Планета Сатурн

Сатурн — шестая планета Солнечной системы, вызывающая повышенный интерес благодаря яркой системе колец. По своим размерам Сатурн уступает только Юпитеру, вместе с которым составляет пару газовых гигантов: почти вся планета состоит из газов в разных агрегатных состояниях. Сатурн хорошо виден на ночном небе, во время противостояний его можно наблюдать без оптических приборов, а с небольшим телескопом — разглядеть даже кольца и крупные спутники. В нашей статье мы познакомимся с этой далекой планетой: вспомним историю ее открытия и исследования, узнаем ее характеристики, интересные факты о ней и о том, как ее образ запечатлен в мировой культуре.

История открытия Сатурна

Из-за высокой яркости свечения Сатурн, как и Марс, Венера и Юпитер, был открыт очень давно. В сохранившихся записях вавилонских астрономов VIII века до нашей эры было описано движение планеты, которую они называли Кайману и ассоциировали с богом грома и дождей Нинибом.

Древнегреческий ученый Клавдий Птолемей рассчитал орбиту Сатурна и понял, что среди известных на то время это самая удаленная от Земли планета.

В ранней античности планету называли Файнон в честь бога блуждающих звезд, а позднее переименовали в Кронос — лидера титанов и отца Зевса. В римской мифологии Кроносу соответствует Сатурн. Представители других культур также давали планете собственные наименования.

• Славяне — Земля Стрибога.
• Евреи — Шаббатай.
• Османы — Зухал.

Исследования Сатурна с помощью телескопа

Во время наблюдений в 1610 году Галилео Галилей увидел, что небесное тело, называемое Сатурном, имеет неправильную круглую форму. Он предположил, что такую форму образуют 2 крупных спутника с очень низкой орбитой обращения. Спустя 45 лет Христиан Гюйгенс использовал более мощный телескоп и понял, что такой визуальный эффект создают кольца, окружающие планету. Позднее Гюйгенс открыл самый крупный спутник Сатурна — Титан.

До конца XVII века Джованни Кассини открыл еще 4 спутника, также названные в честь титанов, и увидел промежуток между кольцами. За 2 последующих столетия общее количество обнаруженных спутников Сатурна возросло до 9. В 1944 году ученые открыли, что на Титане есть достаточно плотная атмосфера — одно из главных условий существования жизни.

Космические исследования Сатурна

Сатурн находится на значительном отдалении от Земли — в среднем в 2 раза дальше, чем Юпитер. Это серьезно усложняет возможность расчета оптимальной траектории и, как следствие, отправки космических аппаратов. За всю историю полетов были реализованы всего 4 подобные миссии.

В 1973 году команда из НАСА запустила зонд «Пионер-11». Впервые в истории рукотворный объект смог достичь обоих газовых гигантов. Аппарат использовал для разгона гравитационное поле Юпитера и в 1979 году сблизился с Сатурном на расстояние всего в 21 000 километров. Во время сближения зонд едва не столкнулся с ранее неизвестным малым спутником Сатурна Эпиметеем. Во время пролета было исследовано магнитное поле Сатурна и строение его колец. Также датчики измерили температуру на Титане и определили, что она слишком низкая для жизни.

В 1980 году Сатурна достиг аппарат «Вояджер-1». Основываясь на опыте «Пионера», ученые поняли, как эффективнее совершить гравитационный маневр, поэтому путешествие заняло всего 3 года. С расстояния 124 000 километров аппарат определил состав атмосферы, зафиксировал внутреннюю тепловую энергию и уточнил структуру колец. Спустя 9 месяцев с Сатурном сблизился «Вояджер-2», который определил температуру и атмосферное давление планеты, а также детально изучил ее северный полюс.

Следующая миссия на Сатурн состоялась уже в XXI веке. Ее особенность была в том, что к планете отправили сдвоенный аппарат, состоящий из орбитальной станции «Кассини» и посадочного модуля «Гюйгенс». Аппарат «Кассини-Гюйгенс» сблизился с Сатурном и совершил 2 облета Титана в конце 2004 года, после чего разделился на 2 части:

• выполнив ряд сложных маневров, «Кассини» вышел на орбиту Сатурна, став его первым искусственным спутником. За время своей работы он исследовал ураганы и кольца планеты, обнаружил метановые озера на Титане и гейзеры на Энцеладе. В 2017 году «Кассини» передал снимки, сделанные всего в 3 000 километрах от Сатурна, после чего запланированно сгорел в его атмосфере;
• в январе 2005 года «Гюйгенс» успешно преодолел атмосферу Титана и совершил мягкую посадку. Используя «Кассини» как ретранслятор, аппарат передал на Землю 350 снимков с поверхности и данные об атмосфере, после чего связь с ним была утеряна.

