Сатурн

"МИР ЛЕДЯНЫХ ЛУН"

Космическая геодезия - одна из наиболее молодых наук. так как

она напрямую связана с космонавтикой и технологией, она получила

бурное развитие. Если вначале использовали космические методы для

исследования Земли, то со временем появилась возможность исследо-

вать и другие небесные объекты.

Первым небесным телом, которое было изучено методами косми-

ческой геодезии, явилась Луна. В изучении Луны преуспели как советс-

кие, так и американские ученые.

Затем был предпринят "штурм" Венеры и Марса.

Однако, в исследовании внешних планет приоритет получили аме-

риканцы. Одним из ярчайших примеров этого успеха явились программы

"Пионер" и "Вояджер". В программу этих проектов входило исследова-

ние планеты Сатурн. Полеты АМС позволили уточнить основные характе-

ристики планеты и ее спутников.

Данный реферат основан на информации, полученной с помощью этих

космических аппаратов.

АТМОСФЕРА И ОБЛАЧНЫЙ СЛОЙ.

--------------------------

Всякий, кто наблюдал планеты в телескоп, знает, что на поверх-

ности Сатурна, то есть на верхней границе его облачного покрова, за-

метно 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, свидетельству-

ющих о значительной активности его атмосферы.

Возникает вопрос, действительно ли атмосферная активность Сатурна

(например скорость ветра) ниже, чем у Юпитера, или же детали его об-

лачного 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: де-

сятки облачных поясов, простирающихся вдоль параллелей, а также от-

дельные вихри. Обнаружен, в частности, аналог Большого Красного Пят-

на 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 дос-

тигают они более высоких широт. Таким образом, снимки облачности де-

монстрируют своеобразие атмосферы Сатурна, которая даже активнее

юпитерианской.

Метерологические 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. Интерес-

но, что за счет нагревания одним Солнцем даже такой температуры по-

лучить нельзя. Рассчет показывает: в недрах Сатурна имеется свой соб-

ственный источник тепла, поток от которого в 2,5 раза больше, чем от

Солнца. Сумма этих двух потоков и дает наблюдаемую температуру пла-

неты.

Космические аппараты подробно исследовали химический состав на-

доблачной 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 грави-

тационным разделением гелия и водорода в недрах планеты: гелий, ко-

торый тяжелее, постепенно оседает на большие глубины (что, кстати

говоря, высвобождает часть энергии, "подогревающей" Сатурн). Другие

газы в атмосфере - метан, аммиак, этан, ацетилен, фосфин - присутст-

вуют в малых количествах. Метан при столь низкой температуре ( около

-188 С)находится в основном в капельно-жидком состоянии. Он образует

облачный покров Сатурна.

Что касается малого контраста деталей, видимых в атмосфере Са-

турна, 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 наблюде-

ния "Вояджера-2" опровергают это: темные полосы на поверхности пла-

неты оставались резкими и ясными до самого края диска Сатурна, тогда

как при наличии дымки они бы к краям замутнялись из-за большого ко-

личества частиц перед ними. Вопрос, таким образом, не может считать-

ся решенным и требует дальнейшего расследования.

Данные, полученные с "Вояджера-1", помогли с большой точностью

определить экваториальный радиус Сатурна. На уровне вершины облач-

ного 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 быст-

рее 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 Сатур-

на, наблюдательных данных о его магнитном поле не было вообще. но из

наземных радиоастрономических наблюдений явствовало, что Юпитер об-

ладает мощным магнитным полем. Об этом свидетельствовало нетепловое

радиоизлучение на дециметровых волнах, источник которого оказался

больше видимого диска планеты, причем он вытянут вдоль экватора Юпи-

тера симметрично по отношению к диску. Такая геометрия, а также по-

ляризованность излучения свидетельствовали о том, что наблюдаемое

излучение магнитно-тормозное и источник его - электроны, захваченные

магнитным полем Юпитера и населяющие его радиационные пояса, анало-

гичные 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 магнит-

ным полем: головную ударную волну, границу магнитосферы (магнитопау-

зу), радиационные пояса (Земля и Вселенная, 1980, N2, с.22-25 -

Ред.). В целом магнитосфера Сатурна весьма сходна с земной, но, ко-

нечно, 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 подсолнеч-

ной 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 зна-

чительно меньше. Причину этого легко понять, если вспомнить, что в

радиационных поясах частицы совершают колебательные движения пример-

но 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 внут-

ренняя 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 пери-