Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Реферат
на тему: «Юпитер и Сатурн»
Подготовил:
ученик 11 класса
ДОШ № 59
ФИО
Захарченко Сергей Александрович
Проверил учитель:
Машковцева С.Ю.
Донецк 2013
Содержание
|
Введение |
||
|
1 |
3 |
|
|
2 |
Звезды главной последовательности |
5 |
|
3 |
Звездные системы |
10 |
|
4 |
Основные характеристики и процессы |
12 |
|
5 |
Звездная эволюция |
15 |
|
6 |
Звездные каталоги и принципы обозначения звезд |
17 |
|
7 |
Самые известные звёзды |
18 |
|
Вывод |
||
|
Список литературы |
19 |
Ю. самая крупная из планет-гигантов. Известен с древних времн. Движется вокруг Солнца на ср. расстоянии 5,203 а. е. 778 млн. км Эксцентриситет орбиты 0,048, наклон плоскости орбиты к плоскости эклиптики 1,3. Полный оборот вокруг Солнца Ю. совершает за 11,862 года, двигаясь со средней скоростью 13,06 кмсек. Ср. си-нодич. период обращения 399 сут. За 12 лет
Ю. обходит вс небо вдоль эклиптики и в противостоянии виден как чуть желтоватая звезда 2,6 звздной величины уступает в блеске только Венере , и Марсу во время великого противостояния. Видимый диск Юпитера имеет форму эллипса, оси которого в ср. противостоянии видны под углом 46,5 и 43,7. В соединении с Солнцем Юпитер имеет угловые размеры на 13 меньше, а блеск на 0,84 звздной величины слабее, чем в противостояниях. Визуальное альбедо Юпитера равно 0,67.
Экваториальный диаметр Юпитера равен 142 600 км, полярный 134 140 км сжатие Юпитера 1 15,9 обусловлено быстрым его осевым вращением. Период вращения близ экватора составляет 9 ч 50 мин 30 сек РI, а на средних широтах 9 ч 55 мин 40 сек РII. Объм Юпитера превосходит объм Земли в 1315 раз, а масса в 318 раз.
Масса Юпитера составляет 1 1047,39 долю Солнца. Средняя плотность 1,33 гсм3 мало отличается от средней плотности Солнца. Ускорение силы притяжения на полюсе Юпитера равно 27,90 мсек2, на экваторе 25,90 мсек2 центробежное ускорение на экваторе 2,25 мсек2. Параболическая скорость скорость убегания на поверхности Юпитера равна 61 кмсек. Все геометрические, механические и физические характеристики указаны по данным
на 1974. Сведения о Юпитере и его спутниках были значительно обогащены результатами измерений и наблюдений, полученными американскими автоматическими межпланетными станциями Пионер-10 1973 и Пионер-1974. Атмосфера Юпитера. Наблюдаемая поверхность Юпитера состоит из облаков и других атмосферных образований и пересечена многочисленными тмными полосами поясами, разделнными светлыми зонами, расположенными параллельно экватору, который наклонн
всего лишь на 304 к плоскости орбиты Юпитера. Полосы имеют разнообразную окраску и сложную структуру, которая постоянно изменяется. Особенно изменчив вид Южной и Северной экваториальных полос, которые временами исчезают, а затем восстанавливаются с намечающейся цикличностью около 4 лет. Очень узкая экваториальная полоса также нередко становится невидимой. Околополярные же области сравнительно устойчивы. Количество тепла, приходящего от
Солнца на единицу площади Юпитера, составляет 51,0 втм2, т. е. в 27 раз меньше, чем на единицу площади Земли. Такое количество тепла способно нагреть поверхность Юпитер до температуры равновесной 110 К. Между тем прямые измерения как наземными средствами, так и с помощью космических зондов указывают на температуру до 145 К по измерениям инфракрасного излучения Юпитера и на более высокие значения до 170
К в сантиметровом радиодиапазоне. В отдельных местах тмных полос инфракрасное излучение в очень длинных волнах приводит к значениям температуры от 200 до 270 К. Рекордно высокая температура 310 К была обнаружена в одном тмном пятне 612 тыс. км близ экватора. Такая температура может быть обусловлена только потоком тепла из недр планеты, превышающим поток, приходящий от Солнца, в 2 раза. В облачной структуре Юпитера существуют более пли менее постоянные образования,
примером которых служит Большое красное пятно БКП, расположенное на широте около 22 в Южной тропической зоне. БКП имеет форму овала длиной до 40 000 км и шириной около 13 000 км. Цвет его красный, но бывают годы, когда оно лишь с трудом выделяется на белом фоне зоны. Эффекты вращения и вертикальные движения в атмосфере в сочетании с различными уровнями облаков обусловливают сложную зависимость видимых систематических движений на разных удалениях от экватора.
