Кольца Сатурна; уникальная достопримечательность Солнечной системы

Кольца Сатурна — уникальная достопримечательность Солнечной системы

Все знают про существование планеты Сатурн. И хотя многие не могут сказать толком, где она находится и каковы её основные характеристики, все могут назвать основную достопримечательность Сатурна – его кольца. Да, ни одна другая планета Солнечной системы не имеет такого шикарного украшения, делающего её похожей на сомбреро.

Наверняка вы задумывались, что это за странные образования, откуда они появились, из чего состоят. Пришло время узнать ответы на эти вопросы и рассказать про это своим детям.

Основные элементы структуры колец Сатурна

Название Расстояние до центра Сатурна, км Ширина, км
Кольцо D 67 000—74 500 7500
Кольцо C 74 500—92 000 17500
Щель Коломбо 77 800 100
Щель Максвелла 87 500 270
Щель Бонда 88 690—88 720 30
Щель Дейвса 90 200—90 220 20
Кольцо B 92 000—117 500 25 500
Деление Кассини 117 500—122 200 4700
Щель Гюйгенса 117 680 285—440
Щель Гершеля 118 183—118 285 102
Щель Рассела 118 597—118 630 33
Щель Джефриса 118 931—118 969 38
Щель Койпера 119 403—119 406 3
Щель Лапласа 119 848—120 086 238
Щель Бесселя 120 236—120 246 10
Щель Барнарда 120 305—120 318 13
Кольцо A 122 200—136 800 14600
Щель Энке 133 570 325
Щель Килера 136 530 35
Деление Роша 136 800—139 380 2580
R/2004 S1 137 630 300
R/2004 S2 138 900 300
Кольцо F 140 210 30—500
Кольцо G 165 800—173 800 8000
Кольцо E 180 000—480 000 300 000

Составное изображение колец Сатурна

Составное изображение колец Сатурна. Продолжение

Полагают, что кольца Сатурна – остатки от комет и уничтоженных спутников. Каждое выполняет оборот вокруг планеты на своей скорости. Стоит отметить, что кольцевые системы присутствуют также у Юпитера, Урана и Нептуна. Но по масштабности и зрелищности Сатурн стоит на первом месте. Вместе его кольца в толщине охватывают 282000 км.

Атмосфера и температура

Основным веществом, находящимся в верхнем слое планеты, является водород – его доля составляет 96,3%, на гелий приходится 3,25%, а остальные вещества занимают лишь 0,45% от общего объема. Ученые установили, что среди последних имеются фосфин, этан, ацетилен, аммиак, метан и пропан.

Над поверхностью находится слой облаков, разделенный на верхний и нижний уровни. Первый заполнен аммиачными кристаллами, а ближе к поверхности располагается смесь воды и гидросульфида аммония. На облака воздействуют ультрафиолетовые лучи, которые запускают процесс метанового фотолиза. Его результатом является начало химических реакций углеводорода.

Атмосфера состоит из линий, которые становятся шире ближе к экватору. Также ее можно разделить на два слоя. В верхнем давление меняется от 0,5 до 2 бар, а температура от -173 до -113 градусов Цельсия. В нижнем эти параметры варьируются в диапазонах 10-20 бар и от -3 до 57 градусов Цельсия соответственно. Между слоями находится прослойка, состоящая из ледяных облаков. Там происходит плавное изменение температур и давления.

Атмосфера Сатурна

Иногда в атмосфере Сатурна образуются овальные пятна, которые по цвету белее, чем остальные облака. Из-за этого они легко различимы на поверхности. Ученые пока не смогли объяснить их природу, но наблюдения показывают, что образование пятен имеет закономерность. Например, когда на северном полушарии газового гиганта начинается летнее солнцестояние, в этой области планеты появляется Большое Белое Пятно. Есть версия, что образование белых участков связано с электростатическим возмущением.

Читать еще:  Скорость вращения Земли вокруг Солнца: за какой период

По поверхности гиганта гуляют ветра, причем их скорость может достигать 500 м/с. Это второй показатель в Солнечной системе после Нептуна. На севере планеты возникают потоки, имеющие волновую структуру, а на южном – струйную.

