1. Пользуясь справочниками, заполните таблицу с основными физическими характеристиками планет-гигантов.
| Физические характеристики планет | Юпитер | Сатурн | Уран | Нептун |
| Масса (в массах Земли) | 318 | 95.2 | 14.5 | 17.2 |
| Диаметр (в диаметрах Земли) | 11.2 | 9.5 | 4 | 3.9 |
| Плотность, кг/м^3 | 1270 | 690 | 1290 | 1640 |
| Период вращения | 9 ч 55 мин | 10 ч 40 мин | 17 ч 14 мин | 16 ч 7 мин |
| Атмосфера: температура, °C; химический состав | 90% H, 10% He | 96% H, 4% He | 83% H, 15% He, 2% CH(4) | 80% H, 19% He, 1% CH(4) |
| Число спутников | 63 | 61 | 27 | 13 |
| Названия самых крупных спутников | Ио, Европа, Ганимед, Каллисто, Амальтея | Титан, Рея, Япет, Диона, Тефия | Ариэль, Оберон, Умбриэль, Дездемона, Джульетта | Тритон, Нереида, Протей, Ларисса, Таласса |
Заполнив таблицу, сделайте выводы и укажите сходства и различия между планетами-гигантами.
Выводы: Это газообразные тела с мощным протяжёнными атмосферами, быстро вращаются вокруг своих осей, имеют много спутников, также все они обладают кольцами. У планет-гигантов нет ни твёрдой не жидкой поверхности. Основные компоненты всех планет-гигантов — гелий и водород.
2. Проведите качественное сравнение свойств планет земной группы и планет-гигантов. Используйте при этом слова: «высокая», «низкая», «большая» и т. п. В выводе укажите принципиальное отличие планет земной группы от планет-гигантов.
| Характеристики | Планеты земной группы | Планеты-гиганты |
| Расстояние от Солнца | Близко | Далеко |
| Размер | Малые | Большие |
| Масса | Малая | Большая |
| Плотность | Высокая | Низкая |
| Атмосфера | Слабая или от | Мощная |
| Спутники / кольца | Мало или нет / нет | Много / есть |
Вывод: Планеты земной группы обладают значительно меньшими массами и размерами, но большей плотностью, не имеют колец. Они ближе расположены к Солнцу и быстрее движутся по своим орбитам, но медленнее вращаются вокруг своей оси и меньше сжаты у полюсах. Также они имеют значительно меньше спутников.
3. Закончите предложения.
Особенностью вращения планет-гигантов вокруг оси является то, что они вращаются слоями: слой планеты вблизи экватора вращается быстрее других слоёв.
Наличие у Юпитера и Сатурна плотных и протяжённых атмосфер объясняется тем, что при формировании они быстро достигли такой массы, чтобы удержать больше кислорода.
Спутник Сатурна Титан обладает мощной атмосферой, состоящей в основном из азота.
Планеты-гиганты имеют малую среднюю плотность по причине того, что их атмосферы имеют в основном водородо-гелевый состав.
Существование колец обнаружено у следующих планет-гигантов: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Юпитер излучает значительно больше тепловой энергии, чем получает её от Солнца. Причиной этого можно считать постепенное сжатие планеты и процесса радиоактивного распада в её недрах.
4. Звёздный период вращения Сатурна вокруг Солнца T = 29.5 года. Какого среднее расстояние от Сатурна до Солнца?
5. Какой вид будет иметь кольцо Сатурна для наблюдателя, находящегося на экваторе и на полюсах Сатурна?
| Местоположение наблюдателя | Вид кольца Сатурна для наблюдателя |
| На экваторе Сатурна | В виде очень узкой полосы |
| На полюсах Сатурна | Не видны |
6. Закончите предложения, касающиеся внутреннего строения планет-гигантов.
У планет Юпитер и Сатурн между центральным ядром и протяжённой атмосферой имеется оболочка со свойствами металла.
Планеты-гиганты, как и Земля, обладают магнитным полем, напряжённость которого
у Юпитера в 12 раз выше, чем у Земли;
у Сатурна близка к земной;
у Урана примерно равна земной;
у Нептуна в 3 раза меньше, чем у Земли.
Полярные сияния были отмечены у следующих планет-гигантов: Юпитер, Сатурн и Уран.
Имеет самое мощное кольцо спутников
Можно распределить интересные факты о планетах-гигантах по нескольким категориям. В первой учитываются их строение и вращение. Вторая посвящена явлениям, наблюдаемым в их атмосферах. В третьей отмечается наличие у планет колец. Четвертая описывает наличие у них спутников.
