САТУРН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СЪСТАВ, ОРБИТА, СТРУКТУРА - ARTE - 2025

Сатурн е втората по големина планета в Слънчевата система след Юпитер. Известен с пръстеновата си система, той принадлежи към планетите, наречени Йовианс, които са разположени след астероидния пояс, който ги разделя от скалните планети.

Известен от древни времена, тъй като това е една от 5-те планети, видими с просто око и най-далечната от тях, Галилей е първият, който го наблюдава с телескоп през 1610 г. Въпреки че забеляза деформацията, причинена от пръстените, липсата на разделителна способност на инструмента не му позволи да различи формата му.

Газообразната планета Сатурн, в сравнение със Земята, 95 пъти по-малка. Източник: Сатурн изображение: НАСА / JPL / Космически научен институт Земно изображение: НАСА / Аполо 17 екипаж / Публично достояние.

Именно години по-късно, през 1659 г., Кристиан Хюйгенс умело описва известните пръстени. Малко по-късно италианският астроном Джовани Касини разбра, че пръстените имат разделение, което сега се нарича дивизия Касини.

Въпреки че астрономите от древността не можеха да опишат подробно пръстеновата система, вече великолепната гледка към планетата сигурно ги е впечатлила достатъчно, за да й даде имена като „Алап Сахма“ (звезда на Слънцето) за халдейците, „Фаенон“ (ярък като Слънце) за гърците или „Хима“ (отговорен за универсалния потоп) за евреите.

Древните римляни свързвали планетата с гръцкия бог Кронос, баща на Зевс, когото наричали Сатурн. В чест на това божество през декември бяха празнувани фестивалите, наречени Сатурналия, които по-късно древните християни свързваха с Коледа.

Други древни култури като индусите, китайците и маите също имат наблюдения на планетата в своите записи. За маите датите, на които са възникнали връзките на Сатурн, Юпитер и Марс, бяха празнични.

Общи характеристики на Сатурн

Сатурн не е толкова голям, колкото Юпитер, той е само една трета от неговата маса, докато радиусът му е с 16% по-малък.

Тя е най-малко гъста от планетите; при 687 кг / м ^{3 може} да плава по вода, ако има океан, достатъчно голям, за да го съдържа. Той е съставен главно от водород и хелий, най-леките известни елементи, въпреки че съдържа други в много по-малка пропорция.

Сатурн има собствено магнитно поле, по-малко интензивно от това на Юпитер, но много повече от земното, като магнитната ос е успоредна на оста на въртене. Ето защо аурорите са често срещани под формата на концентрични кръгове, точно във всяка полярна област. Те се образуват от движението на електрически заредени частици в средата на интензивното магнитно поле на планетата.

Друга отличителна черта на Сатурн е топлината, която отделя в космоса, излъчвайки почти два пъти енергията, която получава от Слънцето. Вътрешността на Сатурн е много гореща и учените смятат, че се дължи на кондензацията на течен водород при високо налягане.,

Налягането вътре в Сатурн е милион пъти по-голямо от атмосферното налягане на Земята. Капките на течния водород набират скорост, докато пътуват към центъра на планетата, произвеждайки топлина.

Течният водород се държи като метал и не е отговорен само за излъчената топлина, но и за динамо ефекта, който създава магнитното поле.

Атмосферата на Сатурн прилича на тази на Юпитер, с подобен модел светли и тъмни ленти. Облаците се състоят от кристали на амоняк, вода и амониев хидросулфид.

Има силни ветрове и случайни бури, които продължават месеци на Земята. Екваториалните ветрове на Сатурн могат да достигнат 500 m / s.

Обобщение на основните физически характеристики на планетата

-Маса: 5,69 х 10 ²⁶ кг.

-Екваториален радиус: 6,0 x 10 ⁴ км

-Полюсен радиус: 5,4 x 10 ⁴ km

-Форма: сплескана.

-Средно разстояние до Слънцето: 1,4 х 10 ⁹ км

- Наклон на орбитата: 2,5 ° по отношение на еклиптиката.

