САТУ́РН

Рис. 1. Сатурн. Снимок Абастуманской астрофизической обсерватории (Грузия).

САТУ́РН, шес­тая по уда­лён­но­сти от Солн­ца и вто­рая по ве­ли­чи­не пла­не­та Сол­неч­ной сис­те­мы, ас­тро­но­мич. знак ♄ . С. – пла­не­та-ги­гант, са­мая даль­няя из пла­нет, ви­ди­мых с Зем­ли не­воо­ру­жён­ным гла­зом (ви­зу­аль­ная звёзд­ная ве­ли­чи­на из­ме­ня­ет­ся от 1,47 до –0,24). В на­зем­ный те­ле­скоп хо­ро­шо раз­ли­чи­мы коль­ца, ок­ру­жаю­щие пла­не­ту (рис. 1).

Общая характеристика

Мас­са С. 5,685·10²⁶ кг (95,1 мас­сы Зем­ли). Боль­шая по­лу­ось ор­би­ты 9,58 а. е. (1,43 млрд. км). Ор­би­та на­кло­не­на к плос­ко­сти эк­лип­ти­ки под уг­лом 2,5°, экс­цен­три­си­тет ор­би­ты 0,056. Си­де­рич. пе­ри­од об­ра­ще­ния во­круг Солн­ца 29,46 зем­ных лет, ср. ор­би­таль­ная ско­рость 9,69 км/с. Ср. по­ток сол­неч­но­го из­лу­че­ния на ор­би­те С. 15 Вт/м² (в 91 раз мень­ше, чем на Зем­ле). На­клон эк­ва­то­ра к ор­би­те 26,73°. Эк­ва­то­ри­аль­ный ра­ди­ус С. (по вер­х­ней гра­ни­це об­лач­но­го слоя) 60268 км (ок. 9,45 ра­диу­са Зем­ли), по­ляр­ное сжа­тие ок. 0,1 (са­мое боль­шое сре­ди пла­нет Сол­неч­ной сис­те­мы). Ср. плот­ность 687 кг/м³ (мень­ше плот­но­сти во­ды). Пе­ри­од вра­ще­ния на эк­ва­то­ре 10 ч 34 мин (пе­рио­ды вра­ще­ния зон по­верх­но­сти С. раз­ли­ча­ют­ся по ши­ро­те). Ус­ко­ре­ние сво­бод­но­го па­де­ния на эк­ва­то­ре со­став­ля­ет 10,44 м/с².

С. не име­ет твёр­дой по­верх­но­сти, б. ч. объ­ё­ма пла­не­ты за­ни­ма­ет во­до­род в га­зо­жид­ком и ме­тал­лич. со­стоя­нии. В цен­тре пла­не­ты пред­по­ла­га­ют на­ли­чие твёр­до­го яд­ра (из си­ли­ка­тов, ме­тал­лов и, воз­мож­но, льда) диа­мет­ром ок. 25000 км. Мас­са яд­ра со­став­ля­ет от 10 до 22 масс Зем­ли, темп-ра в цен­тре дос­ти­га­ет 11500 К.

