Сатурн (планета)
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Сатурн (планета)

Сатурн , шоста по відстані від Сонця велика планета Сонячної системи; астрономічний знак ћ С. належить до планет-гігантів. Велика піввісь орбіти С. (його середня відстань від Сонця) складає 9,54 а. е., або 1,43 млрд. км. Ексцентриситет орбіти С. 0,056 (найбільший серед планет-гігантів). Кут нахилу плоскості орбіти С. до плоскості екліптики рівний 2°29’. Повний зворот довкола Сонця (сидеричний період звернення) С. здійснює за 29,458 років з середньою швидкістю 9,64 км/сек. Синодичний період звернення рівний 378,09 сут. На піднебінні С. виглядає як жовтувата зірка, блиск якої міняється від нульової до першої зоряної величини (у середньому протистоянні). Велика мінливість блиску пов'язана з існуванням довкола С. кілець; кут між плоскістю кілець і напрямом на Землю міняється в межах від 0 до 28°, і земний спостерігач бачить кільця під разним кутом, що і визначає зміну блиску С. Відімий диск С. має форму еліпса з осями 20,7” і 14,7” (у середньому протистоянні). У верхньому з'єднанні з Сонцем видимі розміри С. на 25% менше, а блиск на 0,48 зоряної величини слабкіший. Візуальне альбедо С. рівно 0,69.

  Еліпсна диска С. відображає його сфероїдальну форму, яка є наслідком швидкого обертання С.: період його обертання довкола своєї осі рівний 10 ч 14 мін на екваторі, 10 ч 38 мін на помірних широтах і 10 ч 40 мін на широті біля 60°. Вісь обертання С. нахилена до плоскості його орбіти на 63°36’. У лінійній мірі екваторіальний радіус С. складає 60 100 км., полярний — 54 600 км. (точність близько 1%), а стискування дорівнює 1:10,2. Об'єм С. перевищує об'єм Землі в 770 разів, а маса С. в 95,28 разів більше земний (5,68 · 102 26 кг ), так що середня щільність С. складає 0,7 г / см 3 — удвічі менше щільності Сонця. По відношенню до Сонця маса С. складає 1:3499. Прискорення сили тяжіння на поверхні С. на екваторі дорівнює 9,54 м/сек 2 . Параболічна швидкість (швидкість втечі) на поверхні С. досягає 37 км/сек.

  На диску С. видно мало деталей, навіть при розгляді його в найкращих умовах. Видно лише паралельні екватору світлі і темні смуги, на які зрідка накладаються темні або світлі плями, за допомогою яких і визначається обертання С.

  Температура поверхні С. по вимірах теплового потоку, витікаючого з планети в інфрачервоної області спектру, визначається від — 190 до — 150 °С (що вище за рівноважну температуру — 193 °С), відповідною отримуваному від Сонця потоку тепла. Це свідчить про те, що в тепловому випромінюванні С. є доля власного глибинного тепла, що підтверджується і вимірами радіовипромінювання.

  Відмінність кутових швидкостей обертання С. на різних широтах свідчить про те, що спостережувана із Землі його поверхня є лише верхній хмарний шар атмосфери. Про внутрішню будову С. можна скласти деяку виставу на підставі теоретичних досліджень. Спостережувані обурення в русі супутників С., будучи зіставлені із стискуванням його фігури і середньою щільністю, дозволяють визначити приблизний хід тиску і щільності в надрах С. (див. Планети ) . Дуже мала середня щільність С. говорить за те, що він, як і інші планети-гіганти, складається переважно з легких газів — водню і гелію, які переважають і на Сонці. Імовірно в склад С. входять водень (80%), гелій (18%), важчих елементів сконцентрованих в ядрі планети, всього лише 2%. Водень до глибин близько половини радіусу знаходиться в молекулярній фазі, а глибше під впливом колосального тиску переходить у фазу металеву. У центрі С. температура близька до 20 000 До.

  Хімічний склад атмосфери, що знаходиться над хмарним шаром С., визначається по лініях поглинання в спектрі планети. Головну її частину складає молекулярний водень (40 км-атм ) , безумовно присутній метан Ch 4 (0,35 км-атм ) , передбачається існування аміаку (Nh 3 ), хоча можливо, що у формі аерозолів він присутній в хмарах. Є підстави передбачати, що і в атмосфері С. є гелій, що спектроскопічно не проявляє себе в доступній нам області спектру. Магнітне поле у С. не виявлено.

