Планета Сатурн

Сатурн – шоста планета від Сонця і, можливо, найкрасивіший об'єкт Сонячної системи.

Це найбільш віддалена від зірки планета, яку можна знайти із Землі без використання телескопа чи бінокля. Тож про її існування знають давно. Перед вами один із чотирьох газових гігантів, розташований 6-м по порядку від Сонця. Вам буде цікаво дізнатися, яка планета Сатурн, але спершу познайомтеся з цікавими фактами планети Сатурн.

Цікаві факти

• Сатурн стоїть на 5-му місці за яскравістю Сонячної системи, тому можна розглянути в бінокль або телескоп.

• За ним спостерігали ще вавилоняни та жителі далекого сходу. Найменований на честь римського титану (аналог грецького Кроноса).

• Полярний діаметр охоплює 90% від екваторіального, що базується на низькому показнику щільності та стрімкому обертанні. Планета виконує осьовий оборот раз на 10 годин і 34 хвилини.

• Стародавні ассирійці через повільність прозвали планету "Лубадшагуш" - "найстарший з найстаріших".

• Склад верхніх шарів атмосфери представлений аміачним льодом. Під ними знаходяться водяні хмари, а далі йдуть холодні суміші водню та сірки.

• Ділянка над північним полюсом набрала гексагональної форми (шестикутник). Дослідники вважають, що це може бути хвильова картинка у верхніх хмарах. Також є вихор над південним полюсом, що нагадує ураган.

• Планета розділена на шари, які щільніше проникають у Сатурн. На великій глибині водень стає металевим. В основі – розпечений інтер'єр.

• Кільця Сатурна виконані з крижаних уламків та невеликої домішки вуглецевого пилу. Прямують на 120700 км, але неймовірно тонкі - 20 м.

• Супутники Сатурна – крижані світи. Найбільшими виступають Титан і Рея. Енцелад може мати у своєму розпорядженні підповерхневий океан.

• Складається з льоду та каменю. Заморожений поверхневий шар наділений озерами з рідкого метану та ландшафтами, укритими замерзлим азотом. Може мати в своєму розпорядженні життя.

Розмір, маса та орбіта

Середній радіус Сатурна – 58232 км (екваторіальний – 60268 км, а полярний – 54364 км), що у 9.13 разів більше земного. При масі 5.6846 × 10 26 кг та поверхневій площі – 4.27 × 10 10 км 2 його обсяг досягає 8.2713 × 10 14 км 3 .

Фізичні характеристики планети Сатурн

Відстань від Сонця до планети Сатурн становить 1.4 млрд км. При цьому максимальна дистанція досягає 1513783 км, а мінімальна - 1353600 км.

Середня орбітальна швидкість сягає 9.69 км/с, але в прохід навколо зірки Сатурн витрачає 10759 днів. Виходить, що рік на Сатурні триває 29.5 земних років. Але тут повторюється ситуація з Юпітером, де обертання регіонів відбувається з різною швидкістю. За формою Сатурн нагадує сплющений сфероїд.

Орбіта та обертання планети Сатурн

Склад та поверхня

Ви вже знаєте яка планета Сатурн. Це газовий гігант, представлений воднем та газом. Дивує середня щільність 0.687 г/см 3 . Тобто, якщо помістити Сатурн у величезну водойму, то планета залишиться на плаву. У нього немає поверхні, але має щільне ядро. Справа в тому, що нагрівання, щільність та тиск зростають при наближеності до ядра. Детально будова пояснюється на нижньому фото Сатурна.

Вчені вважають, що Сатурн структурою нагадує Юпітер: скелясте ядро, навколо якого зосереджений водень і гелій з невеликою домішкою летких речовин. Ядро за складом може нагадувати земне, але з підвищеною щільністю через наявність металевого водню.

Всередині планети позначка температури піднімається до 11700 ° C, а кількість випромінюваної енергії в 2.5 разів перевищує те, що отримує від Сонця. У певному сенсі це пов'язано з повільним гравітаційним стиском Кельвіна-Гельмгольца. Або ж вся справа в крапельках гелію, що піднімаються, з глибини у водневий шар. При цьому виділяється тепло і забирається гелій у зовнішніх шарів.