Характеристики Сатурна

Орбита и вращение

Сатурн обращается вокруг Солнца по эллиптической вытянутой орбите. В ближайшей точке к Солнцу (перигелии) расстояние между ними составляет 1,353 млрд километров, а в наиболее отдаленной (афелии) — 1,513 млрд километров (на 10,5% больше). Разница в расстояниях достаточно существенна, но все же орбита планеты вытянута меньше, чем у Марса и Меркурия. Один оборот вокруг Солнца Сатурн совершает за 29,5 земных лет.

Разные части Сатурна движутся с разной скоростью, поэтому планета вращается вокруг своей оси неравномерно. На экваторе и прилегающих широтах элементы атмосферы делают полный оборот за 10 часов и 14 минут, а северным и южным областям требуется на 14 минут больше. Такое быстрое вращение приводит к изменению размеров планеты, как будто Сатурн сплющивают с обоих полюсов.

Размеры и масса

На экваторе диаметр Сатурна составляет 120 500 километров, а между полюсами — 108 700 километров. Объем газового гиганта поистине колоссален — внутри Сатурна можно разместить 763 планеты размером с Землю. Если вообразить, что Сатурн — это футбольный мяч, на его фоне наша планета будет размером с черешню.

Сатурн имеет очень низкую среднюю плотность — 0,7 г/см³. Плотность воды составляет 1 г/см³, поэтому, если поместить планету в огромный океан, она будет плавать по его поверхности, будто состоит из дерева. Низкая плотность оказывает влияние и на массу планеты, всего в 95 раз превышающую земную.

Внутреннее строение

Сатурн не имеет твердой поверхности. Условно таковой можно считать массивное ядро в центре планеты. Анализ гравитационного поля показал, что оно имеет диаметр около 25 000 километров (в 2 раза больше, чем у Земли). Согласно компьютерным моделям, ядро состоит из металлов, минералов и водорода. Из-за сильного давления эти элементы переходят в особое жидкое состояние. Температура в этой области достигает 11 700 °C, благодаря чему Сатурн излучает больше тепловой энергии, чем получает от Солнца.

Атмосфера

Атмосфера Сатурна состоит преимущественно из водорода (96%) и гелия (3%). Похожий состав имеют звезды, но со значительно более высокой долей содержания гелия (25%). Научные приборы космических зондов зафиксировали незначительные следы таких элементов, как аммиак, метан, пропан, ацетилен и водяной пар.

На Сатурне формируются плотные облака с примесями аммиачного и водяного льда. Они вытягиваются параллельно экватору, образуя узкие и широкие полосы. По мере продвижения от нижних слоев к верхним давление и температура постепенно снижаются — от 20 до 0,5 бар и от +30 до -180 °C соответственно. В основном атмосфера Сатурна достаточно однородна и в ней редко фиксируются какие-либо аномалии.

Климат

Климат на Сатурне можно охарактеризовать как ураганный. Ветра, скорость которых достигает 500 м/с, дуют с запада на восток (по направлению вращения). Раз в несколько десятков лет на планете образуется гигантский шторм, который называют Большим белым пятном. Вихрь диаметром несколько тысяч километров возникает из-за неизвестного источника энергии, который нагревает газы до 60 °C и поднимает их в верхние холодные слои атмосферы.

Кольца Сатурна и их формирование

Системы колец есть у Юпитера, Урана и Нептуна, однако ни одна из этих планет не может сравниться по величине и яркости с кольцами Сатурна. Они вращаются вокруг планеты на расстоянии от 6 000 до 120 000 километров, но при этом их толщина не превышает и 30 метров. Исследования показали, что формирующие кольца частицы почти полностью состоят из водяного льда с небольшими примесями горных пород.

Как именно были сформированы кольца, доподлинно неизвестно. Ученые отдают предпочтение 2 основным теориям:

• кольца сформировались из планетарной туманности в то же время, что и сам Сатурн;
• кольца сформировались из-за столкновения двух крупных объектов примерно 100 млн лет назад.

Спутники Сатурна

У Сатурна открыто 146 естественных спутников — больше, чем у любой другой планеты Солнечной системы. При этом об открытии 63 из них сообщили совсем недавно — в 2023 году. Большинство спутников имеют неправильные формы и вытянутые нестабильные орбиты. Их средний диаметр разнится от 2 до 200 километров. Мы не будем описывать их все, а рассмотрим 3 наиболее примечательных: Титан, Энцелад и Япет. Это крупные спутники, каждый из которых имеет уникальные свойства в рамках Солнечной системы. Первый из них – самый крупный спутник Сатурна и второй по величине в Солнечной системе, второй можно назвать «долиной гейзеров» благодаря геологической активности, а третий примечателен своей «двуликостью»: одно его полушарие яркое, другое темное.