Периоды вращения РI и РII лишь в среднем описывают вращение атмосферы Юпитера. В действительности же систематически направленные ветры, действующие в той или иной полосе или зоне, приводят к сильно отличающимся значениям периода вращения. Химический состав атмосферы Юпитера определяется спектроскопически. По сильным полосам поглощения раньше всего в атмосфере
Юпитера были обнаружены метан СН4 и аммиак NН3. Позднее по слабым полосам в инфракрасной области спектра был обнаружен молекулярный водород Н2, затем пары воды Н2О, молекулы ацетилена С2Н2, этана С2Н6, фос-фина РН3 и, наконец, окиси углерода СО. Тмные полосы Юпитера имеют аэрозольную природу и состоят из частиц диаметром 0,2 0,3 мкм. Над уровнем, где атмосферное давление составляет 1 агпм к нему относятся приведнные
выше геом. размеры Ю располагаются кристаллы аммиака. Несколько ниже этого уровня находятся тврдые частицы полисульфидов, ещ ниже ледяные кристаллики воды и, наконец, на 60 км ниже этого уровня взвешенные капли раствора аммиака в воде. Внутреннее строение Юпитера. Существуют несколько моделей строения Юпитера при разных предположениях о его химическом составе.
Вследствие большой силы тяжести на Юпитере давление газов возрастает с глубиной очень быстро и уже на расстоянии 10 тыс. км от поверхности становится настолько большим, что преобладающий газ водород изменяет сво состояние и переходит из нормальной молекулярной фазы в металлическую. С ростом температуры по мере приближения к центру планеты металлический водород расплавляется температура вблизи центра Юпитера приближается к 000 К при давлении порядка 100 млн. агпм и плотности 20 30 гсм3.
В некоторых моделях Юпитера предполагается существование слоя льда Н2О значительной толщины, но лишь вблизи поверхности, где температура невысока. По-видимому, Юпитер имеет тврдую оболочку сравнительно недалеко от поверхности. Предположение о существовании такой оболочки могло бы объяснить магнитное поле, жстко вращающееся вместе с планетой, и неоднородности тепловых потоков, проявляющиеся в многочисленных деталях полос и особенно
в длительно существующих БКП, вращающихся почти с тем же периодом, что и магнитное поле Юпитера. Магнитное поле Юпитера обнаруживается по сильному радиоизлучению, особенно интенсивному в дециметровом и декаметровом диапазонах. Дециметровые волны исходят из околопланетного пространства и представляют собой синхротронное излучение электронов, захваченных магнитосферой Юпитера в радиационные пояса, подобные земным. Декаметровое излучение на волне 7,5 м имеет характер
шумовых бурь, длящихся от нескольких часов до нескольких минут. Излучение направлено и исходит из определнных малых участков поверхности Юпитера. Из повторяемости радиовсплесков следует, что их источники вращаются с периодом РIII 9 ч 55 мин 30 сек. С периодом РIII изменяется также дециметровое излучение. Именно этот период приписывают вращению тврдого слоя, собственно образующего поверхность
Юпитера. Природа тврдого слоя Юпитера пока ещ неясна. Его верхняя граница должна находиться вблизи видимой поверхности, нижняя же граница может быть расположена там, где металлический водород переходит от тврдой фазы к жидкой. На этой границе и в глубине жидкого ядра возникают электрические токи, являющиеся причиной магнитного поля Юпитера. Напряжнность магнитного поля Юпитера 4 э.
Направление магнитной оси Юпитера составляет угол около 10 с его осью вращения. Магнитосфера Юпитера имеет очень большие размеры. В ближайших к планете областях до 20 радиусов она имеет явно выраженный дипольный характер и содержит радиационные пояса, в которых движутся захваченные полем электроны, обладающие энергией св. 6 Мэв. Их взаимодействие с полем порождает дециметровое синхротронное излучение.
В более отдалнных областях ср. магнитосфера простирается до 60 планетных радиусов и деформирована вращением. Здесь возможны плазменные истечения и колебания, излучающие в декаметровом диапазоне. Ещ дальше, до 90 100 планетных радиусов, находится внешняя магнитосфера, простирающаяся до магнито-паузы, размеры которой изменчивы. С ночной стороны она простирается за орбиту Сатурна. Все 5 ближайших к Юпитеру его спутников постоянно охвачены средней магнитосферой.