Структура планет-гигантов и их вращение
В основном планеты-гиганты образованы из сложной смеси газов – аммиака, водорода, метана и гелия. Как считают ученые, эти планеты имеют каменные или металлические ядра небольших размеров.
Из-за громадной массы объекта давление в недрах газовой планеты достигает миллионов атмосфер. Ее сжатие силой гравитации высвобождает значительную энергию. В результате этого фактора планетами-гигантами тепла выделяется больше, чем поглощается из солнечного излучения.
Имея размеры, значительно больше земных, суточный оборот такие газовые планеты совершают за 9-17 часов. что касается средней плотности планет-гигантов, то она близка к 1,4 г/куб. см. – примерно равна солнечной.
К числу интересных фактов о планетах-гигантах относится и наличие мощных атмосферных оболочек, где проходят неординарные по земным понятиям процессы.
В атмосферах таких планет нередки сильные ветры, имеющие скорость свыше тысячи километров в час.
Кольца и спутники планет-гигантов
Малозаметность «оправы» Юпитера объясняется ее узостью и небольшими размерами частиц пыли в ее составе.
Кольцо Сатурна самое внушительное по размеру – его диметр равен 400 тысячам километров, а вот ширина кольца насчитывает только несколько десятков метров. Состоит кольцо из вращающихся вокруг планеты кусков льда и небольших камней. Эти части разделены несколькими щелями, что формирует несколько разных колец, опоясывающих планету.
В кольце Нептуна пять подколец, состоящих, предположительно, из частичек льда.
Спутниковая система Юпитера включает в себя почти 70 объектов. Один из них – Ганимед, считается крупнейшим спутником в составе Солнечной системы.
Этот спутник, а также два других спутника газовых планет – Титан и Ио, имеют атмосферы.
Юпитер, пятая от Солнца большая планета Солнечной системы, самая крупная из планет-гигантов.
Движение, размеры, форма
Юпитер движется вокруг Солнца по близкой к круговой эллиптической орбите, плоскость которой наклонена к плоскости эклиптики под углом 1°18,3′. Минимальное расстояние Юпитера от Солнца 4,95 а. е., максимальное — 5,45 а. е., среднее — 5,2 а. е. (1 а. е. = 149,6 млн. км).
Юпитер не имеет твердой поверхности, поэтому, говоря о его размерах, указывают радиус верхней границы облаков, где давление порядка 10 КПа; радиус Юпитера на экваторе равен 71400км. В атмосфере Юпитера отчетливо просматриваются параллельные плоскости его экватора слои, или зоны, вращающиеся вокруг оси планеты с различными угловыми скоростями. Быстрее всего вращается экваториальная зона — период ее обращения 9 ч 50 мин 30 с, что на 5 мин 11 с меньше периода обращения полярных зон. Так быстро не вращается ни одна другая планета Солнечной системы.
В умеренных южных широтах Юпитера медленно перемещается овальное Большое Красное Пятно, поперечные размеры которого 30-40 тыс. км. За сто лет оно совершает примерно 3 оборота. Природа этого феномена до конца неясна.
Строение и состав Юпитера
Как и другие планеты-гиганты, Юпитер существенно отличается по химическому составу от планет земной группы. Абсолютно доминирующими здесь являются водород и гелий в «солнечной» пропорции 3,4 : 1, но в центре планеты согласно существующим моделям имеется жидкое ядро из расплавленных металлов и силикатов, окруженное водно-аммиачной жидкой оболочкой. Радиус этого ядра порядка 1/10 радиуса планеты, масса
0,3-0,4 ее массы, температура около 2500 К при давлении
Поток тепла из недр Юпитера вдвое превышает энергию, получаемую им от Солнца. Ввиду отсутствия твердой поверхности атмосфера как таковая у Юпитера отсутствует. Его газовая оболочка состоит в основном из водорода и гелия, но имеется и небольшая примесь метана, молекул воды, аммиака и др.
Физические и химические параметры
В атмосфере Юпитера замечены грозы. Установлено также наличие ионосферы, протяженность которой по высоте — порядка 3000 км.
На Юпитере имеется магнитное поле. Его магнитный дипольный момент почти в 12000 раз превосходит дипольный момент Земли, но так как напряженность магнитного поля обратно пропорциональна кубу радиуса, а он у Юпитера на два порядка больше, чем у Земли, то напряженность у поверхности Юпитера выше, по сравнению с Землей, только в 5-6 раз. Магнитная ось наклонена к оси вращения на (10,2 ± 0,6)°. Дипольная структура магнитного поля доминирует до расстояний порядка 15 радиусов планеты. Юпитер обладает обширной магнитосферой, которая подобна земной, но увеличена примерно в 100 раз. Имеются радиационные пояса.