• Титан. Крупнейший спутник Сатурна имеет диаметр около 5 000 километров, чем превосходит нашу Луну и Меркурий. У Титана есть устойчивая атмосфера, состоящая из метана из азота. На спутнике часто идут метановые дожди. Вместе с подземными жидкостями они наполняют местные озера, реки и моря. Если проводить аналогию с Землей, на Титане происходит круговорот метана - подобно тому, как на нашей планетет происходит круговорот воды.

• Энцелад. Шестой по величине спутник Сатурна имеет диаметр чуть больше 500 километров. Вся его поверхность покрыта льдом, прекрасно отражающим солнечные лучи. Под слоем льда находится океан жидкой воды, который время от времени проявляет себя в виде мощнейших гейзеров. Наблюдения показывают, что Энцелад геологически активен и генерирует достаточно тепла для выживания простых форм жизни.
• Япет. Наиболее удаленный среди крупных спутников Сатурна имеет диаметр около 1 500 километров. Япет привлекает внимание астрономов из-за аномальной контрастности — одно из его полушарий черное, а другое белое. Считается, что первоначально Япет был похож на Энцелад, но после столкновения с крупным объектом одна его часть приобрела темный цвет. На экваторе располагается горный хребет протяженностью 1 300 километров и высотой до 20 километров.

Интересные факты

• В современном греческом языке планета сохранила свое древнее название — Кронос. Остальные планеты греки также называют именами персонажей из собственных мифов.
• Орбитальную станцию «Кассини» уничтожили в атмосфере Сатурна, чтобы избежать попадания земных микроорганизмов на спутники, на которых потенциально может существовать жизнь.
• На северном полюсе Сатурна замечен сильнейший вихрь, который поддерживает постоянную форму правильного шестиугольника — гексагона.

• Из-за огромного количества спутников Сатурна названия для них выбираются не только из античной, но и галльской, скандинавской и эскимосской мифологий.
• В 2009 году в 13 млн километров от Сатурна обнаружили тусклое пылевое кольцо. Оно было названо в честь спутника Фебы, из частиц которого предположительно состоит кольцо.

Сатурн в литературе и кинематографе

Упоминание о Сатурне впервые появляется в художественной книге в 1752 году — в повести Вольтера «Микромегас». В ней описывается мир, населенный высокоразвитыми существами ростом около 2 километров. В среднем они живут около 15 000 лет и способны испытывать 72 разных чувства.

Ещё одной популярной фантастической книгой о Сатурне является рассказ польского писателя Станислава Лема «Дознание», вышедший в 1968 году. В нем рассказывается о космическом пилоте Пирксе, который в составе экспедиции из людей и роботов отправляется исследовать кольца Сатурна. В книге поднимается важная тема способности человека переносить дальние космические полеты. В 1978 году по книге Лема был снят фильм «Дознание пилота Пиркса».

Одним из самых высоко оцененных документальных фильмов, в которых показан Сатурн, является «Путешествие на край Вселенной» 2008 года. Это документальная картина от National Geographic, в которой зритель постепенно «отдаляется» от Земли, подробная изучая каждую планету Солнечной системы. Вся компьютерная графика была создана на основе снимков космического телескопа Хаббл.

Вопрос-ответ

Кто открыл Сатурн?

Сатурн хорошо виден на небе, поэтому открыть его могли жители самых древних цивилизаций. Первые упоминания о планете датированы VIII веком до нашей эры.

Сколько колец у Сатурна?

В общей сложности у Сатурна выделяют 14 колец, но лишь 3 из них хорошо различимы с Земли.

Есть ли жизнь на планете Сатурн?

Условия на Сатурне слишком экстремальны для существования известных нам форм жизни. Однако простые организмы по мнению ученых, могли бы выжить не на самом Сатурне, а на его спутнике Энцеладе.

В честь кого назвали планету Сатурн?

Сатурн назван в честь главного древнеримского титана. В более ранней греческой мифологии его аналогом является Кронос.

Какая по счету планета Сатурн в Солнечной системе?

Сатурн — шестая по счету планета в Солнечной системе.

Какое расстояние от Сатурна до Солнца?

В перигелии расстояние от Сатурна до Солнца составляет 1 353 млрд км (9,05 а. е.), а в афелии — 1 513 млрд км (10,12 а. е.).

Какое расстояние от Земли до Сатурна?

В зависимости от взаимного расположения планет расстояние от Земли до Сатурна составляет от 1 195 до 1 660 млрд км.

Почему у Сатурна есть кольца?

Кольца Сатурна образовались или одновременно с самой планетой, или позже из-за столкновения двух крупных объектов на орбите.

Во сколько раз Сатурн больше Земли?

Диаметр Сатурна в 9 раз больше, чем у Земли, а объем — в 763,5 раза.

Сколько длится год на Сатурне?

Год на Сатурне длится 29,45 земных лет.

Сколько длятся сутки на Сатурне?

Сутки на Сатурне длятся 10 часов и 14 минут.

Изображение на обложке: Freepik