Підрахунки 2004 року кажуть, що ядро ​​має бути більшим за земну масу в 9-22 разів, а діаметр – 25000 км. Воно оточене щільним шаром металевого водню в рідкому стані, за яким йде насичений гелієм молекулярний водень. Найбільш зовнішній шар тягнеться на 1000 км і представлений газом.

Супутники

Сатурн здатний похвалитися 62 супутниками, серед яких лише 53 мають офіційні найменування. Серед них у 34-х діаметр не досягає 10 км, а 14 – від 10 до 50 км. Але деякі внутрішні супутники сягають 250-5000 км.

Більшість супутників назвали на честь титанів з міфів Стародавню Грецію.Невеликими орбітальними нахилами наділені внутрішні місяці. А ось нерегулярні супутники в найбільш відокремлених ділянках розташовані в мільйонах кілометрів і можуть здійснювати обхід за кілька років.

До складу внутрішніх входять Мімас, Енцелад, Тефія та Діона. Вони представлені водяним льодом і можуть володіти скелястим ядром, крижаною мантією та корою. Найменшим виступає Мімас з діаметром 396 км і масою – 0.4 х 10 20 кг. За формою нагадує яйце, віддаленого від планети на 185.539 км, через що на орбітальний прохід йде 0.9 днів.

Енцелад з показниками в 504 км і 1.1 х 10 20 кг має сферичну швидкість. На прохід довкола планети витрачає 1.4 дні. Це одна з найменших сферичних місяців, але виступає ендогенно та геологічно активною. Це спричинило появу паралельних розломів на південних полярних широтах.

Великі гейзери помітили у південній полярній ділянці. Ці струмені є джерелом для поповнення кільця Е. Вони важливі, тому що можуть натякати на присутності життя на Енцеладі, адже вода надходить із підземного океану. Альбедо становить 140%, тому це один із найяскравіших об'єктів у системі. Нижче можна помилуватися фото супутників Сатурна.

З діаметром 1066 км Тефія стоїть на другому місці за величиною серед супутників Сатурна. Більшість поверхні представлена ​​кратерами і пагорбами, і навіть невеликою кількістю рівнин. Відзначився кратер Одіссея, що тягнеться на 400 км. Є також система каньйонів, яка заглиблюється на 3-5 км, тягнеться на 2000 км, а ширина – 100 км.

Найбільшим внутрішнім місяцем виступає Діона - 1112 км і 11 х 10 20 кг. Її поверхня не лише давня, а й сильно пошкоджена від ударів. Деякі кратери досягають у діаметрі 250 км. Є також докази геологічної активності у минулому.

Зовнішні супутники розташовані за межею Е-кільця та представлені водяним льодом та гірською породою. Це Рея з діаметром 1527 км і масою – 23 х 10 20 кг. Віддалена від Сатурна на 527.108 км, але в орбітальний прохід витрачає 4.5 днів. Поверхня також усіяна кратерами та помітно кілька великих розломів на задній півсфері. Є два великі ударні басейни з діаметром 400-500 км.

Титан простягається на 5150 км, яке маса – 1.350 x 10 20 кг (96% маси орбіти), через що вважається найбільшим супутником Сатурна. Це єдиний великий місяць із власним атмосферним шаром. Він холодний, щільний і містить азот і метан. Є невелика кількість вуглеводнів та крижані кристали метану.

Досвідчений таролог відповість на запитання:

Що чекає на Вас у майбутньому? Як складуться стосунки? Яке рішення – вірне?

Реклама. ІП Гинкота Ф.М. ОГРНИП 321774600679568. erid 2VfnxxYWF5A

Поверхню складно розглянути через щільну атмосферну серпанок. Видно лише кілька кратерних формувань, кріо-вулкани та поздовжні дюни. Це єдине тіло в системі з метано-етановими озерами. Титан видалений на 1 221 870 км і вважають, що має підземний океан. На обхід навколо планети йде 16 днів.