-Температура: между -139 и -189 ºC.

-Гравитация: 10,4 m / s ²

-Собствено магнитно поле: Да.

-Атмосфера: Да, най-вече водород.

-Плътност: 687 kg / m ³

-Сателити: 82 официално обозначени, много други мънички луни, без обозначение.

-Пръстени: Да, сложна система.

Пръстените на Сатурн

Пръстеновата система на Сатурн е уникална в слънчевата система с изключителната си красота. Източник: Pixabay

Пръстените са отличителен белег на Сатурн, защото макар и останалите газови гиганти да ги притежават, без съмнение тези на тази планета са най-зрелищните.

Пръстените са съставени главно от лед и скали и поддържат форма благодарение на гравитационното действие на някои специализирани спътници: сателитите на овчарите.

Илюстрация на пръстените на Сатурн

Отначало, поради липса на разделителна способност в телескопите си, астрономите смятали, че пръстените образуват непрекъснат диск на материята около планетата. Във всеки случай дебелината на системата е незначителна, най-много, едва километър, а в някои региони може да е на метри.

Италианският астроном Джовани Касини е първият, който забелязва съществуването на разделителна линия между тях, около 1675г.

Години по-късно френският математик Пиер де Лаплас посочи, че всъщност има многобройни тънки пръстени. И накрая, Джеймс Клерк Максуел построи модел, в който предложи пръстените да са съставени от много частици, всяка от които следва независима орбита.

Астрономите различават пръстени с букви от азбуката. 7-те основни и най-ярките пръстена са A, B, C и D, докато E, F и G са по-бледи.

Има и хиляди по-слаби пръстени. Най-бледата и най-външната е била засечена с инфрачервен телескоп и се нарича пръстен на Фийби.

Превод на художник, показващ пръстените на Сатурн и по-големите сателити. Източник: photojournal.jpl.nasa.gov.

Разделението на Касини отделя пръстен А от пръстен Б, но в същия пръстен А има тъмна област, наречена деление на Енке, поддържана от един от спътниците на Сатурн: Пан. В рамките на региона има и изключително тънък пръстен.

Има разделения с различна ширина, наречени също на известни астрономи: Коломбо, Хюйгенс, Максуел и Килер.

Произход на пръстените

Пръстените са изградени от частици, вариращи по размер от пясъчно зърно (микрони) до огромни скали с дължина десетки метра, но астрономите са съгласни, че те не са възникнали едновременно с планетата, но съвсем наскоро.

Основните пръстени A, B и C се оценяват вероятно на няколкостотин милиона години и това е много малко в астрономически план. Учените са сигурни, че всички планети в Слънчевата система са се образували едновременно, преди около 4,6 милиарда години.

Материалът, който съставя пръстените, би могъл да дойде от комета, метеор или луна, фрагментиран поради гравитацията на планетата. Във всеки случай не са останките от формирането на планетата.

Със сигурност произходът на пръстените в момента е несигурен, но общият консенсус е, че те са доста нестабилни, така че колкото бързо да се образуват, те могат да изчезнат в течение на няколко милиона години.

Движение за превод

Орбита на Сатурн. Средното разстояние между Сатурн и Слънцето е повече от 1 400 000 000 км (9 AU). Със средна орбитална скорост от 9.69 км / с, на Сатурн са необходими 10 759 земни дни, за да обиколи Слънцето. Източник: Тод К. Тимбърлейк, автор на Easy Java Simulation = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0)

Сатурн отнема 29 години и 167 дни, за да обиколи орбитата си около Слънцето. Любопитното е, че Сатурн и Юпитер са в орбитален резонанс, тъй като между тях има гравитационно взаимодействие. Разбира се привличането на Слънцето е много по-голямо, но това на Юпитер също влияе.

Когато между астрономическите обекти има орбитален резонанс, орбиталните им периоди поддържат определена пропорция, винаги с малък брой. В случая на Сатурн-Юпитер последният се върти 5 оборота на всеки 2 оборота на Сатурн и се счита, че този резонанс има стабилизиращи ефекти върху орбитите на двете планети.