  Примітною особливістю планети є кільця Сатурну — концентричні утворення різної яскравості, як би вкладені один в одного, і створюючі єдину плоску систему невеликої товщини, розташовану в екваторіальній плоскості С. Кольцо довкола С. вперше спостерігав Р. Галілей в 1610, але із-за низької якості телескопа він прийняв видимі по краях планети частини кільця за супутники С. Правільноє опис кільця С. дав Х. Гюйгенс (1659), а Дж. Кассині незабаром показав, що воно складається з двох концентричних складових — кілець А і В, розділених темним проміжком (так званим «діленням Кассині»). Багато пізніше (у 1850) американський астроном У. Бонд відкрив внутрішнє кільце (С), що слабо світиться, а в 1969 було виявлено ще слабкіше і ближче до планети кільце D. Яскравість кільця D не перевищує 1 / 20 яскравості найяскравішого кільця — кільця В. Кольца розташовані на наступних відстанях від планети: А — від 138 до 120 тис. км., В — від 116 до 90 тис. км., З — від 89 до 75 тис. км. і D — від 71 тис. км. майже до поверхні С.

  Природа кілець С. стала ясною після того, як англійський фізик Дж. Максвел (у 1859) і російський математик С. В. Ковальовськая (у 1885) різними методами довели, що стійким існування кільця довкола планети може бути лише в тому випадку, якщо воно складається з сукупності окремих малих тіл: суцільне тверде або рідке кільце було б розірване силоміць тяжіння планети.

  Цей теоретичний вивід в кінці 19 ст був емпірично підтверджений незалежно один від одного А. А. Белопольським (Росія), Дж. Килером (США) і А. Деландром (Франція), які сфотографували спектр С. за допомогою щілинного спектрографа і на основі ефекту Доплера — Фізо виявили, що зовнішні частини кільця С. обертаються повільніше, ніж внутрішні. Виміряні швидкості виявилися рівними тим, які мали б супутники С., якби вони знаходилися на тих же відстанях від планети.

  Протягом 29,5 років із Землі кільця С. двічі видні в максимальному розкритті і двічі настають періоди, коли Сонце і Земля знаходяться в плоскості кілець, і тоді кільця або освітлюють Сонцем «з ребра», або воно для земного спостерігача видно «з ребра». У цей період кільця майже зовсім не видні, що свідчить про їх дуже малу товщину. Різні дослідники, грунтуючись на візуальних і фотометричних спостереженнях і їх теоретичній обробці, приходять до висновку, що середня товщина кілець складає від 10 см до 10 км. Звичайно, кільце такої товщини побачити із Землі «з ребра» неможливо. Розміри твердих тіл в кільцях оцінюються від 10 -1 до 10 3 см з переважанням глиб діаметром близько 1 м-код, що підтверджується і спостережуваним віддзеркаленням радіохвиль від кілець С.

  Хімічний склад речовини кілець, мабуть, однаковий у всіх чотири складових, різна в них лише міра заповнення простору глибами. Спектр кілець С. істотно відмінний від спектру самого С. і освітлюючого їх Сонця; спектр вказує на підвищену відбивну здатність кілець в ближньої інфрачервоної області (2,1 і 1,5 мкм ) , що відповідає віддзеркаленню від льоду H 2 O. Можна вважати, що тіла, створюючі кільця С., або покриті льодом або інеєм, або складаються з льоду. У останньому випадку масу всіх кілець можна оцінити в 10 24 г, тобто на 5 порядків менше маси самої планети. Температура кілець С., мабуть, близька до рівноважної, тобто до 80 До.

  С. має десять супутників. Один з них — Титан має розміри, порівнянні з розмірами планет; його діаметр дорівнює 5000 км., маса 2,4 × 10 -4 маси С., він володіє атмосферою, що має в своєму складі метан. Самий близький до планеті супутник — Янус, відкритий в 1966: він звертається довкола планети за 18 ч на середній відстані 160 тис. км.; його діаметр близько 220 км. найдальший супутник — Феба ; звертається довкола С. у зворотному напрямі на відстані близько 13 млн. км. (див. Супутники планет ) .

  Літ.: Шаронов Ст Ст, Природа планет, М., 1958; Мороз Ст І., Фізика планет, М. 1967; Бобрів М. С., Кільця Сатурну, М., 1970; Фізичні характеристики планет-гігантів, А.-А., 1971; Жарків Ст Н., Внутрішня будова Землі, Місяця і планет, М., 1973.

  Д. Я. Мартинов.