Біля Титану мешкає Гіперіон. З діаметром 270 км він поступається за розміром і масою Мімасу. Це яйцеподібний коричневий об'єкт, який через кратерну поверхню (2-10 км у діаметрі) нагадує губку. Немає передбачуваного обертання.

Япет простягається на 1470 км, а масою займає 1.8 х 10 20 кг. Це найбільш віддалений місяць, розташований в 3560820 км, через що витрачає на прохід 79 днів. У нього цікава композиція, бо одна сторона темна, а друга світліша. Через це їх називають інь та ян.

Далі йдуть нерегулярні супутники.Вони невеликі та характеризуються ретроградними орбітами. Поділяються на три групи: інуїти, галльська та норвезька.

Інуїти включають 5 супутників, найменованих на честь інуїтської міфології: Іджірак, Ківіок, Паліак, Сіарнак та Таркек. Їхні проміжні орбіти коливаються від 11.1-17.9 млн. км, а діаметр займає 7-40 км. Орбітальні нахили - 45-50 °.

Галльська сім'я - зовнішні супутники: Альбіорікс, Бефін, Еріпо і Тарвос. Їхні орбіти – 16-19 млн. км, нахил – від 35° до -40°, діаметр – 6-32 км, а ексцентриситет – 0.53.

Є скандинавська група – 29 ретроградних місяців. Їхній діаметр – 6-18 км, дистанція – 12-24 млн. км, нахил – 136-175°, а ексцентриситет – 0.13-0.77. Іноді їх називають сім'єю Фіви на честь найбільшого супутника, що тягнеться на 240 км. Далі йде Імір - 18 км.

Між внутрішніми та зовнішніми місяцями проживає група Алькойнідів: Мефон, Анфа та Паллена. Це найменші супутники Сатурна. Деякі великі місяці мають свої невеликі. Так у Тефія – Телесто та Каліпсо, а у Діона – Олена та Полідевк.

Атмосфера та температура

Зовнішній шар атмосфери Сатурна на 96.3% складається з молекулярного водню, але в 3.25% з гелію. Також є й важчі елементи, але про їхні пропорції мало інформації. У невеликій кількості знайдено пропан, аміак, метан, ацетилен, етан та фосфін. Верхній хмарний покрив представлений аміачними кристалами, а нижній – гідросульфідом амонію або водою. УФ-промені призводять до металінового фотолізу, що викликає хімічні реакції вуглеводню.

Атмосфера виглядає смугастою, але лінії слабшають та розширюються до екватора. Є розділ на верхній і нижній шари, що відрізняються за складом на основі тиску і глибини. Верхні представлені аміачним льодом, де тиск – 0.5-2 бар, а температура – ​​100-160 К.

На рівні з тиском в 2.5 бар починається лінія крижаних хмар, яка тягнеться до 9.5 бар, а нагрівання становить 185-270 К. Тут змішуються смуги гідросульфіду амонію при тиску в 3-6 бар і температурою - 290-235 К. Нижній шар представлений у водному розчині з показниками 10-20 бар та 270-330 К.

Іноді у атмосфері формуються долгопериодические овали. Найбільш відоме – Велика Біла Пляма. Створюється кожен сатурніанський рік у період літнього сонцестояння на північній півкулі.

Плями в ширину здатні простягатися на кілька тисяч кілометрів і відзначалися в 1876, 1903, 1933, 1960 і 1990 роках. З 2010 року велося спостереження за "північним електростатичним обуренням", поміченим Кассіні. Якщо ці хмари дотримуються періодичності, то наступного разу відзначимо появу 2020 року.

За швидкістю вітру планета стоїть на другому місці після Нептуна. Вояджер зафіксував показник 500 м/с. На північному полюсі помітна гексагональна хвиля, але в південному – масивний струменевий потік.

Вперше шестикутник розглянули на знімках Вояджера. Його сторони сягають 13800 км (більше земного діаметра), а оборот структури відбувається за 10 годин, 39 хвилин і 24 секунд. За вихором на південному полюсі спостерігали телескоп Хаббл. Тут відзначається вітер із прискоренням 550 км/год, а буря за розміром нагадує нашу планету.