Однако далеко не все спутники Юпитера имеют гладкие поверхности. Так, плотность кратеров в некоторых районах Каллисто, уступающему по размерам Ганимеду, близка к предельной. В отдельных участках края кратеров смыкаются. Одной из причин такого распределения кратеров может быть легкоплавкость пород поверхности (в частности, льда).
У Юпитера установлено существование огромного плоского кольца из пыли и некрупных камней, которое при ширине в 6 км и толщине в 1 км простирается до десятков тыс. км от верхней границы облаков.
Изучение Юпитера и его спутников, уже давшее много существенно новых результатов, привело и к постановке ряда новых проблем. В частности, еще только в процессе становления находятся исследования, касающиеся физической природы интенсивных электрических полей у ближайших к Юпитеру спутников.
Сатурн, шестая от Солнца, вторая по размерам после Юпитера большая планета Солнечной системы; относится к планетам-гигантам.
Движение, размеры, форма
Эллиптическая орбита Сатурна имеет эксцентриситет 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 меняются от 1,2 до 1,6 млрд. км. Наклон орбиты планеты к плоскости эклиптики 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.
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.
Все спутники, кроме огромного Титана, превосходящего по размерам Меркурий 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.
УРАН (астрономический знак I), планета, среднее расстояние от Солнца — 19,18 а. е. (2871 млн. км), период обращения 84 года, период вращения ок. 17 ч, экваториальный диаметр 51 200 км, масса 8,7·10 25 кг, состав атмосферы: Н2, Не, СН4. Ось вращения Урана наклонена на угол 98 °. Уран имеет 15 спутников (5 открыты с Земли — Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания, Оберон, и 10 открыты космическим аппаратом «Вояджер-2» — Корделия, Офелия, Бианка, Крессида, Дездемона, Джульетта, Порция, Розалинда, Белинда, Пэк) и систему колец.
Движение, размеры, масса
Уран движется вокруг Солнца по эллиптической орбите, большая полуось которой (среднее гелиоцентрическое расстояние) в 19,182 больше, чем у Земли, и составляет 2871 млн. км. Эксцентриситет орбиты равен 0,047, то есть орбита довольно близка к круговой. Плоскость орбиты наклонена к эклиптике под углом 0,8°. Один оборот вокруг Солнца Уран совершает за 84,01 земного года. Период собственного вращения Урана составляет приблизительно 17 часов. Существующий разброс при определении значений этого периода обусловлен несколькими причинами, из которых основными являются две: газовая поверхность планеты не вращается как единое целое и, кроме того, на поверхности Урана не обнаружено заметных локальных неоднородностей, которые помогли бы уточнить длительность суток на планете.
Состав и внутреннее строение
Подобно другим планетам-гигантам, атмосфера Урана в основном состоит из водорода, гелия и метана, хотя их относительные вклады несколько ниже по сравнению с Юпитером и Сатурном.
Теоретическая модель строения Урана такова: его поверхностный слой представляет собой газожидкую оболочку, под которой находится ледяная (смесь водяного и аммиачного льда) мантия, а еще глубже — ядро из твердых пород. Масса мантии и ядра составляет примерно 85-90% от всей массы Урана. Зона твердого вещества простирается до 3/4 радиуса планеты
Температура в центре Урана близка к 10000 К при давлении 7-8 млн. атмосфер (одна атмосфера примерно соответствует одному бару). На границе ядра давление примерно на два порядка ниже (около 100 килобар). Эффективная температура, определяемая по тепловому излучению с поверхности планеты, составляет ок. 55 К.
История открытия Урана
В течение многих веков астрономы Земли знали только пять «блуждающих звезд» — планет. 1781 был ознаменован открытием еще одной планеты, названной Ураном. Это произошло, когда английский астроном У. Гершель приступил к реализации грандиозной программы: составлению полного систематического обзора звездного неба. 13 марта вблизи одной из звезд созвездия Близнецов Гершель заметил любопытный объект, который явно не был звездой: его видимые размеры менялись в зависимости от увеличения телескопа, а главное, менялось его положение на небосводе. Гершель первоначально решил, что открыл новую комету (его доклад на заседании Королевского общества 26 апреля 1781 так и назывался — «Сообщение о комете»), но от кометной гипотезы вскоре пришлось отказаться. В благодарность Георгу III, назначившему Гершеля королевским астрономом, последний предложил назвать планету «Георгиева звезда», однако, чтобы не нарушать традиционной связи с мифологией, было принято название «Уран». Первые немногочисленные наблюдения еще не позволяли достаточно точно определить параметры орбиты новой планеты, но, во-первых, число этих наблюдений (в частности, в России, Франции и Германии) быстро увеличивалось, и во-вторых, внимательное исследование каталогов прошлых наблюдений позволило убедиться, что планета неоднократно фиксировалась и прежде, но принималась за звезду, что также заметно увеличивало число данных.