Одним из крупнейших вихрей, зарегистрированных телескопом Хаббл, стал поток ветра шестиугольной формы, движущийся по южному полушарию. Его радиус составлял 6 900 км, а на полный оборот уходило 10 ч 39 мин.

Система колец

Кольца были названы по алфавиту в порядке их обнаружения. Сами кольца расположены достаточно близко друг к другу, исключение составляет лишь так званое деление Касини, имеющее разрыв в пространстве на 4700 км. Это самый большой разрыв, отделяющий кольцо А от кольца В.

Далее идут несколько других колец, сменяющихся небольшими разрывами между собой.

Интересный факт: кольцо F находится между двумя спутниками Сатурна: Прометеем и Пандорой, ученые полагают, что эти спутниками своими гравитационными воздействиями могут изменять форму колец.

30 июня 2004 г. исследовательский аппарат Кассини успешно пролетел через кольца Сатурна между двумя внешними кольцами F и G. Для защиты от микрометеоритов использовалась радиоантенна диаметром 4 метра. При пролёте аппарат получил более 100 тысяч ударов микрометеоритами, но серьёзно не пострадал.

В кольцах Сатурна наблюдаются необычные образования — «спицы», представляющие собой светлые и тёмные полосы, идущие поперёк колец. Впервые спицы были обнаружены аппаратами серии «Вояджер». Поскольку кольцо Сатурна не является единым телом и внутренние слои вращаются вокруг планеты быстрее внешних, то спицы должны быстро разрушаться, однако этого не происходит. Хотя спицы не являются долговечными образованиями, они могут существовать существенно дольше, чем можно было бы предположить, исходя из законов небесной механики. Высказаны гипотезы о влиянии электростатических либо гравитационных сил на формирование спиц.

В 2009 году было открыто ещё одно кольцо — кольцо Феба диаметром более 13 миллионов километров.

Также ученые предполагают наличие системы колец у спутника Сатурна Реи — кольца Реи.

Скорость вращения Сатурн — 10 часов и 33 минуты

Не считая Юпитера, Сатурн является самой быстро вращающейся планетой в Солнечной системе — она совершает полный оборот вокруг своей оси всего за 10 часов и 33 минуты. Из-за такой скорости вращения Сатурн более выпуклый на экваторе (и сплющенный на полюсах), что еще больше которые еще больше подчеркивает его знаковые кольца.

Прежде чем перейти к вопросу о происхождении данного явления нужно сделать ряд предварительных замечаний. Согласно закону Э. Роша, как только какой-либо спутник, имеющий плотность, равную плотности какой-либо планеты, приблизится к ней на расстояние, равное 2,44 радиуса планеты и меньшее (предел Роша), он распадётся на обломки. Расстояние от Сатурна до внутреннего кольца равняется 1,28 его радиуса, до внешнего – 2,27 радиуса. Таким образом, вся система находится внутри предела Роша.

1) Возникли в результате разлома какого-либо небесного тела (спутника, астероида, кометы). Причиной разрушения могло стать мощное притяжение, которым обладает планета в силу своих размеров. Тело разлетелось на множество осколков, которые и образовали знаменитые кольца. Эта теория основывается на расчётах ученных, согласно которым, любой спутник, приблизившийся на близкое расстояние, был быть разорван под действием силы притяжения Сатурна.

2) Пояс планеты – остатки большого облака рядом с планетой. Из его внешней части появились спутники, внутренние же остались в виде колец. Их текущее состояние обусловлено притяжением планеты, которое мешает образованию крупных небесных тел. Теория обоснована наличием крупных частиц в кольцах. Система Сатурна — едва ли не единственное место, где можно обнаружить остатки допланетной материи.

Существует и третья теория, выдвинутая Робином Канупом. Она основана на химическом составе кольцевых объектов, на 90% состоящих из льда. Дело в том, что если бы они были образованы из какого-либо небесного тела, то они должны иметь в своём составе 50% и более минералов. Согласно этой теории, кольца появились в результате поглощения Сатурном своих спутников.