Атмосфера

Со­став ат­мо­сфе­ры: H₂ (ок. 96%), He (ок. 3%), CH₄ (ок. 0,4%). Из-за низ­кой темп-ры (ок. –170 °C) об­лач­ную по­верх­ность по­сто­ян­но скры­ва­ет ту­ман из кон­ден­си­ров. ме­та­на. За­мет­ны се­зон­ные из­ме­не­ния ви­да по­верх­но­сти, при­чём се­зо­ны на С. раз­ли­ча­ют­ся боль­ше, чем на Зем­ле (из-за боль­ше­го на­кло­на оси вра­ще­ния). Ат­мо­сфе­ра С. име­ет раз­ви­тую сис­те­му поя­сов и зон, ко­то­рые до­хо­дят до очень вы­со­ких ши­рот. На фо­не об­лач­но­го слоя вплоть до 75–78° ши­ро­ты про­сле­жи­ва­ет­ся дви­же­ние бы­ст­рых по­то­ков (пре­об­ла­даю­щее на­прав­ле­ние по­то­ков – на вос­ток). В разл. рай­онах пла­не­ты на­блю­да­ют­ся ци­кло­нич. об­ра­зо­ва­ния; вре­мя их су­ще­ст­во­ва­ния го­раз­до мень­ше, чем у ана­ло­гич­ных об­ра­зо­ва­ний на Юпи­те­ре, хо­тя ме­тео­роло­гич. про­цес­сы на этих двух пла­нетах сход­ны. Цир­ку­ля­ция ат­мо­сфе­ры С., по не­ко­то­рым дан­ным, за­тра­ги­ва­ет глу­би­ну до 2 тыс. км и бо­лее. Сним­ки рай­онов уме­рен­ных ши­рот по­ка­зы­ва­ют боль­шое чис­ло ме­ст­ных ура­га­нов с диа­мет­ром вих­рей 1000 км и бо­лее. Во вре­мя бурь и штор­мов на С. на­блю­да­ют­ся мощ­ные раз­ря­ды мол­ний. Ско­рость зо­наль­ных вет­ров в рай­оне эк­ва­то­ра дос­ти­га­ет 400–500 м/с (в 4 раза вы­ше, чем на Юпи­те­ре). Ши­рот­ное рас­пре­де­ле­ние вет­ров в юж. по­лу­ша­рии поч­ти зер­каль­но по­вто­ря­ет та­кое же рас­пре­де­ле­ние в се­вер­ном.

Рис. 2. Вид Сатурна с севера (на врезке – район северного полюса). Снимок КА «Кассини» (ESA).

В рай­оне сев. по­лю­са С. об­на­ру­же­но уни­каль­ное ме­тео­ро­ло­гич. об­ра­зо­ва­ние: ги­гант­ский шес­ти­гран­ник раз­ме­ром бо­лее 27 тыс. км (в не­го по­мес­ти­лись бы 4 Зем­ли), вра­щаю­щий­ся с пе­рио­дом 10 ч 39 мин, сов­па­даю­щим с пе­рио­дом ра­дио­из­лу­че­ния С. Очер­та­ния и струк­ту­ра шес­ти­гран­ни­ка не из­ме­ня­лись в те­че­ние 20 лет на­блю­де­ний. В его центр. об­лас­ти вид­на струк­ту­ра из кон­цен­трич. ко­лец с пе­ре­па­да­ми вы­со­ты до сот­ни ки­ло­мет­ров (рис. 2).

Из­ме­рен­ная яр­ко­ст­ная темп-ра внеш­не­го слоя об­ла­ков со­ста­ви­ла 80–90 К, эф­фек­тив­ная темп-ра пла­не­ты 95 К. Те­п­ло­вой по­ток (обу­слов­лен­ный ре­лик­то­вым те­п­лом и гра­ви­тац. диф­фе­рен­циа­ци­ей), из­лу­чае­мый С. в про­стран­ст­во, по раз­ным оцен­кам, в 1,9–2,5 раза пре­вы­ша­ет по­ток энер­гии, по­лу­чае­мой от Солн­ца.

Магнитное поле

С. об­ла­да­ет ди­поль­ным маг­нит­ным по­лем, на­пря­жён­ность ко­то­ро­го на уров­не ви­ди­мых об­ла­ков у эк­ва­то­ра ок. 0,2 Гс (в 1,7 ра­за мень­ше, чем на Зем­ле). Маг­нит­ный мо­мент С. го­раз­до боль­ше, чем у Зем­ли, что объ­яс­ня­ет­ся зна­чи­тель­но бóль­ши­ми раз­ме­ра­ми С. Пред­по­ла­га­ют, что маг­нит­ное по­ле соз­да­ёт­ся элек­трич. то­ка­ми в обо­лоч­ке из ме­тал­лич. во­до­ро­да, ко­то­рая об­ра­зу­ет­ся на глу­би­не ок. 30 тыс. км при дав­ле­нии ок. 300 ГПа.