В течение 30 лет после открытия Урана острота интереса к нему периодически падала, но только на время. Дело в том, что повышение точности наблюдений выявило загадочные аномалии в движении планеты: оно то «отставало» от расчетного, то начинало «опережать» его. Теоретическое объяснение этих аномалий привело к новым открытиям — обнаружению заурановых планет.
Нептун, восьмая от Солнца большая планета Солнечной системы, относится к планетам-гигантам.
Движение и параметры планеты
Состав и внутреннее строение
Из всех элементов на Нептуне преобладают водород и гелий примерно в таком же соотношении, как и на Солнце: на один атом гелия приходится около 20 атомов водорода. В несвязанном состоянии водорода на Нептуне значительно меньше, чем на Юпитере и Сатурне. Присутствуют и другие элементы, в основном легкие. На Нептуне, как и на других планетах-гигантах, произошла многослойная дифференциация вещества, в процессе которой образовалась протяженная ледяная оболочка как на Уране. По теоретическим оценкам, имеется и мантия, и ядро. Масса ядра вместе с ледяной оболочкой согласно расчетным моделям может достигать 90% всей массы планеты.
После того, как в 1781 У. Гершель открыл Уран и рассчитал параметры его орбиты, довольно скоро обнаружились загадочные аномалии в движении этой планеты — оно то «отставало» от расчетного, то опережало его.
В 1832 в отчете Британской Ассоциации развития науки Дж. Эри, впоследствии ставший королевским астрономом, отмечал, что за 11 лет ошибка в положении Урана достигла почти полминуты дуги. Вскоре после опубликования отчета Эри получил от британского астронома-любителя, преподобного доктора Хассея, письмо, в котором выдвигалось предположение, что эти аномалии обусловлены воздействием пока еще неоткрытой «заурановой» планеты. По-видимому, это было первым предложением искать «возмущающую» планету. Эри не одобрил идею Хассея, и поиски не были начаты.
А еще за год до этого талантливый молодой студент Дж. К. Адамс отметил в своих записях: «В начале этой недели появилась мысль заняться сразу же после получения степени исследованием аномалий в движении Урана, которые до сих пор не объяснены. Надо найти, могут ли они быть обусловлены влиянием находящейся за ним неоткрытой планеты и, если возможно, определить хотя бы приблизительно элементы ее орбиты, что может привести к ее открытию».
Адамс получил возможность приступить к решению этой задачи только через два года, и к октябрю 1843 предварительные вычисления были закончены. Адамс решил показать их Эри, однако встретиться с королевским астрономом ему не удалось. Адамсу оставалось лишь вернуться в Кембридж, оставив для Эри результаты проведенных расчетов. По непонятным причинам Эри отреагировал на работу Адамса отрицательно, ценой чего явилась потеря Англией приоритета в открытии новой планеты.
Независимо от Адамса над проблемой заурановой планеты работал во Франции У. Ж. Леверье. 10 ноября 1845 он представил Французской АН результаты своего теоретического анализа движения Урана, заметив в заключение о расхождении между данными наблюдений и расчетов: «Это можно объяснить воздействием внешнего фактора, который я оценю во втором трактате».
Такие оценки были проведены в первой половине 1846. Успеху дела помогло предположение, что искомая планета движется, в соответствии с эмпирическим —Тициуса Боде правилом, по орбите, радиус которой равен утроенному радиусу орбиты Урана, и что орбита имеет очень малый наклон к плоскости эклиптики. Леверье выступил с указанием, где следует искать новую планету. Получив второй трактат Леверье, Эри обратил внимание на очень близкое совпадение результатов исследований Адамса и Леверье, относящихся к движению предполагаемой планеты, возмущающей движение Урана, и даже подчеркнул это на специальном заседании Совета инспекторов Гринвича. Но он, как и ранее, не торопился начать поиски и стал хлопотать о них только в июле 1846, поняв, какое негодование может вызвать впоследствии его пассивность.