Кільця

Вважають, що це старі каблучки і могли сформуватися разом із планетою. Є дві теорії. Одна каже, що раніше кільця були супутником, який зруйнувався через близький підхід до планети. Або кільця ніколи не були частиною супутника, а виступають залишком небулярного матеріалу, з якого з'явився сам Сатурн.

Діляться на 7 кілець, між якими встановлено розрив.А і В найбільш щільні та в діаметрі охоплюють 14600 та 25300 км. Прямують на 92000-117580 км (В) і 122170-136775 км (А) від центру. Відділ Кассіні займає 4700 км.

З відокремлено від на 64 км. Завширшки займає 17500 км, а відсторонено від планети на 74658-92000 км. Разом з А і В містить головні кільця з більшими частинками. Далі йдуть запилені кільця, тому що мають невеликі частинки.

D займає 7500 км і тягнеться всередину на 66900-75510 км. На іншому кінці знаходяться G (9000 км та віддаленість у 166000-175000 км) та E (300000 км та віддаленістю у 166000-480000 км). F розташовано на зовнішньому краю А та його складніше класифікувати. В основному це пилюка. Завширшки охоплює 30-500 км і простягається на 140-180 км від центру.

Історія вивчення

Сатурн можна знайти без використання телескопів, тому його бачили ще давні люди. Згадки знаходять у легендах та міфології. Найбільш ранні записи належать Вавилону, де планета реєструвалася із прив'язкою до знаку зодіаку.

Стародавні греки називали цього гіганта Кронос, який був богом сільського господарства і виступав молодшим із титанів. Птолемею вдалося розрахувати орбітальний прохід Сатурна, коли планета перебувала опозиції. У Римі використали грецьку традицію та дали сьогоднішню назву.

У древньому івриті планету називали Шаббатай, а Османської імперії – Зухал. Індуїсти мають Шані, який усіх судить, оцінюючи добрі і погані справи. Китайці та японці називали його земною зіркою, вважаючи одним із елементів.

Але за планетою спостерігали лише в 1610 році, коли Галілей розглянув її у свій телескоп і виявились кільця. Але вчений подумав, що це два супутники. Лише Християн Ґюйгенс виправив помилку. Він також знайшов Титан, а Джованні Кассіні – Япет, Рея, Тефія та Діону.

Наступний важливий крок зробив Вільям Гершель у 1789 році, коли знайшов Мімас та Енцелад. А 1848 року з'являється Гіперіон.

Феб у 1899 році знайшов Вільям Пікерінг, який здогадався, що супутник має нерегулярну орбіту і обертається синхронно з планетою. У 20-му столітті стало ясно, що Титан має щільну атмосферу, чого раніше не бачили. Планета Сатурн – цікавий об'єкт для дослідження. На нашому сайті можна вивчити його фото, ознайомитися з відео про планету та дізнатися ще багато цікавих фактів. Нижче розташована карта Сатурна.

• Цікаві факти про Сатурна;
• Як утворився Сатурн;
• Хто відкрив Сатурн?
• Коли відчинили Сатурн?
• Життя на Сатурні;
• Скільки супутників у Сатурна?
• Чи має Сатурн кільця?
• Тераформування супутників Сатурна
• Як Сатурн отримав своє ім'я?
• Як утворився Сатурн

Положення та рух Сатурна

• Склад Сатурна;
• Розміри Сатурна;
• Окружність Сатурна
• Вік Сатурна
• Щільність Сатурна
• Маса Сатурна
• Порівняння Сатурна та Землі
• Діаметр Сатурна;
• День на Сатурні

Нова Вифлеємська зірка? З'єднання Сатурна та Юпітера в день зимового сонцестояння змусило сперечатися астрономів та теологів

У понеділок станеться унікальне астрономічне явище: дві надмасивні планети, Сатурн і Юпітер, підійдуть на нічному небосхилі один до одного настільки близько, що з погляду земного спостерігача виглядатимуть однією яскравою зіркою.

