Сатурн (РН) Википедия

Члены семейства РН «Сатурн».

«Сату́рн» (англ. Saturn) — серия американских ракет-носителей, разработанных группой немецких инженеров под руководством Вернера фон Брауна для доставки тяжелых грузов на орбиту Земли и за её пределы. Первоначально ракеты Сатурн предполагалось использовать для запуска военных спутников[en], но в итоге они были использованы в качестве ракет-носителей для реализации лунной программы «Аполлон». Всего были изготовлены и использовались три версии ракет-носителей этой серии: Сатурн I, Сатурн IB и Сатурн V.

Название «Сатурн» было предложено фон Брауном в октябре 1958 года как логическое продолжение серии ракет «Юпитер», так как в пантеоне Древнеримских богов бог Сатурн был могущественнее бога Юпитера[1].

Президент Джон Кеннеди определил запуск Сатурн 1 SA-5 как переломный момент, в котором США получили возможность превзойти Советский Союз, после того, как запуск Спутника поставил США на роль догоняющего в космической гонке. Это было последнее высказывание Кеннеди о ракетах Сатурн, которое он произнес во время своего выступления на Авиационной базе Брукс

[en] в Сан-Антонио за день до того как был убит.

На сегодняшний день, Сатурн 5 единственное транспортное средство для транспортировки людей за пределы околоземной орбиты. В течение четырёх лет с декабря 1968 года по декабрь 1972 года 24 человека были отправлены в полет на Луну. Ни одна ракета Сатурн не потерпела катастрофы в полете[2].

Задействованные структуры[ | ]

В работе над проектом «Сатурн» по контрактам с НАСА на проведение фундаментальных исследований и опытно-конструкторских работ были задействованы следующие структуры:[3]

Подрядчики первой очереди (частный сектор)
  • Космический аппарат — North American Aviation, Inc., Дауни, Калифорния;
  • Электронно-вычислительный комплекс центра управления полётами — Radio Corporation of America, West Coast Missile and Surface Radar Division, Ван-Найс, Калифорния;
  • Ионный ракетный двигатель — Hughes Aircraft Co., Малибу, Калифорния;
  • Маршевый ракетный двигатель — Стэнфордский университет, Стэнфорд, Калифорния;
  • Электромагнитный ракетный ускоритель — Plasmadyne Corp.,

ru-wiki.ru

Сатурн в астрономии

Сатурн

Масса Сатурна

в 95,2 раз

больше Земли

Диаметр экватора

в 9,4 раз

больше Земли

Средняя температура

-178°С

День на Сатурне длится

10,7 часов

Полный оборот вокруг Солнца

29,4 года

Количество спутников

Сатурн

 

Планета названа в честь древнеримского бога земли и посевов Сатурна (греческий аналог — Кронос). С именем Сатурна было связано представление о золотом веке, когда народ жил в изобилии и вечном мире, не знал рабства, сословных неравенств и собственности. Слово «Сатурн» является корнем английского слова «суббота».

Атмосфера и строение

В центре Сатурна, как и у других планет, есть небольшое ядро, которое состоит из железа, никеля и льда. Само ядро в свою очередь покрыто тонким слоем металлического водорода. Металлический водород – это название особых фазовых состояний обычного водорода, находящегося под высоким давлением. Верхние слои атмосферы Сатурна состоят на 96,3 % из водорода и на 3,25 % — из гелия. Имеются примеси метана, аммиака, фосфина, этана и некоторых других газов. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских. Облака нижней части атмосферы состоят из гидросульфида аммония (Nh5SH) или воды. Толщина атмосферы примерно 60 километров. Скорость ветра в самом высоком слое атмосферы может достигать 1800 км/ч, что делает ветра планеты одними из самых быстрых во всей Солнечной системе. Уникальной особенностью Сатурна является тот факт, что данная планета является наименее плотной в Солнечной системе. Не смотря на наличие у Сатурна плотной, твердой сердцевины, большой газообразный внешний слой планеты доводит средний показатель плотности планеты лишь до 687 кг/м3. В результате получается, что плотность Сатурна меньше, чем у воды.