Ближайший большой спутник Ио обладает, по-видимому, своим магнитным полем и существенно влияет на частоту радиовсплесков Юпитера. Спутники. Известны 13 спутников Юпитера. Последний из них Юпитер XIII, открыт в 1974. Первые 4 самых больших спутника были открыты Г. Галилеем в 1610. Пятый спутник Юпитер V, открытый в 1892, почти три столетия спустя, самый близкий к планете он удалн
от планеты всего лишь на 2,54 экваториальных радиуса Юпитера. Все эти спутники движутся практически по круговым орбитам, плоскости которых совпадают с плоскостью экватора Юпитера. Их периоды обращения от 12 ч у Юпитера V до 16,8 сут у Юпитера IV. Все остальные спутники Юпитера, открытые в 20 в удалены от планеты на большие расстояния.
В 1976 были заново утверждены названия спутников. Почти все они взяты из мифологии среди персонажей, так или иначе связанных с деятельностью Юпитера первые 4 спутника были названы ещ Галилеем. Ниже приведены названия спутников в скобках даны их радиусы в км и видимые звздные величины в противостоянии 1976 I Ио 1820 4,9 II Европа 1530 5,3 III Ганимед 2610 4,6IV Каллисто 2450 5,6 V Амальтея 120 13 VI Гамалия 80 14,2 VII Элара 50 17 VIII Пасифея 12 18 IX Синопа 10 18.6 X Лизифоя 8 18,3 XI Карма -9 18,6 XII Ананке 8 18.7 XIII Леда 5 20. Четыре галилеевых спутника по размерам своим приближаются к планетам Ганимед и Каллисто больше Меркурия. Периоды их осевого вращения и обращения вокруг
Юпитера совпадают. Средние плотности больше, чем у Юпитера 2,89 3,20 2,07 и 1,54 гсм3. Все они имеют низкую температуру, близкую к равновесной. Их альбедо довольно высокое, но ниже, чем у Юпитера, что указывает скорее на особенности поверхности, чем на наличие мощной атмосферы. Действительно, радарные и инфракрасные наблюдения позволили установить, что поверхность их составлена из льда или смеси льда и скал, т. к. отмечаются значит, неровности.
Пионер-10 и Пионер-11 сфотографировали Ганимеда с близкого расстояния, причм были обнаружены устойчивые тмные и светло-зеленые образования. Ио имеет атмосферу и значит, ионосферу. По близкому совпадению плоскостей первых пяти спутников с плоскостью экватора Юпитера можно полагать, что эти спутники образовались одновременно с планетой из одного сгустка первичного вещества. Что касается остальных спутников, то они скорее всего в прошлом являлись астероидами и были захвачены Юпитером.
Сатурн
АТМОСФЕРА И ОБЛАЧНЫЙ СЛОЙ.
Всякий, кто наблюдал планеты в телескоп, знает, что на
поверхности Сатурна, то есть на верхней границе его облачного покрова,
заметно мало деталей и контраст их с окружающим фоном невелик. Этим
Сатурн отличается от Юпитера, где присутствует множество контрастных
деталей в виде темных и светлых полос, волн, узелков,
свидетельствующих о значительной активности его атмосферы.
Возникает вопрос, действительно ли атмосферная активность Сатурна
(например скорость ветра) ниже, чем у Юпитера, или же детали его облачного
покрова просто хуже видны с Земли из-за большего расстояния (около 1,5
млрд. км.) и более скудного освещения Солнцем (почти в 3,5 раза слабее
освещения Юпитера)?
"Вояджерам" удалось получить снимки облачного покрова Сатурна, на
которых отчетливо запечатлена картина атмосферной циркуляции: десятки
облачных поясов, простирающихся вдоль параллелей, а также отдельные вихри.
Обнаружен, в частности, аналог Большого Красного Пятна Юпитера, хотя и
меньших размеров. Установлено, что скорости
ветров на Сатурне даже выше, чем на Юпитере: на экваторе 480 м/с, или
1700 км/ч. Число облачных поясов больше, чем на юпитере, и достигают они
более высоких широт. Таким образом, снимки облачности демонстрируют
своеобразие атмосферы Сатурна, которая даже активнее
юпитерианской.
Метеорологические явления на Сатурне происходят при более низкой
температуре, нежели в земной атмосфере. Поскольку Сатурн в 9,5 раз дальше
от Солнца, чем Земля, он получает в 9,5 =90 раз меньше тепла.