Тем временем Леверье 31 августа 1846 закончил еще одно исследование, в котором была получена окончательная система элементов орбиты искомой планеты и указано ее место на небе. Но во Франции, как и в Англии, астрономы все не приступали к поискам, и 18 сентября Леверье обратился к И. Галле, ассистенту Берлинской обсерватории, который, получив разрешение директора обсерватории, 23 сентября вместе со студентом Д’Арре начал поиски. В первый же вечер планета была обнаружена, она находилась всего в 52′ от предполагаемого места.
Весть об открытии планеты «на кончике пера», что явилось одним из ярчайших триумфов небесной механики, вскоре облетела весь научный мир. По установившейся традиции планета получила название Нептун в честь античного бога.
Около года между Францией и Англией шла борьба за приоритет открытия, к которой, как это часто бывает, сами герои непосредственного отношения не имели. В частности, между Адамсом и Леверье установилось полное взаимопонимание, и они оставались друзьями до конца жизни.
JWT обратит свой взор на Юпитер и его спутники
Телескоп Джеймса Уэбба (JWT) вскоре обратит свой взор на короля Солнечной системы, газового гиганта Юпитер, вместе с его слабыми кольцами и двумя из четырех галилеевых спутников: Ио и Ганимедом. Ожидается, что эта программа не только заложит основу для остальной части миссии JWT, но и даст новые научные знания о системе Юпитера и планетарной науке в целом.
Помимо калибровки этих инструментов, астрономам также придется учитывать вращение планеты (один полный оборот за десять часов). Поэтому для полного охвата определенной области, например, знаменитого Большого красного пятна, которое само находится в быстром движении, необходимо будет собрать несколько изображений в мозаику. Многие телескопы уже изучали этот гигант и его бури, но большое зеркало и мощные инструменты JWT должны предоставить новую информацию.
Ио и Ганимед
Юпитер также является отдельной планетой и в некотором смысле находится в центре собственной мини-версии нашей Солнечной системы. Движения его спутников убедили Галилея в том, что Земля не является центром Вселенной в начале 17 века. Более 400 лет спустя астрономы проверят возможности телескопа НАСА «Джеймс Уэбб» для наблюдения за двумя его объектами: Ио и Ганимедом.
Помимо того, что Ганимед является самой большим спутником в Солнечной системе, он также единственный из известных спутников имеет собственное магнитное поле. Команда будет изучать внешние части его атмосферы, чтобы лучше понять взаимодействие спутника с частицами магнитного поля Юпитера. Есть также свидетельства того, что под ледяной оболочкой Ганимеда может находиться океан жидкой соленой воды. JWT проведет детальный анализ различных солей и других соединений, выделяемых этим поверхностным океаном.
Ио, между тем, является самым вулканически активным объектом в Солнечной системе. Астрономы планируют использовать JWT, чтобы узнать больше о влиянии этих вулканов на атмосферу маленького спутника.
Обсерватория также будет исследовать существование «скрытых вулканов». Предполагается, что они испускают газовые шлейфы, но без пыли и ее отражательной способности. Предыдущие миссии («Вояджер» и «Галилео») не смогли определить их присутствие из-за отсутствия пыли. Высокое пространственное разрешение JWT позволит сделать это, что позволит астрономам собрать подробные данные о геологии спутника.
Космический аппарат НАСА «Галилео» сделал это изображение извержения вулкана на Ио в 1997 году.
Кольца Юпитера
Команда, возглавляемая астрономами Имке де Патером (Калифорнийский университет) и Тьерри Фуше (Парижская обсерватория), также сосредоточится на кольцах Юпитера (да, у Юпитера есть кольца).
Исследователи планируют довести возможности некоторых инструментов JWT до предела, чтобы получить новый уникальный набор наблюдений. Эта работа может привести к открытию мини-спутников и других рябей, вызванных ударами комет.
Планета Сатурн — «властелин колец»
Планета Сатурн – одна из наиболее известных и интересных планет в Солнечной системе. Про Сатурн с его кольцами знают все, даже те, кто ничего не слышал про существование, например, Урана или Нептуна.
Возможно, во многом такая известность ему досталась благодаря астрологии, однако и в чисто научном плане эта планета представляет огромный интерес. Да и астрономы – любители любят наблюдать эту красивую планету, из-за простоты наблюдений и красивого зрелища.
Интересные факты о Сатурне
Столь необычная и большая планета, как Сатурн, конечно, обладает некоторыми необычными свойствами. Имея множество спутников и огромные кольца, Сатурн образует миниатюрную Солнечную систему, в которой немало интересного. Вот некоторые интересные факты о Сатурне:
Конечно, это далеко не все интересные факты о Сатурне — слишком разнообразен и сложен этот мир.
