба ми не побачимо, тому що випромінювання далеких зірок буде підсумовуватися з випромінюванням ближніх, і небо повинно мати середню температуру фотосфери зірок. При поглинанні світла міжзоряним речовиною, воно буде розігріватися до температури зіркових фотосфери і випромінювати також яскраво, як зірки. Однак в справу вступає явище "втоми світла", відкрите Едвіном Хабблом, який показав, що чим далі від нас розташована галактика, тим більше стає червоним світло її випромінювання, тобто фотони як би "втомлюються", віддають свою енергію міжзоряному середовищі. На дуже великих відстанях галактики видно тільки в радіодіапазоні, так як їх світло зовсім втратив енергію йдучи через безкраї простори Всесвіту. Детальніше читайте в FAQ по ефірної фізиці . НОВИНИ ФОРУМУ
Лицарі теорії ефіру 13.06.2019 - 5:11: ЕКОЛОГІЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОЇ ЗАГИБЕЛІ бджіл ТА ІНШИХ запилювачів РОСЛИН - Карім_Хайдаров.
12.06.2019 - 9:05: ВІЙНА, ПОЛІТИКА І НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема державного тероризму - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:05: ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ФІЗИКА - Experimental Physics -> Експерименти Серлі і його послідовників з магнітами - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:03: ВИХОВАННЯ, ОСВІТА, ОСВІТА - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвітництво від Андрія Маклакова - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:23: ВИХОВАННЯ, ОСВІТА, ОСВІТА - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвітництво від В'ячеслава Осієвського - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:18: ВИХОВАННЯ, ОСВІТА, ОСВІТА - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвітництво від Світлани Віслобоковой - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 6:28: Астрофізики - Astrophysics -> До 110 річчя Тунгускою катастрофи - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 21:23: ВИХОВАННЯ, ОСВІТА, ОСВІТА - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвітництво від Володимира Васильовича Квачкова - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:27: СОВІСТЬ - Conscience -> Вищий розум - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:24: ВІЙНА, ПОЛІТИКА І НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ страви - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:14: СОВІСТЬ - Conscience -> РОСІЙСЬКИЙ СВІТ - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 8:40: ЕКОНОМІКА І ФІНАНСИ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС СВІТОВОЇ ФІНАНСОВОЇ СИСТЕМИ - Карім_Хайдаров.