Температура планеты на уровне верхней границы облачного покрова, где
давление равно 0,1 атм, составляет всего 85 К, или -188 С. Интересно, что
за счет нагревания одним Солнцем даже такой температуры получить нельзя.
Расчет показывает: в недрах Сатурна имеется свой собственный источник
тепла, поток от которого в 2,5 раза больше, чем от Солнца. Сумма этих двух
потоков и дает наблюдаемую температуру планеты. Космические аппараты
подробно исследовали химический состав надоблачной атмосферы Сатурна. В
основной она состоит почти на 89% из водорода. На втором месте гелий
(около 11% по массе). Отметим, что в атмосфере Юпитера его 19%. Дефицит
гелия на Сатурне объясняют гравитационным разделением гелия и водорода в
недрах планеты: гелий, который тяжелее, постепенно оседает на большие
глубины (что, кстати говоря, высвобождает часть энергии,
"подогревающей" Сатурн). Другие газы в атмосфере - метан, аммиак, этан,
ацетилен, фосфин - присутствуют в малых количествах. Метан при столь низкой
температуре ( около -188 С)находится в основном в капельножидком состоянии.
Он образует облачный покров Сатурна. Что касается малого контраста
деталей, видимых в атмосфере Сатурна, о чем говорилось выше, то причины
этого явления пока еще не вполне ясны. Было высказано предположение, что
в атмосфере взвешена ослабляющая контраст дымка из мельчайших твердых
частиц. Но наблюдения "Вояджера-2" опровергают это: темные полосы на
поверхности планеты оставались резкими и ясными до самого края диска
Сатурна, тогда как при наличии дымки они бы к краям замутнялись из-за
большого количества частиц перед ними. Вопрос, таким образом, не может
считаться решенным и требует дальнейшего расследования.
Данные, полученные с "Вояджера-1", помогли с большой точностью
определить экваториальный радиус Сатурна. На уровне вершины облачного
покрова экваториальный радиус составляет 60330 км. или в 9,46 раза больше
земного. Уточнен также период обращения Сатурна вокруг оси: один оборот
он совершает за 10 ч. 39,4 мин - в 2,25 раза быстрее Земли. Столь быстрое
вращение привело к тому, что сжатие Сатурна значительно больше, чем у
Земли. Экваториальный радиус Сатурна на 10% больше полярного (у Земли -
только на 0,3%).
МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА САТУРНА.
До тех пор, пока первые космические аппараты не достигли Сатурна,
наблюдательных данных о его магнитном поле не было вообще. но из
наземных радиоастрономических наблюдений явствовало, что Юпитер обладает
мощным магнитным полем. Об этом свидетельствовало тепловое
радиоизлучение на дециметровых волнах, источник которого оказался
больше видимого диска планеты, причем он вытянут вдоль экватора Юпитера
симметрично по отношению к диску. Такая геометрия, а также
поляризованность излучения свидетельствовали о том, что наблюдаемое
излучение магнитно-тормозное и источник его - электроны, захваченные
магнитным полем Юпитера и населяющие его радиационные пояса, аналогичные
радиационным поясам Земли. Полеты к Юпитеры подтвердили эти выводы.
Поскольку Сатурн весьма сходен с Юпитером по своим физическим свойствам,
астрономы предположили, что достаточно заметное магнитное поле есть и у
него. Отсутствие же у Сатурна наблюдаемого с Земли магнитно-тормозного
радиоизлучения объясняли влиянием колец. Эти предложения подтвердились. Еще
при подлете "Пионера-11" к Сатурну его приборы зарегистрировали в около
планетном пространстве образования, типичные для планеты, обладающей ярко
выраженным магнитным полем: головную ударную волну, границу магнитосферы
(магнитопаузу), радиационные пояса (Земля и Вселенная, 1980, N2, с.22-25
- Ред.). В целом магнитосфера Сатурна весьма сходна с земной, но,
конечно, значительно больше по размерам. Внешний радиус магнитосферы
Сатурна в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса
планеты, а расстояние до ударной волны - 26 радиусов. Для сравнения можно
напомнить, что внешний радиус земной магнитосферы в подсолнечной точке -
около 10 земных радиусов. Так что даже по относительным размерам
магнитосфера Сатурна превосходит земную более чем вдвое. Радиационные
пояса Сатурна настолько обширны, что охватывают не только кольца, но и
орбиты некоторых внутренних спутников планеты. Как и ожидалось, во
внутренней части радиационных поясов, которая "перегорожена" кольцами
Сатурна, концентрация заряженных частиц значительно меньше. Причину этого
легко понять, если вспомнить, что в радиационных поясах частицы совершают
колебательные движения примерно в меридиональном направлении, каждый раз
пересекая экватор. Но у Сатурна в плоскости экватора располагаются
кольца: они поглощают почти все частицы, стремящиеся пройти сквозь них. В
результате внутренняя часть радиационных поясов, которая в отсутствие
колец была бы в системе Сатурна наиболее интенсивным источником
радиоизлучения, оказывается ослабленной. Тем не менее "Вояджер-1",
приблизившись
к Сатурну, все же обнаружил нетепловое радиоизлучение его радиационных
поясов.