Характеристики планеты Сатурн
В замечательном фильме «Сатурн – властелин колец», который можно посмотреть, диктор говорит – если есть планета, передающая великолепие, загадочность и ужас Вселенной, то это Сатурн». Это действительно так.
Сатурн великолепен – это гигант, обрамленный огромными кольцами. Он загадочен – многие процессы, которые происходят там, до сих пор непонятны. И он же ужасен, потому что на Сатурне происходят страшные в нашем понимании вещи – ветры до 1800 м/с, грозы в сотни и тысячи раз сильнее наших, гелиевые дожди, и многое другое.
Сатурн представляет собой планету – гигант, вторую по величине после Юпитера. Диаметр планеты 120 тысяч километров против 143 тысяч у Юпитера. Он больше Земли в 9.4 раз, и мог бы вместить в себя 763 таких планет, как наша.
Однако при больших размерах Сатурн довольно легкий – его плотность меньше, чем у воды, потому что большую часть всего этого огромного шара составляет легкий водород и гелий. Если Сатурн поместить в огромный бассейн, то он не утонет, а будет плавать! Плотность Сатурна меньше земной в 8 раз. Вторая планета после него по плотности — Уран, самая холодная планета Солнечной системы.
Сравнительные размеры планет
Несмотря на огромные размеры, гравитация на Сатурне составляет всего 91% земной, хотя общая масса у него больше, чем у Земли в 95 раз. Окажись мы там, особой разницы в силе притяжения не увидели бы, конечно если отбросить другие факторы, которые нас просто убили бы.
Сатурн, несмотря на гигантские размеры, вращается вокруг оси гораздо быстрее Земли – сутки там длятся от 10 часов 39 минут до 10 часов 46 минут. Такая разница объясняется тем, что верхние слои Сатурна преимущественно газообразные, поэтому вращается он в разных широтах с разной скоростью.
Год на Сатурне длится 29.7 наших лет. Так как планета имеет наклон оси, то, как и у нас, там имеется смена сезонов, что порождает в атмосфере большое количество сильнейших ураганов. Расстояние от Солнца меняется из-за несколько вытянутой орбиты, и в среднем составляет 9.58 а.е.
Спутники Сатурна
На сегодняшний день у Сатурна обнаружено 82 спутника самых разных размеров. Это больше, чем у любой другой планеты, и даже на 3 больше, чем у Юпитера. Мало того, 40% всех спутников Солнечной системы вращается вокруг Сатурна. 7 октября 2019 года группа учёных сообщила об открытии сразу 20 новых спутников, что и сделало Сатурн рекордсменом. До этого было известно 62 спутника.
Вокруг Сатурна вращается один из крупнейших (второй после Ганимеда) спутник Солнечной системы – Титан. Он почти вдвое больше Луны, и даже больше Меркурия, но меньше Марса. Титан –второй и единственный спутник с собственной атмосферой из азота с примесями метана и прочих газов. Атмосферное давление на поверхности в полтора раза больше земного, хотя сила тяжести там всего 1/7 от земной.
Титан – самый крупный источник углеводородов. Там существуют буквально озера и реки из жидкого метана и этана. Кроме того, там есть и криогейзеры, и вообще Титан во многом похож на Землю на раннем этапе существования. Возможно, там удастся найти и примитивные формы жизни. Это также единственный спутник, куда был послан спускаемый аппарат – это был «Гюйгенс», который приземлился там 14 января 2005 года.
Такие виды на Титане, спутнике Сатурна.
Энцелад – шестой по величине спутник Сатурна, диаметром около 500 км, представляющий особый интерес для исследования. Он входит в тройку спутников с активной вулканической деятельностью (другие два – Ио и Тритон). Здесь есть большое количество криогейзеров, выбрасывающих воду на большую высоту. Возможно, приливное воздействие Сатурна создает достаточно энергии в недрах спутника, чтобы там существовала вода в жидком виде.
Гейзеры Энцелада, снятые аппаратом Кассини.
Подповерхностный океан также возможен на спутниках Юпитера Европе и Ганимеде. Орбита Энцелада находится в кольце F, и вырывающаяся с него вода питает это кольцо.
Также у Сатурна есть несколько других крупных спутников – Рея, Япет, Диона, Тефия. Они были открыты одними из первых, благодаря своим размерам и видимости в довольно слабые телескопы. Каждый из этих спутников представляет собой собственный уникальный мир.
Знаменитые кольца Сатурна
Кольца Сатурна – его «визитная карточка», и именно благодаря им эта планета так знаменита. Сатурн без колец сложно представить — это был бы просто невзрачный белесый шар.