Орбиталният резонанс, възникващ между частиците, съставляващи пръстените на Сатурн, и спътниците, които орбитират между тях, оказва мощен ефект върху структурата на пръстените, например съществуването на разцеплението на Касини.

Сатурн е планетата в Слънчевата система с най-голям брой спътници, 6 от тях имат свързани орбитални периоди, нека видим:

-Мимас и Тетис, в съотношение 1: 2. За 1 оборот на Мимас, Тетис се обръща 2 пъти.

-Encélado и Dione, във връзка 1: 2.

-Хиперион и Титан, в съотношение 4: 3.

И накрая, забележително е, че 85% от ъгловия импулс на Слънчевата система е концентриран в Юпитер и Сатурн, двете най-големи планети, за разлика от Слънцето, което въпреки че има най-висок процент на маса, има малък ъглов импулс.

Ъгловият импулс на една система е интересно физическо количество, защото се запазва при липса на външни взаимодействия. За да настъпи промяна, е необходим нетен въртящ момент отвътре.

Данни за движение на Сатурн

Следните данни описват накратко движението на Сатурн:

-Меен радиус на орбитата: 1,43 х 109 км

- Наклон на орбитата: 2,5 ° по отношение на равнината на еклиптиката

-Ексцентричност: 0.056

- Средна орбитална скорост: 9.6 km / s

- Период на трансфер : 29.46 години

- Период на въртене: 10.66 часа

Кога и как да наблюдаваме Сатурн

Планетата Сатурн се счита за висша планета, тъй като орбитата й е извън орбитата на Земята. По-високите планети са Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Напротив, планетите, чиято орбита е най-близо до Слънцето, се наричат ​​долни планети: Меркурий и Венера.

Най-доброто време за наблюдение на висша планета е когато Земята идва между нея и Слънцето. От друга страна, е по-трудно да се види кога е във връзка, тъй като е по-далеч от Земята и близо до Слънцето, което я затъмнява. Ситуацията е графично описана на следното изображение:

Противопоставяне и съединение на външна планета. Източник: Maran, S. Astronomy for Dummies.

Естествено, една от основните цели на всеки наблюдател на небето е да гледа пръстените, за които е достатъчен малък телескоп. Но е необходимо да се вземе предвид, че понякога пръстените са на ръба по отношение на Земята и следователно са невидими.

Ъгълът, под който се гледат пръстените, се променя за 30 години, което е времето, в което Сатурн обикаля около Слънцето.

Следващите опозиции на Сатурн са:

-2020: 20 юли

-2021: 2 август

-2022: 14 август

-2023: 27 август

-2024: 08 септември

-2025: 21 септември

Въртящо движение

Сатурн отнема средно 10,66 часа, за да извърши един оборот на собствената си ос на въртене, въпреки че не всичките му зони се въртят със същата скорост. Например, при екватора скоростта на въртене е 10,25 часа, докато във вътрешността на планетата е приблизително 10,65 часа.

Това явление е известно като диференциално въртене и се дължи на факта, че планетата не е твърда, както казахме. Също така поради своята течно-газообразна природа, планетата изпитва деформация поради въртеливото движение, като става сплескана в полюсите.

композиция

Съставът на Сатурн е принципно същият като този на Юпитер и другите газообразни планети: водород и хелий, само че при Сатурн делът на водорода е по-висок, като се има предвид ниската плътност.

Тъй като Сатурн се е образувал във външния район на мъглявината, който води началото си от Слънчевата система, планетата е била в състояние да расте бързо и да улавя голямо количество водород и хелий, присъстващи в мъглявината.

Поради огромните налягания и температури, които се увеличават с навлизането в дълбочина, молекулярният водород на повърхността се трансформира в метален водород.

Въпреки че планетата е газообразна, в нейното ядро ​​има по-малък дял от по-тежки елементи, който е поне отчасти скалист, като магнезий, желязо и силиций.

В допълнение към тези елементи, различни видове лед изобилстват, като амоняк, вода и метан лед, които са склонни да се натрупват към центъра на планетата, който е при висока температура. Поради тази причина материалът всъщност е течен, а не газообразен.