В отличие от Юпитера Сатурн излучает в километровом диапазоне
длин волн. Заметив, что интенсивность излучения модулирована с периодом
10ч. 39,4 мин., предположили, что это и есть период осевого
вращения радиационных поясов, или, другими словами, период вращения
магнитного поля Сатурна. Но тогда это и период вращения Сатурна. В
самом деле, магнитное поле Сатурна порождается электрическими токами в
недрах планеты, - по-видимому, в слое, где под влиянием колоссальных
давлений водород перешел в металлическое состояние. При вращении этого
слоя с той угловой скоростью вращается и магнитное поле. Вследствие
большой вязкости вещества внутренних частиц планеты все они
вращаются с одинаковым периодом. Таким образом, период вращения
магнитного поля - это в то же время период вращения большей части
массы Сатурна (кроме атмосферы, которая вращается не как твердое тело).
КОЛЬЦА
С Земли в телескоп хорошо видны три кольца: внешнее, средней
яркости кольцо А; среднее, наиболее яркое кольцо В и внутреннее, не яркое
полупрозрачное кольцо С, которое иногда называется креповым. Кольца чуть
белее желтоватого диска Сатурна. Расположены они в плоскости экватора
планеты и очень тонки: при общей ширине в радиальном направлении
примерно 60 тыс. км. они имеют толщину менее 3 км. спектроскопически было
установлено, что кольца вращаются не так, как твердое тело, - с
расстоянием от Сатурна скорость убывает. Более того, каждая точка колец
имеет такую скорость, какую имел бы на этом расстоянии спутник, свободно
движущийся вокруг Сатурна по круговой орбите. Отсюда ясно: кольца
Сатурна по существу представляют собой колоссальное скопление мелких
твердых частиц, самостоятельно обращающихся вокруг планеты. Размеры частиц
столь малы, что их не видно не только в земные телескопы, но и с борта
космических аппаратов. Характерная особенность строения колец - темные
кольцевые промежутки (деления), где вещества очень мало. Самое широкое
из них (3500 км) отделяет кольцо В от кольца А и называется "делением
Кассини" в честь астронома, впервые увидевшего его в 1675 году. При
исключительно хороших атмосферных условиях таких делений с Земли видно
свыше десяти.Природа их, по-видимому, резонансная. Так, деление Кассини -
это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг Сатурна
ровно вдвое меньше, чем у ближайшего крупного спутника Сатурна - Мимаса. Из-
за такого совпадения Мимас своим притяжением как бы раскачивает
частицы, движущиеся внутри деления, и в конце концов выбрасывает их
оттуда.
Бортовые камеры "Вояджеров" показали, что с близкого расстояния
кольца Сатурна похожи на граммофонную пластинку: они как бы расслоены на
тысячи отдельных узких колечек с темными прогалинами между ними. Прогалин
так много, что объяснить их резонансами с периодами обращения спутников
Сатурна уже невозможно. Чем же объясняется эта тонкая структура? Вероятно,
равномерное распределение частиц по плоскости колец механически
неустойчиво. Вследствие этого возникают круговые волны плотности - это
и есть наблюдаемая тонкая структура.
Помимо колец А,В и С "Вояджеры" обнаружили еще четыре: D,E,F и
G. Все они очень разрежены и потому неярки. Кольца D и E с трудом
видны с Земли при особо благоприятных условиях; кольца F и G обнаружены
впервые. Порядок обозначения колец объясняется историческими причинами,
поэтому он не совпадает с алфавитным. Если расположить кольца по мере их
удаления от Сатурна, то мы получим ряд: D,C,B,A,F,G,E. Особый интерес и
большую дискуссию вызвало кольцо F. К сожалению, вывести окончательное
суждение об этом объекте пока не удалось, так как наблюдения двух
"Вояджеров" не согласуются между со бой. Бортовые камеры "Вояджера-
1" показали, что кольцо F состоит из нескольких колечек общей шириной
60 км., причем два из них перевиты друг с другом, как шнурок.