У какой планеты есть кольца, подобные сатурнианским? Таких нет в нашей системе, хотя кольца есть и у других газовых гигантов — у Юпитера, Урана, Нептуна. Но там они очень тонкие, разреженные, и с Земли не видны. Кольца Сатурна хорошо заметны даже в слабый телескоп.
Впервые кольца обнаружил Галилео Галилей в 1610 году в свой самодельный телескоп. Однако увидел он не такие кольца, которые видим мы. У него они выглядели как два непонятных округлых шара по бокам планеты – качество изображения в 20-кратном телескопе Галилея было так себе, поэтому он решил, что видит два больших спутника. Через 2 года он снова наблюдал Сатурн, но этих образований не обнаружил, и был сильно озадачен.
Диаметр кольца в разных источниках указывается немного разный – около 280 тысяч километров. Само кольцо вовсе не сплошное, а состоит из меньших колец разной ширины, разделенных промежутками тоже разной ширины – десятки и сотни километров. Все кольца обозначены буквами, а промежутки называются щелями, и имеют имена. Самый большой промежуток находится между кольцами A и B, и называется щелью Кассини – её можно увидеть в любительский телескоп, и ширина этого промежутка 4700 км.
Кольца Сатурна вовсе не сплошные, как кажется на первый взгляд. Это не один единый диск, а множество мелких частиц, которые вращаются по своим орбитам на уровне экватора планеты. Размер этих частиц очень разный – от мельчайшей пыли до камней и глыб в несколько десятков метров. Преимущественный их состав – обычный водяной лед. Так как лед обладает большим альбедо – отражающей способностью, то кольца прекрасно видно, хотя толщина их всего около километра в самом «толстом» месте.
По мере обращения Сатурна и Земли вокруг Солнца мы можем видеть, как кольца то раскрываются все шире, то совсем исчезают –период этого явления составляет 7 лет. Происходит это благодаря наклону оси Сатурна, а значит, и колец, которые расположены строго по экватору.
Кстати, именно поэтому Галилей и не смог обнаружить кольцо Сатурна в 1612 году. Просто оно в тот момент было расположено «ребром» к Земле, а при толщине всего в километр его с такого расстояния просто невозможно увидеть.
Происхождение колец Сатурна пока точно неизвестно. Есть несколько теорий:
Дальнейшие исследования покажут, какая версия событий верная. Однако понятно, что кольца Сатурна – явление временное. Через какое-то время планета поглотит весь их материал – обломки сходят с орбиты и падают на нее. Если кольца не подпитывать материалом, то со временем они станут меньше, пока совсем не исчезнут. Конечно, произойдет это не за один миллион лет.
Наблюдение Сатурна в телескоп
Сатурн на небе выглядит как довольно яркая звезда на юге, и наблюдать его можно даже в небольшой любительский телескоп. Особенно хорошо это делать в противостояния, которые бывают раз в год – планета выглядит как звезда 0 величины, и имеет угловой размер 18”. Список ближайших противостояний:
В эти дни блеск Сатурна даже больше, чем у Юпитера, хотя находится он гораздо дальше. Объясняется это тем, что кольца тоже отражают немало света, поэтому общая площадь отражения получается гораздо больше.
Увидеть кольца Сатурна можно даже в бинокль, хотя придется постараться, чтобы их различить. А вот в 60-70 мм телескоп уже можно довольно хорошо рассмотреть и диск планеты и кольца, и тень на них от планеты. Конечно, какие-то детали рассмотреть вряд ли получится, хотя при хорошем раскрытии колец можно заметить щель Кассини.
Одна из любительских фотографий Сатурна (150 мм рефлектор Synta BK P150750)
Чтобы увидеть какие-то детали на диске планеты, требуется телескоп с апертурой от 100 мм, а для серьезных наблюдений – не менее 200 мм. В такой телескоп можно рассмотреть не только облачные пояса и пятна на диске планеты, но и детали в строении колец.
Из спутников наиболее яркие – Титан и Рея, их можно заметить уже в 8-кратный бинокль, хотя лучше 60-70 мм телескоп. Остальные крупные спутники не такие яркие – от 9.5 до 11 зв. в. и слабее. Для их наблюдения понадобится телескоп с апертурой от 90 мм.
Кроме телескопа, желательно иметь набор цветных фильтров, которые помогут лучше выделить разные детали. Например, темно-желтый и оранжевый фильтры помогают увидеть больше деталей в поясах планеты, зеленый выделяет больше деталей на полюсах, а голубой – на кольцах.
А теперь советуем посмотреть увлекательный фильм про Сатурн.