Це саме собою рідкісне явище в 2020 році буде особливим з двох причин.

По-перше, так близько ці дві планети востаннє сходилися приблизно 800 років тому, і більше такого на нашому віці вже не станеться.

По-друге, той факт, що їхнє з'єднання відбудеться 21 грудня, у день зимового сонцестояння - якраз напередодні західного Різдва - породило теорії про те, що, можливо, саме з'єднання Юпітера і Сатурна описане в Новому завіті як Віфлеємська зірка, що зійшла близько 2000 років тому і стала провісником народження Ісуса Христа.

Де та як дивитися?

Зближення Сатурна та Юпітера вже почалося, і кожен ясний вечір ці два небесні тіла можуть спостерігати практично всі жителі Землі.

Однак їхнє візуальне "злиття" відбудеться саме в найдовшу ніч, і за ясної погоди спостерігатиметься біля лінії горизонту в південно-західній частині неба.

Астрономи кажуть, що це можна буде бачити не лише за допомогою телескопів та звичайних біноклів, а й навіть неозброєним оком і найкраще – з високої точки.

Триватиме воно протягом п'яти днів.

"У будь-який із найближчих вечорів, якщо небо буде ясним, то варто скористатися цим шансом, оскільки погода [у Британії] не така вже й хороша", - зазначає доктор фізичних наук Каролін Кроуфорд з Інституту Астрономії Кембриджського університету.

У Британії зближення двох небесних гігантів можна буде спостерігати у понеділок з 16:30 за Грінвічем (19:30 за московським часом), а о 18:37 відбудеться злиття планет.

Щоб астрономам-аматорам було простіше знайти ці планети на небосхилі, професор Сколківського інституту науки та технологій Тетяна Подладчикова в інтерв'ю агентству ТАРС порадила насамперед знайти сузір'я Козерога та дві розташовані поруч зірки, Дабіх та Альгеді, кожна з яких складається з двох та трьох світил.

Сатурн і Юпітер будуть розташовуватися трохи нижче і правіше за них і будуть набагато яскравішими, ніж ці зірки.

Можна також скористатися однією з численних астрономічних програм з доданою реальністю для смартфонів, на зразок Star Walk, які допомагають зорієнтуватися на карті зоряного неба.

Тим часом, професор теоретичної астрофізики з Університету Ексетера Меттью Бейт вже встановив свій телескоп на даху фізичного факультету і в суботу-неділю вестиме пряму трансляцію на YouTube.

Тож за цим екстраординарним явищем можна буде спостерігати навіть із дому, що в умовах пандемії особливо актуально.

Як вказує професор, нинішня астроподія унікальна ще й тому, що ніхто раніше не спостерігав такого тісного злиття цих двох планет у телескоп.

"Примітно, що Галілей вперше спостерігав Юпітер і Сатурн у 1610 році, а це за 13 років до останнього по-справжньому близького злиття. Проте немає жодних свідчень того, що хтось налюдав за злиттям 1623 року за допомогою телескопа", - зазначив професор. Бейт.

Небесні тіла та земні правителі

У давнину вважалося, що такі астрономічні явища впливають на земні долі. Їх вважали провісниками екстраординарних подій, частіше за руйнівну властивість.

Автор фото, Getty Images

Добре задокументована "Юліанська зірка" або "Планета Цезаря" - довгохвоста комета, яка з'явилася на небі за кілька місяців після вбивства Юлія Цезаря в 44 р. до н.е.

Давньоримський історик Пліній-старший записав, що комета була настільки яскравою, що видно було навіть вдень, а багато римлян розцінили її появу як знак божественності Цезаря.

Теорію про те, що згаданою в Євангелії від Матвія Віфлеємською зіркою, яка вказала шлях волхвам до місця народження Ісуса, може бути саме злиття Сатурна з Юпітером, висловлював ще в ХVII столітті німецький астроном Йоганн Кеплер, автор книг "Таємниця світобудови" .

Він спостерігав це явище в 1603 і підрахував, що попередня подібна подія мала статися в 7 році до н.е.