Маг­ни­то­сфе­ра С. име­ет срав­ни­тель­но пра­виль­ную и сим­мет­рич­ную струк­ту­ру. В ра­диа­ци­он­ных поя­сах маг­ни­то­сфе­ры есть пус­тые по­лос­ти, в ко­то­рых спут­ни­ки С. иг­ра­ют роль ло­ву­шек за­ря­жен­ных час­тиц. Наи­бо­лее эф­фек­тив­ным по­гло­ти­те­лем за­ря­жен­ных час­тиц яв­ля­ют­ся коль­ца пла­не­ты, т. к. энер­гич­ные час­ти­цы, дви­жу­щие­ся вдоль маг­нит­ных си­ло­вых ли­ний, лег­ко за­хва­ты­ва­ют­ся ог­ром­ной пло­ща­дью ма­те­риа­ла ко­лец. Над по­лю­са­ми С. на­блю­да­ют­ся ин­тен­сив­ные по­ляр­ные сия­ния.

Спутники и кольца

На 2015 у С. от­кры­то 62 спут­ни­ка. Боль­шие по­лу­оси ор­бит круп­ных спут­ни­ков (в по­ряд­ке уда­лён­но­сти от пла­не­ты: Ми­мас, Эн­це­лад, Те­фия, Дио­на, Рея, Ти­тан и Япет) ле­жат в диа­па­зо­не 186–3561 тыс. км. Наи­мень­ший сре­ди этих спут­ни­ков – Ми­мас (диа­метр ок. 400 км), круп­ней­ший – Ти­тан (диа­метр ок. 5150 км, боль­ше, чем у Мер­ку­рия). Спут­ни­ки со­сто­ят в осн. из во­дя­но­го льда с при­ме­ся­ми гор­ных по­род. У Ти­та­на об­на­ру­же­на плот­ная ат­мо­сфе­ра (98,4% N₂; 1,6% CH₄), а так­же ме­тан-эта­но­вые озё­ра на ле­дя­ной по­верх­но­сти.

Рис. 3. Ночная сторона Сатурна, освещённая светом, рассеянным кольцами. Снимок КА «Кассини» (ESA).

С. об­ла­да­ет мощ­ной сис­те­мой ко­лец (см. в ст. Коль­ца пла­нет). Коль­ца со­сто­ят из дос­та­точ­но боль­ших глыб и об­лом­ков, что не все­гда по­зво­ля­ет точ­но ука­зать, где кон­ча­ет­ся од­но коль­цо и на­чи­на­ет­ся дру­гое. Ма­те­ри­ал ко­лец схо­ден с ма­те­риа­лом спут­ни­ков С. – слег­ка за­гряз­нён­ный во­дя­ной лёд. Осо­бен­но­сти дви­же­ния час­тиц в коль­цах оп­ре­де­ля­ют­ся влия­ни­ем спут­ни­ков С.: в коль­цах рас­про­стра­ня­ют­ся вол­ны плот­но­сти, воз­ни­ка­ют сгу­ще­ния, раз­ре­же­ния и ще­ли (рис. 3), про­ис­хо­дит сор­ти­ров­ка ма­те­риа­ла. Так, т. н. щель Кас­си­ни (об­ласть, за­пол­нен­ная ве­ще­ст­вом мень­шей кон­цен­тра­ции и с др. сте­пе­нью из­мель­чён­но­сти) об­ра­зо­ва­на гра­ви­тац. влия­ни­ем спут­ни­ка Ми­мас. Ор­би­таль­ный пе­ри­од час­тиц коль­ца на этом рас­стоя­нии от цен­тра С. ра­вен по­ло­ви­не пе­рио­да об­ра­ще­ния спут­ни­ка. В дви­же­нии час­тиц по кру­го­вым ор­би­там воз­ни­ка­ют воз­му­ще­ния, ко­то­рые при­во­дят к об­ра­зо­ва­нию ще­ли.