Сатурну на зависть: 1SWASP J1407 b – истинный «Властелин колец»!
Не каждая планета может гордиться системой колец. В Солнечной системе наличием такого «украшения» могут похвастаться лишь только газовые гиганты, да и то – у Юпитера (их всего 4) они почти незаметные, у Нептуна (5 колец) и Урана (13 колец) тонкие и не такие яркие и мощные, как у Сатурна (7 крупных и около тысячи мелких, но точное количество посчитать невозможно). Изучение колец представляет для астрономов особую важность, ведь они могут рассказать кое-что о об истории формирования планет и планетарных систем.
Сатурн привлекает зачастую именно своей уникальной кольцевой системой. Без неё планета казалась бы большинству скучной, хотя там много интересностей, на которые стоит взглянуть. Кольца Сатурна поддерживаются гравитационным влиянием самой планеты и его многочисленных спутников. Как полагают учёные, они образовались в результате столкновений нескольких спутников, или какой-то из них был разорван приливными силами планеты. Может быть, кольца – это остатки материи, которые сохранились ещё со времён формирования планет в протопланетном диске.
Кольца состоят из миллиардов частиц каменистых пород, пыли и льдов, которые отражают свет. Все эти частицы вращаются вокруг своей планеты.
Но Сатурн – не единственный уникальный объект с мощной кольцевой системой во Вселенной: если с ним более-менее всё понятно, то настоящая головоломка для астрономов – загадочная планета 1SWASP J1407 b.
Эта планета проживает на расстоянии в 434 световых годах от Земли в созвездии Центавра. Это холодный газовый гигант, масса которого равняется 20 массам Юпитера. Удивительная находка была обнаружена в 2012 году транзитным методом с помощью наземного роботизированного телескопа SuperWASP. Транзитный метод обнаружения новых планет основан на снижении яркости звезды при прохождении планеты на её фоне. Вращается «Властелин колец» в системе звезды – оранжевого субгиганта главной последовательности. Один год на этой окольцованной планете составляет 3725 земных дней. Нигде в Солнечной системе не придётся так долго ждать Нового года, и даже на Плутоне этот праздник раз в 248 земных дней!
1SWASP J1407 b – единственная обнаруженная на данный момент планета с самой большой системой колец. Радиус самого дальнего кольца 1SWASP J1407 b оценивается в 120 млн км! Это примерно равняется расстоянию от Солнца до Венеры. Для сравнения, радиус самого большого кольца нашего Сатурна лишь около 480 тыс. км., то есть, это более чем в 200 раз превышает систему Сатурна. Анализируя блеск планеты, учёные поняли, что она словно бы лежит на боку, как наш Уран, и своими кольцами повёрнута к своей звезде. Но почему её ось так наклонена? Возможно, причина та же, что и в случае с Ураном: в результате столкновения ледяной гигант Солнечной системы был опрокинут на бок, и наклон его оси составляет 97,8 градусов (для сравнения, наклон земной оси составляет 23,5 градуса, оси Марса – 25 градусов, и даже ось вращения Меркурия наклонена на 2,1 градуса. То есть оси вращения всех планет в той или иной степени наклонены, но не настолько же!).
Как выглядят эти кольца? Несмотря на то, что планета находится далеко от нас, исходя из положения пиков на кривой блеска и времени покрытия, можно попытаться воссоздать структуру и оценить параметры кольцевой системы. Кольца между собой разделены пустотами. Точное их количество подсчитать невозможно: примерно 30 колец представляют собой массивные образования, а между ними прячутся тысячи более тонких колец.
Как же образовалась такая система колец у этой планеты? Чем она удерживается? Размер всей кольцевой системы, несомненно, больше зоны тяготения планеты, зато внешние кольца испытывают притяжение звезды. Как система эта сохраняет свою устойчивость? Планета должна быть плотнее и массивнее, чем газовые гиганты Солнечной системы, чтобы удержать такой «аксессуар». Но учёные не знают, сколько спутников имеет «Властелин колец». У Сатурна их количество составляет 62, и они своей гравитационной силой помогают планете сохранять их в стабильном состоянии. Возможно, у 1SWASP J1407 b намного больше «подданных», и они сами по себе крупнее сатурнианских лун. Судя по крупным разрывам, расстояние которых может составлять примерно 40 млн км (расстояние Меркурий – Солнце), именно там, в этих щелях, и располагаются спутники этой планеты. Масса таких спутников должна быть сопоставима с массой Меркурия, Марса и даже Земли – только такие «титаны» смогли бы удержать на своих плечах систему этих огромных колец. Но как образовалась эта удивительная система – точных ответов пока нет.