Некоторое время господствовало мнение, что ответственность за эту
необычную конфигурацию несут два небольших новооткрытых спутника,
движущихся непосредственно вблизи кольца F, - один из внутреннего края,
другой - у внешнего (чуть медленнее первого, так как он дальше от
Сатурна). Притяжение этих спутников не дает крайним частицам уходить далеко
от его середины, то есть спутники как бы "пасут" частицы, за что и получили
название "пастухов". Они же, как показали расчеты, вызывают движение
частиц по волнистой линии, что и создает наблюдаемые переплетения
компонентов кольца. Но "Вояджер-2", прошедший близ Сатурна девятью месяцами
позже, не обнаружил в кольце F ни переплетений, ни каких-либо других
искажений формы, - в частности, и в непосредственной близости от
"пастухов". Таким образом, форма кольца оказалась изменчивой. Для суждения
о причинах и закономерностях этой изменчивости двух наблюдений, конечно,
мало. С Земли же наблюдать кольцо F современными средствами невозможно -
яркость его слишком мала. Остается надеяться, что более тщательное
исследование полученных "Вояджерами" снимков кольца прольет свет на эту
проблему.
Кольцо D - ближайшее к планете. Видимо, оно простирается до
самого облачного шара Сатурна. Кольцо E - самое внешнее. Крайне
разряженное, оно в то же время наиболее широкое из всех - около 90 тыс.
км. Величина зоны, которую оно занимает, от 3,5 до 5 радиусов планеты.
Плотность вещества в кольце E возрастает по направлению к орбите
спутника Сатурна Энцелада. Возможно, Энцелад - источник вещества
этого кольца. Частицы колец Сатурна, вероятно, ледяные, покрытые сверху
инеем. Это было известно еще из наземных наблюдений, и бортовые приборы
космических аппаратов лишь подтвердили правильность такого вывода.
Размеры частиц главных колец оценивались из наземных наблюдений в
пределах от сантиметров до метров (естественно, частицы не могут быть
одинаковыми по величине: не исключается также, что в разных кольцах
типичный поперечник частиц различен). Когда "Вояджер-1" проходил вблизи
Сатурна, радиопередатчик космического аппарата последовательно
пронизывал радиолучом не волне 3,6 см. кольцо А, деление Кассини и кольцо
С. Затем радиоизлучение было принято на Земле и подверглось анализу.
Удалось выяснить, что частицы указанных зон рассеивают радиоволны
преимущественно вперед, хотя и несколько по-разному. Благодаря этому
оценили средний поперечник частиц кольца А в 10 м, деления Кассини - в 8 м
и кольца С - в 2 м. Сильное рассеяние вперед, но на этот раз в видимом
свете, обнаружено у колец F и E. Это означает наличие в них значительного
количества мелкой пыли (поперечник пылинки около десятитысячных долей
миллиметра). В кольце В обнаружили новый структурный элемент –
радиальные образования, получившие названия "спиц" из-за внешнего сходства
со спицами колеса. Они также состоят из мелкой пыли и расположены над
плоскостью кольца. Не исключено, что "спицы" удерживаются там силами
электростатического отталкивания. Любопытно отметить: изображения "спиц"
были найдены на некоторых зарисовках Сатурна, сделанных еще в прошлом веке.
Но тогда никто не придал им значения. Исследуя кольца, "Вояджеры"
обнаружили неожиданным эффект - многочисленные кратковременные всплески
радиоизлучения, поступающего от колец. Это не что иное, как сигналы от
электростатических разрядов - своего рода молнии. Источник электризации
частиц, по-видимому, столкновения между ними. Кроме того6 была открыта
окутывающая кольца газообразная атмосфера из нейтрального атомарного
водорода. "Вояджерами" наблюдалась линия Лайсан-альфа (1216 А) в
ультрафиолетовой части спектра. По ее интенсивности оценили число
атомов водорода в кубическом сантиметре атмосферы. Их оказалось
примерно 600. Нужно сказать, некоторые ученые задолго до запуска к
Сатурну космических аппаратов предсказывали возможность существования
атмосферы у колец Сатурна. "Вояджерами" была также сделана
попытка измерить массу колец. Трудность состояла в том, что масса
колец по крайней мере в миллион раз меньше массы Сатурна. Из-за этого
траектория движения космического аппарата вблизи Сатурна в громадной
степени определяется мощным притяжением самой планеты и лишь ничтожно
возмущается слабым притяжением колец. Между тем именно слабое притяжение и
необходимо выявить. Лучше всего для этой цели подходила траектория "Пионера-
11". Но анализ измерений траектории аппарата по его радиоизлучению показал,
что кольца ( в пределах точности измерений) на движение аппарата не
повлияли. Точность же составила 1,7 х 10 массы Сатурна. Иными словами,
масса колец заведомо меньше 1,7 миллионных долей массы планеты.