Проте низка вчених вважають, що Вифлеємською зіркою могла бути комета Галлея, яка періодично повертається і, за підрахунками астрономів, проходила над Землею приблизно за 5-10 років до "офіційної" дати народження Ісуса Христа.

Частково цю версію вказують і фрески італійського живописця Джотто, в 1303-05 гг. що зобразив Різдвяну зірку у вигляді комети в падуанській Капелі Скровеньї. Відомо, що комета Галлея проходила над Землею 1301 року.

Автор фото, Getty Images

Підпис до фото, Срібна зірка, вміщена у базиліці Різдва у Віфлеємі над місцем, де, як вважається, народився Ісус, притягує до себе мільйони паломників з усього світу

Однак низка теологів вважають, що в євангельській розповіді про появу на небі надзвичайно яскравої зірки навряд чи йдеться про астрономічну подію, і трактувати її слід швидше в богословському значенні.

Зірка в описі Матвія, швидше за все, не могла бути "звичайним" природним явищем, вважає дослідник ранньохристиянської літератури, професор релігієзнавства Феррум-коледжу Ерік Ванден Ейкель.

"Матфей пише, що волхви прибули до Єрусалиму "зі сходу". Після цього зірка веде їх до Віфлеєму, на південь від Єрусалиму. Виходить, що зірка здійснює різкий поворот наліво.Астрономи погодяться зі мною в тому, що зірки не роблять різких поворотів", - пише дослідник у своїй статті.

Автор фото, Getty Images

Підпис до фото, Дискусії про те, що являла собою Віфлеємська зірка, що привела волхвів до місця народження немовляти Христа, йдуть упродовж століть

Більш того, коли волхви прибувають до Віфлеєму, зірка виявляється досить низько в небі, щоб привести їх до певного будинку. "Зірка, як сказано, йшла перед ними і зависла над конкретним місцем, діючи немов стародавній GPS-пристрій, - каже доктор Аарон Адер з фізичного факультету Університету штату Огайо. - Подібний опис переміщень Зірки лежить за межами фізичних можливостей будь-якого астронома, що спостерігається".

Цей матеріал містить контент, наданий Twitter. Ми просимо вашого дозволу до завантаження, тому що він може використовувати кукіс та інші технології. Ви можете ознайомитися з правилами кукіс та політикою особистих даних Twitter, перш ніж дати згоду. Щоб побачити цей вміст, виберіть “Погодитись і продовжити”.

Погодитись і продовжити

Контент із Twitter закінчено

Астрономічна модель показує, що сходження Сатурна та Юпітера у 6 році до н.е. ніяк не могло претендувати на роль Віфлеємської зірки

І все ж таки професор Кроуфорд не виключає такої можливості: "Дві тисячі років тому люди набагато краще були обізнані про те, що відбувається на небі, тому немає нічого неможливого в тому, щоб під Віфлеємською зіркою розуміти планетарне злиття, подібне до того, що ми незабаром зможемо спостерігати".

Кільця Сатурна допомогли визначити будову його ядра

Так само, як землетруси струсають поверхню нашої планети, коливання всередині Сатурна злегка розгойдують газовий гігант. Ці рухи, своєю чергою, викликають хвилеподібні обурення у кільцях Сатурна.

Спостерігаючи за цими хвилями, вчені з Каліфорнійського технологічного інституту зуміли виміряти розмір і форму ядра планети - і воно виявилося набагато більшим і химернішим, ніж вважалося раніше.

За словами вчених, природа цих обурень передбачає, що ядро, незважаючи на коливання, складається із стабільних верств різної густини. Більш важкі матеріали розташовуються біля центру планети і не поєднуються з легшими матеріалами ближче до поверхні.

У новому дослідженні використовувалися дані зонда НАСА "Кассіні", який звертався навколо Сатурна та його супутників протягом 13 років – з 2004 по 2017 рік. У 2013 році вдалося виявити, що внутрішнє кільце Сатурна, D-кільце, коливається таким чином, що це не можна повністю пояснити гравітаційним впливом супутників планети.

Автори нового дослідження зосередилися на кільцях Сатурна, щоб отримати уявлення про процеси, що відбуваються всередині планети.