Облаците на Сатурн са изградени от амоняк и воден лед, докато в атмосферата в допълнение към тези вещества са открити ацетилен, метан, пропан и следи от други газове.

Вътрешна структура

Вътрешна и външна структура на Сатурн. Източник: Kelvinsong / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Въпреки че е доминиран от водород и хелий, се смята, че Сатурн съдържа скалисто ядро ​​в природата. По време на процеса на формиране на планетите на Слънчевата система газовете, кондензирани около това ядро, при бърз процес, което му позволява бързо да расте.

Ядрото на Сатурн съдържа, както казахме, скали и летливи елементи и съединения, заобиколени от слой течен водород. Учените изчисляват, че това ядро ​​е между 9 и 22 пъти по-голямо от Земята: в радиус около 25 000 км.

Този слой течен водород е заобиколен от своя страна от слоеве течен водород и хелий, които в крайна сметка стават газообразни в най-външните слоеве. Линията Frenkel е термодинамична граница, която отделя газообразната течност от течността.

Естествените спътници на Сатурн

Според най-новите преброявания, Сатурн има 82 обособени сателита и множество мини луни, които все още го липсват. Това прави Сатурн планетата с най-много спътници до момента.

Сателитната система на Сатурн е много сложна; например, известно е, че имат директно действие върху пръстените: овчарски спътници.

Освен това има троянски спътници, които остават в стабилна орбита на 60 ° напред или зад други спътници. Например луните Телесто и Калипсо са троянци на Тетис, един от основните спътници на Сатурн.

Основните спътници на Сатурн са Титан, Мимас, Енцелад, Тетис, Диона, Рея, Хиперион, Япет и Фиба. Тези спътници са били известни от преди космическите мисии, но проучвания на Сатурн са открили много повече.

Вляво Мимас и огромен кратер за удар. Вдясно повърхността на Титан. И двете изображения идват от сондата Касини. Източник: Wikimedia Commons.

Най-големият от всички луни на Сатурн е Титан, който също има своя атмосфера и е вторият по големина в цялата Слънчева система, след Ганимед, голямата луна на Юпитер. Титан е дори по-голям от Меркурий.

От друга страна Енцелад, шестата луна на Сатурн по размери, е огромна снежна топка с изненада: ядрото й е покрито от океан с гореща течна вода.

Сатурн и Титан, най-важният му спътник

Любопитен факт сред луните на Сатурн е, че има спътници, чиито орбити са еднакви, но те успяват да не се сблъскат. Най-забележителните от тези коорбитални спътници са Янус и Епиметей.

Не всички луни на Сатурн са сфероидни по форма, има много неправилни спътници, като цяло са с малки размери и орбити доста далеч от планетата.

Титан и неговата атмосфера

Мозайка от инфрачервени изображения на Титан, направени от сондата Касини през 2015 г. Източник: НАСА чрез Wikimedia Commons.

Това е най-големият и най-важният от спътниците на Сатурн, видим от Земята като малка светлинна точка, с помощта на телескопа. Холандският астроном Кристиан Хюйгенс е първият, който го е видял около 1655 г., а Джон Хершел, още през 19 век, го нарича Титан.

Приблизителната му плътност е 1,9 g / cm ³ и въпреки че съдържа скалисто ядро, това е свят, почти изцяло изграден от лед.

Титанът има плътна атмосфера, доминирана от азот и малък процент метан, както и следи от въглеводороди. Това е забележителна рядкост в Слънчевата система, тъй като при останалите спътници липсва собствена атмосфера.

Освен това има океани и валежи, но не вода, а метан. Съществуването на това съединение е известно от средата на 20 век, благодарение на спектроскопията, извършена от астронома Джерард Куйпер. По-късно сондата Voyager потвърди това откритие.

Интересното при Титан е, че там са открити много органични съединения, в допълнение към метана, които са предшественици на живота. Механизмът, по който Титан е придобил тази своеобразна атмосфера, все още не е известен, но представлява голям интерес, тъй като изобилието от въглеводороди е много по-голямо от това на Земята.