СПУТНИКИ.
Если до полетов космических аппаратов к Сатурну было известно 10
спутников планеты, то сейчас мы знаем 17 (Земля и Вселенная, 1981,
N2, с. 40-45-Ред.). Новые семь спутников весьма малы, но тем не менее
некоторые из них оказывают серьезное влияние на динамику системы
Сатурна. Таков, например, маленький спутник, движущийся у внешнего края
кольца А; он не дает частицам кольца выходить за пределы этого края. Это
Атлас. (В греческой мифологии многоглазый великан, стерегущий по приказу
богини Геры возлюбленную Зевса Ио. В переносом смысле - бдительный страж).
Титан является вторым по величине спутником в Солнечной Системе. Его
радиус равен 2575 километров. Его масса составляет 1,346 х 10 грамм (0,022
массы Земли), а средняя плотность 1,881 г/см . Это единственный
спутник, обладающий значительной атмосферой, причем его атмосфера плотнее,
чем у любой из планет земной группы, исключая Венеру. Титан подобен Венере
еще и тем, что у него имеются глобальная дымка и даже небольшой тепличный
подогрев у поверхности. В его атмосфере, вероятно, имеются метановые
облака, но это твердо не установлено. Хотя в инфракрасном спектре
преобладают метан и другие углеводороды, основным компонентом атмосферы
является азот, который проявляется в сильных УФ-эмиссиях. Верхняя атмосфера
весьма близка к изотермическому состоянию на всем пути от стратосферы до
экзосферы, а температура на поверхности с точностью до нескольких градусов
одинакова по всей сфере и равна 94 К. Радиусы темно-оранжевых или
коричневых частиц стратосферного аэрозоля в основном не превышают 0,1 мкм,
а на больших глубинах могут существовать более крупные частицы.
Предполагается, что аэрозоли являются конечным продуктом фотохимических
превращений метана и что они аккумулируются на поверхности (или
растворяются в жидком метане или этане). Наблюдаемые углеводороды и
органические молекулы могут возникать при естественных фотохимических
процессах. Удивительным свойством верхней атмосферы являются УФ-эмиссии,
приуроченные к дневной стороне, но слишком яркие, чтобы их могла
возбудить поступающая солнечная энергия. Водород быстро диссипирует,
пополняя наблюдаемый тор, вместе с некоторым количеством азота,
выбиваемого при диссоциации N2 электронными ударами. На основе наблюдаемого
расщепления температуры можно построить глобальную систему ветров.
Глобальный состав Титана, по-видимому, определяется тем набором
конденсируемых веществ, которые образовались в плотном газовом диске вокруг
прото-Сатурна. Существуют три возможных сценария происхождения: холодная
аккреция (означающая, что повышение температуры в ходе образования
пренебрежимо мало), горячая аккреция при отсутствии плотной газовой
фазы и горячая аккреция в присутствии плотной газовой фазы. На рис.
показано, как могут выглядеть в разряде недра Титана. Вероятно наличие
горячего дегидротированного силикатного ядра, а также расплавленного
слоя NH -H O, однако детальное расположение ледяных слоев в настоящее
время достоверно неизвестно. Конвекция преобладает повсюду, кроме внешней
оболочки. Япете. Возможно, что самый таинственный из спутников
Сатурна, Япете, является единственным по интервалу альбедо его
поверхности - от 0,5 (типичное значение для ледяных тел) до 0,05 в
центральных частях его ведущего по ходу обращения полушария. "Вояджером -
1" были получены изображения с максимальным разрешением 50 км/пара линий,
показывающие в основном полушарие обращенное к Сатурну, и границу
между ведущей (темной) и ведомой (светлой) сторонами. Было
зарегистрировано огромное темное экваториальное кольцо диаметром около
300 км с долготой центра около 300 . Вояджеровские наблюдения, полученные
с наибольшим разрешением, показывают, что светлая сторона ( и особенно
область северного полюса) сильно кратеризована: поверхностная плотность
составляет 205+16 кратеров ( D>30 км) на 10 км . Экстраполяция
до диаметров 10 км приводит к плотности более 2000 кратеров ( D>10 км)
на 10 км . Такая плотность сравнима с плотностями на других сильно
кратеризованных телах, таких, как Меркурий и Каллисто, или с плотностью
кратеров на лунных континентах. Характерной чертой границы между темной и
светлой областями на Япете является существование многочисленных кратеров с
темным дном на светлом веществе и отсутствие на темном веществе
кратеров со светлым дном или кратеров с гало (или других белых пятен).
