Сатурн: властелин колец

Презентацию подготовили 

ученицы 11 ф-м «Б»  класса

Редькова Каролина

Ладеева Александра

 

 

Сатурн: Властелин  колец

Название:	Сатурн
Диаметр:	120 000 км
Масса:	5,7*10^26 кг
Плотность:	690 кг/м3
Период вращения:	10 часов 40 мин  30 с
Ср. расст. от Земли:	9,54 а.е.
Период обращения:	29,46 года
Эксцентриситет  орбиты:	0,056
Наклон орбиты:	2,5°

Из истории

 

Планета известна с  самых древних времен. Максимальная видимая звездная величина Сатурна +0,7m. Эта планета – значительно слабее по блеску, чем Венера, Юпитер и Марс. Его тусклый свет, имеющий матово-белый оттенок, а также очень медленное движение по небу создали планете дурную славу: рождение под знаком Сатурна издревле считалось плохим предзнаменованием.

 

Изображение бога Сатурна  на стене древнего замка

Происхождение 

 

Происхождение Сатурна объясняют две основные гипотезы:

    1) 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.

 

      2)  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 (рассеялась) 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 процесс аккреции газа на эти тела из первичного протопланетного облака. На втором этапе температура наружных слоёв Сатурна достигала 2000 °C.

Вид Сатурна  в современный телескоп (слева) и  в телескоп времён Галилея (справа).

История открытий связанных  с планетой Сатурн и его спутниками

 

Год	Ученый	Открытие
1610г	Г. Галилей	Первое  телескопическое наблюдение Сатурна. Зарисовано как три звездочки.
1633г		Первая  зарисовка Сатурна.
1655г	Г.Х. Гюйгенс	25 марта  открывает кольцо Сатурна и  первый спутник - Титан.
1671г	Дж. Кассини	Открывает спутник Япет, 23.12.1672г - спутник Рея, 1675г - цель в кольце, в 1684г спутники Тефия и Диона.
1790г	В. Гершель	Определяет  период вращения Сатурна
1837г	И. Ф. Энке	Открывает вторую щель в кольце.
1838г	И. Г. Галле	Открывает внутреннее кольцо Сатурна (кольцо С  в кольце В)
1840г	Дж. Ф. Гершель	Дает  название первым пяти открытым спутникам.
1857г	К.  Максвелл	Доказал теоретически, что кольца должны состоять из множества несвязанных частиц (работа печатается в 1859г).
1895г	А.А. Белопольский	Доказывает  метеорный состав колец Сатурна.
1932г		В атмосфере  планеты открыты метан и аммиак.
1979г	КА "Пионер - 11"	Пролетая 1 сентября в 21400 км от планеты,  обнаружил  магнитосферу планеты и показал  тонкую структуру колец. Открыты  два новых кольца.
1980г	КА "Вояджер - 1"	12 ноября  пролетает мимо планеты в 123000 км, исследует спутник Титан, открывает  5 спутников, новые кольца.
1981г	КА "Вояджер - 2"	27 августа  сближается с планетой. Исследует  Титан, радиационные пояса, магнитное  поле.
2000г	Бретт Глэдман	В течение  года открывает 10 новых спутников  у планеты.

"Кассини" и  "Вояджеры"

 

Станция "Кассини" была запущена 15 октября 1997 года. Чтобы  долететь от Земли до Сатурна ей понадобилось 7 лет. Все эти годы большая часть приборов спала. Путешествие успешно закончилось в июле 2004 года, когда станция стала искусственным спутником Сатурна.

 

35 лет назад были  запущены два зонда, целью которых  было исследование гигантских  планет нашей системы. «Вояджер-1»  и «Вояджер-2». Они выполнили  свои задачи, но работают до  сих пор. Оба «Вояджера» впервые  передали качественные снимки  Юпитера и Сатурна, а «Вояджер-2»  впервые достиг Нептуна и Урана.

 

Снимки, сделанные  аппаратами на орбите Сатурна.