Цей матеріал містить контент, наданий Google YouTube. Ми просимо вашого дозволу до завантаження, тому що він може використовувати кукіс та інші технології. Ви можете ознайомитися з правилами кукіс та політикою особистих даних Google YouTube, перш ніж дати згоду. Щоб побачити цей вміст, виберіть “Погодитись і продовжити”.

Погодитись і продовжити

Контент із YouTube закінчено

Ядро

Величезне ядро ​​Сатурна становить 60% діаметра планети. Очевидно, воно складається з льоду, твердих порід та газу, змішаних у рідкий "суп" із розмитими краями.

"Вона величезна, - каже Кріс Манкович з Каліфорнійського технологічного інституту, один з авторів нового дослідження, опублікованого в журналі Nature Astronomy. - Це не те, що ми очікували знайти".

Характеристики і розміри ядра Сатурна змусили вчених по-новому поглянути на процеси, які призвели до утворення планети і допомагають їй генерувати своє однорідне магнітне поле.

Автор фото, Caltech/R. Hurt (IPAC)

Для дослідження внутрішньої будови Сатурна вчені звернулися до його обручок. Вони діють як свого роду сейсмограф, реєструючи внутрішні коливання та пульсації газового гіганта. Аналіз цих обурень дозволив уточнити обсяг ядра Сатурна - приблизно в 17 разів більше за обсяг Землі, і з'ясувати, що це не компактна суміш каменю і металу, як вважалося раніше.

Тепер учені мають зрозуміти, як планети-гіганти можуть доростати до своїх величезних розмірів з такими рухливими ядрами. Більше того, нова модель ядра Сатурна не вкладається в наші уявлення про те, як планета підтримує своє загадкове магнітне поле.

Кільця

Кільця Сатурна обертаються навколо планети і здалеку виглядають цілісними. Насправді вони складаються з багатьох крижаних уламків, деякі розміром з будинку, інші менше, ніж галька. Їхня структура визначається гравітаційною взаємодією з планетою та її місяцями. Деякі з цих місяців "вирізають" порожнечі в кільцях, інші обмежують їх зростання і роблять кільця схожими на власне кільця - з яскраво вираженими краями.

Кільцями також можна спостерігати за тим, що відбувається всередині планети. Зазвичай вчені використовують коливання гравітаційного поля планети, але з газовими гігантами цей метод не працює.Кільця ж, точніше, їх коливання, дають змогу заглянути під поверхню.

На початку 1990-х років учений-планетолог Марк Марлі припустив, що обурення у внутрішній структурі Сатурна можуть створювати спостерігається бриж у С-кільці планети, що представляє собою широке, але тьмяне кільце. Переміщаються щодо один одного нутрощі планети змушують її пульсувати. Ці коливання взаємодіють з кільцевими частинками і формують усередині С-кільця так звані спіральні хвилі щільності, схожі на бриж на поверхні води.

Всі ці ідеї "виявилися повністю правильними", каже Манкович. Але для підтвердження пророцтв знадобилося два десятки років і багатомільярдна космічна місія.

Кроносейсмологія

У 2013 році, вивчаючи дані із зонда "Кассіні", вчені виявили перші ознаки сейсмічних обурень у кільцях і скористалися цим, щоб заглянути всередину планети. Для опису цієї нової галузі досліджень було вигадано термін "кроносейсмологія". Вченим вдалося пов'язати більшість хвиль, що спостерігаються, з рухом усередині планети. У 2019 році за допомогою методів кроносейсмології вдалося точно встановити період звернення до Сатурна: 10 годин 33 хвилини.

Цих хвиль у кільцях Сатурна виявилося близько двох десятків, що приблизно відповідало прогнозам. Але серед них виявилася щонайменше одна "неврахована", яку Манкович та його колега Джим Фуллер використовували, щоб заглянути прямо в серце Сатурна.

Пояснити походження цієї додаткової хвилі можна, тільки припустивши наявність у Сатурна складного за будовою та неоднорідного ядра, каже сам Марлі, який рецензував роботу Манковича та Фуллера.