Плотность Япета, равная 1,16+0,09 г/см характерна для ледяных
Спутников Сатурна и согласуется с моделями, в которых водяной лед является
главной составляющей. Белл считает, что темное вещество является основным
компонентом исходного конденсата, из которого образовался Япет.
Рея. Почти двойник Япета по размерам, но без его темного вещества,
Рея может представлять собой относительно простой прототип ледяного
спутника внешних областей Солнечной системы. Диаметр Реи 1530 км, а
плотность 1,24+0,05 г/см . Ее геометрическое альбедо равно 0,6 и
оказывается подобным альбедо полюсов и ведомого полушария Япета.
СПУТНИКИ САТУРНА
Это позволило сделать важный шаг в исследовании природы спутников.
Зная диаметр спутника, легко вычислить его объем. Разделив массу спутника
на объем, получим среднюю плотность - характеристику, помогающую
установить, из каких веществ состоит данное небесное тело. Выяснилось, что
плотности внутренних спутников Сатурна - от Мимаса до Реи, а также Япета
- близки к плотности воды: от 1,0 до 1,4 г/см ,Есть основания полагать, что
эти спутники главным образом, и состоят из воды (конечно, не жидкой,
так как их температура около -180 С). Тефия, плотность которой 1 г/см ,
особенно похожа на кусок чистого льда. В других спутниках также должна
иметься большая или меньшая примесь каменистых веществ. "Вояджеры"
подходили к спутникам Сатурна так близко, что удалось не только
определить диаметры спутников, но и передать на Землю изображения их
поверхности. Уже составлены первые карты спутников.
Наиболее распространенные образования на их поверхности - кольцевые
кратеры, подобные лунным. Происхождение кратеров ударное: летящее в
межпланетном пространстве метеорное тело сталкивается со спутником, его
космическая скорость почти мгновенно падает до нуля, кинетическая энергия
переходит в тепло. Происходит взрыв с образованием кольцевого кратера.
Некоторые кратеры нужно упомянуть особо. Например, большой кратер на
маленьком Мимасе. Диаметр кратера около 130 км., или треть диаметра
спутника. Вероятно, ударного кратера большего размера на Мимасе быть
не может. При несколько большей кинетической энергии космического
тела, нанесшего удар, Мимас разлетелся бы на куски. Множество
кратеров, которые мы сейчас видим на снимках спутников Сатурна, - это
летопись их истории, уходящая вглубь времен по меньшей мере на сотни
миллионов лет. Отметины, произведенные небесными камнями, свидетельствуют,
что в отдаленную эпоху формирования планетной системы
околосолнечное пространство (по крайней мере до орбиты Сатурна) было
насыщено множеством отдельных твердых тел , из которых постепенно
сложились планеты и спутники. И даже после того, как формирование
планет и спутников в основном завершилось, остаток этих твердых тел
долгое время продолжал двигаться в пространстве. Таковы, в
основном, наши сегодняшние сведения о Сатурне. Необходимо только
оговориться, что в первую очередь речь шла о непосредственных фактических
данных. Более глубокие выводы, которые могут быть из них сделаны и,
вероятно, будут сделаны , потребуют длительной работы ученых. Она еще
впереди.
Список литературы
1. Мороз В. И Физика планет, М 1967 2. Физические характеристики планет-гигантов, А А 1971 3. Жарков В. Н Внутреннее строение Земли, Луны и планет, М 1973 4. Долги нов Ш. Ш Магнетизм планет, М 1974 5. Мартынов Д. Я Планеты.
1."Система Сатурна", М., Мир,1990г.
2.Ф.Я. Цикл "Семья Солнца: планеты и спутники Солнечной
системы", М.,Мир, 1984г.
3."Земля и Вселенная" N4, 1982г.
4."Справочник любителя и астронома", Е.П.Куликовский,
М., Наука, 1977г.
5."Планеты открытые заново", С.Н.Коновалов,
М., Наука, 1981г.