Гиперион: кратеры	10.08.2006	Звезда: облака Сатурна	09.08.2006
В отличие  от большинства унылых и серых  лун в Солнечной системе Гиперион имеет коричневатый цвет. Происхождение  подобного оттенка луны пока не известно, но предположительно он связан с частой бомбардировкой метеоритами его  поверхности.		Космический корабль Кассини сфотографировал непрозрачный туман в верхнем слое атмосферы Сатурна, на фоне яркой звезды Ригель Ориона. Такие снимки помогают в исследовании частиц и молекул атмосферного тумана на планете.

Кольца: спрятанная Рея	09.08.2006	Атлас: кольца Сатурна	01.08.2006
На этом изображении кольца Сатурна не смогли спрятать ледяной полумесяц Реи. Вторая по величине яркая луна планеты гиганта сияет сквозь промежутки и разрывы в неосвещенных кольцах. (Узкоугольная камера - 1 июля 2006 - 1,2 миллионов км от Реи).		Космический аппарат Кассини нашел небольшую  луну Сатурна - Атлас при его скольжении на краю кольца. Атлас - необычный спутник нестандартной формы, он имеет экваториальную выпуклость. Изображение получено с расстояния в 283 000 км.

Сатурн: туманы Титана	28.07.2006	Кольца: спутник Пан	27.07.2006
Перед близким  пролётом около Титана космический  аппарат Cassini получил это туманное изображение. Темные области (в экваториальной зоне) на луне содержат большие области дюн. Эти области были временно названы Aaru и Senkyo.		Скрытая в промежутке Энке маленькая луна Пан (26 километров в диаметре) частично расположена в тени на этом изображении. Пан подобно Атласу имеет небольшой горный хребет.

Сатурн: белые полосы	26.07.2006	Диона: встреча  с Мимасом	25.07.2006
Кассини сфотографировал белую продольную полосу проходящую по кольцу B. Это очень  редкое явление, в последний раз  было зарегистрировано в 2006, на неосвещенной стороне колец. Это первое фото явления под таким высоким углом.		Космический аппарат Кассини запечатлел неосвещенную плоскость колец Сатурна, и это "объединение" двух лун: небольшого Мимаса и Дионы. Подобные обзоры очень редкие. Показана ночная сторона Дионы слабо освещенная светом.

Титан: озера  на полюсе	25.07.2006	Титан: озера  на полюсе	25.07.2006
Некоторые области 'озер' и каналов полностью  темные, это значит что они не отражают радарный сигнал, следовательно  эти области полностью глад-кие. Некоторые области имеют ступенчатую  структуру - они могли сформироваться при испарении.		Ученые  предположили, что 'озера', расположенные  около полярных областей, сформированы из жидкого метана или этана. На радарных снимках были обнаружены каналы ведущие  от озер, по мнению ученых они возникли под действием жидкости.

Титан: озера  найдены!	25.07.2006	Титан: спутник  Рея	25.07.2006
Космический аппарат Кассини, используя радарную систему, при очередном пролете  Титана обнаружил отчетливые следы  метановых озер! Темные пятна, напоминающие земные озера, охватывают высокие широты Титана около Северного полюса.		На изображении  встретились две самых больших  луны планеты-гиганта Сатурна: Титан (5150 км) и Рея (1528 км). Обзор получен 11 июня 2006 узкоугольной камерой Cassini, с расстояния 3,6 млн км от Реи и 5,3 млн км от Титана.

Титан: облачный гигант	14.07.2006	Сатурн: Мимас и Энцелад	14.07.2006
На один снимок были пойманы несколько ледяных  лун Сатурна. На неосвещенной стороне  колец расположились - Титан, Тефия  и Энцелад. Причем Энцелад запечатлен с перьями гейзеров. Изображение получено 10 июня 2006 (5,3 млн км от Титана)		Неосвещенная  сторона колец пылает рассеянным солнечным светом. На снимке видны две луны планеты: слева - темный Мимас, справа - освещенный отраженным светом Энцелад. Часть плоскости колец (близкая к нам) закрыта тенью Сатурна.