Автор фото, NASA/JPL-Caltech/SSI

За допомогою цієї "брижі" на кільцях Сатурна Манкович і Фуллер встановили, що ядро ​​займає більшу частину планети. Всупереч очікуванням ядро ​​є дифузною рідкою сумішшю водню, гелію, льоду і гірських порід, а не кам'яно-залізним монолітом. Якщо "розрізати" Сатурн навпіл, окремих верств, як у цибулини чи ядра Землі, побачити не вдасться. Ядро Сатурна не має чіткої межі, і що ближче до його центру, то щільніший матеріал.

При високих температурах і тиску в ядрі Сатурна гази поводяться швидше як рідкі метали, і ядро ​​є сумішшю екзотичних матеріалів, які важко відтворити в лабораторіях на Землі. Манкович каже, що отримана ними картина виявилася настільки дивною, що він і Фуллер спочатку спробували знайти інше пояснення сейсмічним обуренням у кільцях.

Нова модель ядра Сатурна, однак, чудово поєднується з величезною кількістю попередніх спостережень за гравітаційним полем планети і перегукується з даними з космічного зонда "Юнона", згідно з якими ядро ​​Юпітера теж може бути схожою дифузною сумішшю інгредієнтів.

У Юпітера, однак, кілець немає. "Доведеться підірвати одну з маленьких місяців Юпітера, - жартує Марлі, - щоб створити кільце, яке реєструватиме пульсації його ядра".

Походження

Як вважається, життя газового гіганта починається з газопилової хмари, яка стає все більш масивною і компактною, поки не підбере всі прилеглі "будматеріали". Але поки що не ясно, чи може у планети, яка з'явилася таким чином, бути таке складне ядро.

Можливо, ядро ​​Сатурна за 4,5 мільярда років життя повільно розчинялося в рідкому металевому водні або змінювалося в ході інших поки невідомих процесів."Ми поки що просто цього не знаємо", - каже Манкович.

Автор фото, NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Підпис до фото, Четвертий за величиною супутник Сатурна, Діона, на тлі найбільшого супутника планети, Титану, та самого Сатурна. Фотографію зробив зонд "Кассіні" у 2011 році

Інший сюрприз полягає в тому, що, згідно з висновками Манковича та Фуллера, ядро ​​не є конвективним, що означає, що воно не переносить тепло, як очікувалося. Це може пояснити таке потужне випромінювання Сатурна в інфрачервоному діапазоні. "Яскравість Юпітера сьогодні приблизно така ж, як і має бути через 4,5 мільярда років, але Сатурн занадто яскравий, - каже Марлі. - Оскільки ядро ​​не бажає переносити тепло, воно уповільнює охолодження і стає яскравішим, ніж має бути".

Магнітне поле

У свою чергу, неконвективне ядро ​​є серйозною проблемою для розуміння магнітного поля планети. Зазвичай планетарні магнітні поля приводяться в дію "динамо-машиною" - конвективним шаром електропровідної рідини, що обертається, глибоко всередині ядра планети. Але, згідно з новим дослідженням, Сатурн з його неконвективним ядром, яке займає 60% планети, на таке не здатний. Вчені зараз запитують, чи може тонкий шар рідкого металевого водню створювати необхідні умови для виникнення магнітного поля всередині ядра або, можливо, в прикордонному з ним шарі.

Але навіть ці гіпотези не в змозі пояснити напрочуд симетричне магнітне поле Сатурна, яке не схоже на похилі та неправильні поля Землі та Юпітера. Складні гіпотези, як гелієвий дощ, що згладжує силові лінії магнітного поля, перш ніж вони досягнуть поверхні планети, проблеми не вирішують.

Відповіді на всі ці питання вимагатимуть ретельного вивчення величезної кількості інформації, зібраної зондом "Кассіні", детального моделювання планетних надр за допомогою суперкомп'ютерів та спостережень за допомогою наземних телескопів. У майбутньому вчені зможуть використовувати ці методи для вивчення кілець інших планет – Урана та Нептуна.