Читать еще:  Планета Нептун: физические характеристики, атмосфера и климат

На заре появления газового гиганта он имел несколько первичных спутников. Из-за большой силы притяжения Сатурн притягивал их к себе. Теряя свои орбиты, они разрушались. Минералы, находящиеся в составе этих спутников поглотил Сатурн, лёд же остался на орбите.

Помимо происхождения пояса Сатурна, вызывает интерес и вопрос о том, почему он всё ещё существуют. Согласно законам физики, кольца должны постепенно терять своё вещество. Силой, которая удерживает их на месте, являются спутники Сатурна. Они не дают распасться двум самым крупным кольцам (А и В), не пропуская их частицы через свою орбиту.

Сатурн: факты о планете с кольцами

Сатурн – шестая от Солнца планета и вторая по величине планета в Солнечной системе. Это самая удалённая от Земли планета, видимая невооружённым глазом, но наиболее выдающиеся особенности планеты – её кольца – лучше наблюдать в телескоп. Хотя у других газовых гигантов Солнечной системы – Юпитера, Урана и Нептуна – также есть кольца, кольца Сатурна особенно заметны, что дало ему прозвище “окольцованная планета”.

Физические характеристики Сатурна

Сатурн – газовый гигант, состоящий в основном из водорода и гелия. Объём Сатурна в 760 раз, а масса в 95 раз больше аналогичных земных параметров. Планета с кольцами – наименее плотная из всех планет и единственная менее плотная, чем вода. Если бы существовала достаточно большая ванна, чтобы вместить Сатурн, то планета плавала бы на поверхности.

Жёлтые и золотые полосы, наблюдаемые в атмосфере Сатурна, объясняются наличием сверхбыстрых ветров в верхних слоях атмосферы, которые могут достигать скоростей до 1800 км/ч в районе экватора. Сатурн совершает один оборот вокруг своей оси примерно за 10,5 часов. Из-за такого быстрого вращения Сатурн имеет немного сплюснутую форму (планета более вытянута на экваторе). Диаметр вдоль экватора равен 120 000 километров, а от полюса до полюса – 109 000 километров.

Кольца Сатурна

Галилео Галилей первым увидел кольца Сатурна в 1610 году. Сорок пять лет спустя, в 1655 году, голландский астроном Христиан Гюйгенс, у которого был более мощный телескоп, предположил, что у Сатурна имеется тонкое плоское кольцо.

По мере того, как учёные применяли более совершенные инструменты, они продолжали узнавать больше о структуре и составе колец. На самом деле Сатурн имеет множество колец, состоящих из миллиардов частиц льда и камня, размером от крупинки сахара до целого дома. Считается, что частицы являются обломками комет, астероидов или разрушенных спутников. Исследование 2016 года также показало, что в прошлом кольца могли быть карликовыми планетами.

По ширине кольца превышают 7000 диаметров планеты. Главные кольца обычно имеют толщину всего около 9 метров, но космический зонд “Кассини-Гюйгенс” обнаружил вертикальные образования в некоторых из колец с частицами, скапливающимися в неровностях и гребнях высотой более 3 километров.

Кольца Сатурна. Авторы и права: NASA / Cassini.

Кольца названы в алфавитном порядке в порядке их обнаружения. Главные кольца, известны как C, B и A. Самым внутренним является чрезвычайно слабое кольцо D, а самое внешнее на сегодняшний день, обнаруженное в 2009 году, настолько велико, что в него может поместиться миллиард Земель. Разрыв шириной около 4700 километров, разделяет кольца B и A.

В кольцах Сатурна были замечены таинственные спицы , которые, кажется, формируются и пропадают всего за несколько часов. Учёные предположили, что эти спицы могут состоять из электрически заряженных слоёв частиц размером с пылинку, созданных небольшими метеорами, ударяющими по кольцам.

Читать еще:  Луч от Солнца до Земли: время полета фотона света

Кольцо F также имеет любопытный плетёный вид. Кольцо состоит из нескольких более узких колец, и изгибы в них могут создавать иллюзию того, что они заплетены. Удары астероидов и комет также изменили внешний вид колец.