 Атмосфера

 

• В телескоп средней силы хорошо заметно, что шар Сатурна сильно. Его сжатие составляет порядка 10 %. На "поверхности" планеты выделяются параллельные экватору полосы, правда менее четкие, чем у юпитера. В этих полосах можно рассмотреть многочисленные, хотя и неяркие, именно по ним Уильям Гершель определил период вращения Сатурна. Он оказался очень коротким 10 ч 16 мин.
• Сатурн имеет одну интересную особенность: он – единственная планета в Солнечной системе, чья плотность меньше плотности воды (700 кг на кубический метр). Если бы было возможно создать огромный океан, Сатурн смог бы в нем плавать! Ускорение свободного падения на уровне облачной поверхности составляет g = 9,44 м/с2.
• Вдоль экватора планеты проходит гигантское атмосферное течение шириной в десятки тысяч километров, скорость его достигает 500 м/с. Ветра дуют, большей частью, в восточном направлении ( как и большинство планет, Сатурн вращается с запада на восток). Сила ветров ослабевает при удалении от экватора. У Сатурна ось вращения совпадает с осью диполя. Некоторые заряженные частицы, двигаясь от полюса к полюсу, проходят через систему колец и поглощаются там льдом и пылью. Поэтому в области колец магнитосфера Сатурна очень пуста – в ней очень мало заряженных частиц.
• Ультрафиолетовый спектрометр зарегистрировал в южной полярной области Сатурна полярные сияния, охватывающие область протяженностью свыше 8000 км и сравнимые по интенсивности с такими явлениями на Земле.

        "Ураган Дракона", он хорошо виден на этом изображении, полученном в ближней ИК-области. Исследуя результаты, полученные Кассини, ученые обнаружили, что "Ураган Дракона" является причиной таинственных вспышек в радиодиапазоне. Возможно, мы видим гигантскую грозу на Сатурне, когда радиошум возникает из-за высоковольтных разрядов в молниях.

 

Южное полушарие  Сатурна

Внутреннее строение Сатурна

 

Ниже атмосферы  простирается океан жидкого молекулярного  водорода. На глубине около половины радиуса планеты давление в нем  достигает 3 млн атмосфер, и водород  уже не может существовать в молекулярном состоянии. Он становится металлическим, хотя и по-прежнему жидким. 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.

Магнитосфера

 

Магнитосфера  Сатурна по размерам примерно в три раза меньше агнитосферы Юпитера и простирается в направлении Солнца примерно на 1 млн. км.

"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.

Великолепие Колец  Сатурна

 

Существует 3 основных кольца, названных A, B и C. Они  различимы без особых проблем  с Земли. Есть и более слабые кольца – D, E, F. При ближайшем рассмотрении колец оказывается великое множество. Между кольцами существуют щели, где  нет частиц. Та из щелей, которую  можно увидеть в средний телескоп с Земли (между кольцами А и  В), названа щелью Кассини. В ясные ночи можно даже увидеть менее заметные щели. Внутренние части колец вращаются быстрее внешних.

 

Ширина  колец равна 400 тыс. км, однако в толщину  они составляют всего несколько  десятков метров.

Все кольца состоят из отдельных кусков льда разных размеров: от пылинок до нескольких метров в поперечнике. Эти частицы двигаются с практических одинаковыми скоростями (около 10 км/с, их скорости так хорошо уравнены, что соседние частицы кажутся неподвижными по отношению друг к другу), иногда сталкиваясь друг с другом. Под действием спутников кольцо немного выгибается, переставая быть плоским: видны тени от Солнца. Все же частицы медленно перемещаются в разных направлениях - со скоростью 1-2 мм/с.

   

Вид колец Сатурна

Происхождение колец 

 

•     Долгое время считалось, что к Сатурну приблизился неосторожный спутник и был разорван его приливными силами . Но данные "Вояджеров" опровергли это распространенное мнение. Сейчас установлено, что кольца Сатурна представляют собой остатки огромного околопланетного облака протяженностью во многие миллионы километров.
•     Из внешних областей этого облака сформировались спутники, а во внутренней образование спутников было "завершено".
• Кольца за время своего существования сделали уже триллион оборотов - гораздо больше, чем спутники или планеты по своим орбитам. Суммарная масса ледяных колец Сатурна сравнима с массой его спутника Мимаса, радиус которого 200 км.
•     Почему кольца плоские? Их сплющивание - это результат противоборства двух основных сил: гравитационной и центробежной. Гравитационное притяжение стремится сжать систему со всех сторон, а вращение препятствует сжатию поперек оси вращения, но не может помешать ее сплющиванию вдоль оси.