Като част от мисията Касини в Сатурн, сондата Хюйгенс успя да кацне на повърхността на Титан и намери замръзнала повърхност, но пълна с наземни форми.

Въпреки че Титан се радва на разнообразна геология и климат, той е нежелан свят за хората. Атмосферата му е много динамична; Например се знае, че духат високоскоростни ветрове, далеч по-добри от най-големите урагани на сушата.

Мисии до Сатурн

Пионер 11

Той е изстрелян от НАСА през 1973 г. и достига орбитата на Сатурн няколко години по-късно, през 1979 г. Тази мисия заснема изображения с ниска разделителна способност и също така намира неизвестни спътници и пръстени, никога не виждани от Земята.

Сондата най-накрая е била отклонена през 1995 г., но носеща табелата с известното послание, създадено от Карл Сагън и Франк Дрейк, в случай че извън нея се натъкнат извънземни навигатори.

пътник

Тази мисия се състоеше в пускането на две сонди: Voyager 1 и Voyager 2.

Въпреки че Вояджър 1 е замислен да достигне Юпитер и Сатурн, той вече е надхвърлил границите на Слънчевата система, влизайки в междузвездното пространство през 2012 г. Сред най-важните му открития е потвърждението за съществуването на атмосферата на Титан, както и важни данни на атмосферата на Сатурн и пръстеновата система.

Voyager 2 събра информация за атмосферата на Сатурн, атмосферното налягане и множество висококачествени изображения. След като посети Сатурн, сондата стигна до Уран и Нептун, след което влезе в междузвездното пространство, както и сестрата.

Касини

Мисията Касини беше съвместен проект между НАСА, Европейската космическа агенция и Италианската космическа агенция. Той е стартиран през 1997 г. от нос Канаверал и целта му е била да изследва планетата Сатурн и сателитната й система.

Сондата достигна Сатурн през 2004 г. и успя да орбитира планетата 294 пъти до 2017 г., когато тя изчерпа гориво. След това сондата беше умишлено потопена в Сатурн, за да се предотврати сривът в един от спътниците и по този начин да се избегне радиоактивно замърсяване.

Касини носеше сондата Хюйгенс - първият създаден от човека обект, който кацна на свят отвъд астероидния пояс: Титан, най-големият спътник на Сатурн.

Хюйгенс допринесе за изображения на пейзажа на Титан, както и за структурата на пръстените. Освен това той получи изображения на Мимас, друг спътник на Сатурн, който пасе пръстени. Те показват огромния кратер Хершел, с огромна планина в центъра.

Касини също потвърди наличието на вода на Енцелад, шестата ледена луна на Сатурн с диаметър 500 км, която е в орбитален резонанс с Диона.

Енцелад, ледената луна на Сатурн, която вътре намира океан. Изображение на сондата Касини. Източник: Wikimedia Commons. НАСА / JPL / Институт за космически науки / Публично достояние.

Водата на Енцелад е гореща, а планетата е пълна с гейзери и фумароли, които изхвърлят водни пари и органични съединения, поради което мнозина смятат, че това може да приюти живота.

Относно Япет, друг от големите спътници на Сатурн, изображенията на Касини разкриха затъмнена страна, чийто произход все още не е определен.

Препратки

1. Небето на месеца. Съединения и опозиции външни планети. Възстановени от: elcielodelmes.com.
2. Маран, С. Астрономия за манекени.
3. POT. Касини Мисии. Възстановени от: solarsystem.nasa.gov.
4. Пауъл, М. Планетите с голи очи в нощното небе (и как да ги идентифицираме). Възстановени от: nudeeyeplanets.com.
5. Семена, М. 2011. Слънчевата система. Седмо издание. Учене в Cengage.
6. Wikipedia. Планетен пръстен. Възстановено от: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Сатурн (планета). Възстановено от: es.wikipedia.org.
8. Wikipedia. Сатурн (планета). Възстановено от: en.wikipedia.org.