В конце своей миссии зонд “Кассини” подошёл к кольцам ближе, чем любой другой космический аппарат. Зонд собрал данные, которые всё ещё анализируются, но он уже дал представление о цветах некоторых спутников Сатурна. В промежутках между кольцами зонд обнаружил необычно сложные химические вещества и провёл новые измерения магнитного поля планеты.

Спутники Сатурна

У Сатурна не менее 62 спутников. Самый большой, Титан, немного больше Меркурия и является вторым по величине спутником в Солнечной системе после спутника Юпитера Ганимеда (наша Луна – пятая по величине).

Некоторые луны имеют экстремальные черты. Пан и Атлас имеют форму летающих тарелок; У Япета одна сторона яркая, как снег, а другая тёмная, как уголь. Энцелад демонстрирует свидетельства “ледяного вулканизма”: скрытый океан извергает воду и другие химические вещества из 101 гейзера, обнаруженного на южном полюсе этого спутника. Некоторые из этих спутников, такие как Прометей и Пандора, называются спутниками-пастухами, потому что они взаимодействуя с материалом колец, удерживая сами кольца на своих орбитах.

Атлас – малый, внутренний спутник Сатурна. Авторы и права: Carolyn Porco / NASA.

Хотя учёные обнаружили много спутников, у Сатурна имеются и другие небольшие спутники, которые постоянно создаются и разрушаются.

Влияние Сатурна на Солнечную систему

Как самая массивная планета в Солнечной системе после Юпитера, притяжение Сатурна повлияло на судьбу нашей Солнечной системы. Возможно, это помогло выбросить Нептун и Уран наружу. Наряду с Юпитером он мог также бросить шквал обломков на внутренние планеты в начале истории системы.

Учёные всё ещё изучают, как формируются газовые гиганты, и запускают модели раннего формирования Солнечной системы, чтобы понять роль, которую Юпитер, Сатурн и другие планеты играют в нашей Солнечной системе. Исследование 2017 года предполагает, что Сатурн в большей степени, чем Юпитер, уводит опасные астероиды от Земли.

Исследование и разведка

Первым космическим аппаратом, достигшим Сатурна, был “Пионер 11” в 1979 году, который пролетел в пределах 22 000 километров от окольцованной планеты. Изображения с космического зонда позволили астрономам обнаружить два внешних кольца планеты, а также присутствие сильного магнитного поля. Космический зонд “Вояджер” помог астрономам обнаружить, что кольца планеты состоят из более тонких структур. Аппарат также отправил обратно данные, которые позволили открыть ещё три спутника Сатурна.

Космический зонд “Кассини”, орбитальный аппарат Сатурна, был самым большим межпланетным космическим кораблём из когда-либо построенных. Двухэтажный зонд весил 6 тонн (5,4 метрических тонны). Он помог идентифицировать гейзеры на ледяном спутнике Энцеладе и нёс зонд Гюйгенс, который прошёл через атмосферу Титана и успешно достиг его поверхности.

Космический корабль “Кассини” впервые пролетел через гейзеры спутника Сатурна Энцелада в ноябре 2009 года. Авторы и права: NASA / JPL / Space Science Institute.

После десяти лет наблюдений “Кассини” обеспечил учёных невероятными данными о планете с кольцами и её спутниках, а также фотографию, воссоздающую исходное изображение “Бледно-голубая точка”, на котором Земля запечатлена с орбиты Сатурна. Миссия завершилась в сентябре 2017 год, когда “Кассини” сгорел в атмосфере Сатурна, чтобы избежать небольшого шанса столкновения зонда со спутником и заражения последнего земными бактериями.

Хотя на данный момент никаких миссий к Сатурну не запланировано, учёные предложили миссии по исследованию ледяных спутников Энцелада или Титана. В этих исследованиях могут участвовать подводные лодки или модифицированные вездеходы.

Ссылка на основную публикацию
Статьи на тему:

Adblock
detector