Спутники и кольца планеты Сатурн

Сегодня известно, что у всех четырёх газообразных гигантов есть кольца, но у Сатурна они самые заметные. Существует три основных кольца и четвёртое — более тонкое. Все вместе они отражают больше света, чем диск самого Сатурна. Кольца Сатурна очень тонкие. При диаметре около 250 тыс. км. их толщина не достигает и километра. Несмотря на внушительный вид, количество вещества, составляющего кольца, крайне незначительно. Если его собрать в один монолит, его диаметр не превысил бы 100 км. На изображениях, полученных зондами, видно, что на самом деле кольца образованы из тысяч колец, чередующихся с промежутками. По составу они на 93 % состоят изо льда с незначительными примесями.


Крупные спутники Сатурна

Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан, Гиперион, Япет, Феба, Янус, Эпиметей, Елена, Телесто, Калипсо, Атлас, Прометей, Пандора, Пан, Полидевк

7 интересных фактов о Сатурне

  1. Сатурн – обладатель самых заметных и захватывающих колец среди планет газовых гигантов. Семь тонких колец имеют разделительные полосы. Диаметр колец 250 000 км, а толщина не превышает 1 км. По составу кольца Сатурна на 93 % состоят изо льда с незначительными примесями, которые могут включать в себя сополимеры, образующихся под действием солнечного излучения и силикаты и на 7 % из углерода.
  2. На Сатурне нет жизни, какой мы ее знаем. Однако некоторые из спутников Сатурна есть условия, которые могут поддерживать жизнь.
  3. Сатурн, является одно из пяти планет Солнечной системы, которую можно увидеть невооруженным взглядом.
  4. Кольца Сатурна уникальны, несмотря на то, что кольца встречаются и у других планет-гигантов Солнечной системы. Его кольца – единственные, которые можно увидеть с Земли. Все, что вам нужно, это небольшой телескоп. У колец Сатурна есть яркие и темные стороны. При этом находясь, на Земле мы видим только яркие стороны.
  5. На Сатурне очень ветрено. Скорость ветров на экваторе может достигать 1800 км/ч. Для сравнения, на Земле скорость самых быстрых ветров при ураганах не превышает 400 км/ч, а максимальная зафиксированная скорость ветра в торнадо – 512 км/ч.
  6. На Сатурне, так же как и на планете, Земля существуют времена года. Одно «время года» на Сатурне длится более 7 лет. При смене времен года, планета меняет свой цвет.
  7. Сатурн считается планетой с самой низкой плотностью во всей Солнечной Системе. Плотность Сатурна составляет всего 0,687 г/куб см, в то время как Земля имеет плотность в 5,52. Сатурн состоит из воды, водорода, гелия, метана.

astroson.com

Сатурн — Википедия (с комментариями)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Сатурн

Снимок Сатурна со станции Кассини
Орбитальные характеристики
Перигелий

1 353 572 956 км
9,048 а. е.

Афелий

1 513 325 783 км
10,116 а. е.

Большая полуось (a)

1 433 449 370 км
9,582 а. е.

Эксцентриситет орбиты (e)

0,055 723 219

Сидерический период обращения

10 759,22 суток(29,46 года)[1]

Синодический период обращения

378,09 суток

Орбитальная скорость (v)

9,69 км/с

Наклонение (i)

2,485 240°
5,51° (относительно солнечного экватора)

Долгота восходящего узла (Ω)

113,642 811°

Аргумент перицентра (ω)

336,013 862°

Спутники

62[2]

Физические характеристики
Полярное сжатие

0,097 96 ± 0,000 18

Экваториальный радиус

60 268 ± 4 км [3]

Полярный радиус

54 364 ± 10 км [3]

Средний радиус

58 232 ± 6 км [4]

Площадь поверхности (S)

4,272·1010 км2[5]

Объём (V)

8,2713·1014 км3[6]

Масса (m)

5,6846·1026 кг[6]
95 земных

Средняя плотность (ρ)

0,687 г/см3[3][6]

Ускорение свободного падения на экваторе (g)

10,44 м/с²[6]

Вторая космическая скорость (v2)

35,5 км/с[6]

Экваториальная скорость вращения

9,87 км/c

Период вращения (T)

10 ч 32 мин 45 с ± 46 с[7][8]

Наклон оси

26,73°[6]

Склонение северного полюса (δ)

83,537°

Альбедо

0,342 (альбедо Бонда)
0,47 (геом. альбедо)[6]

Видимая звёздная величина

от +1,47 до −0,24 [9]

Абсолютная звёздная величина

+28 m

Угловой диаметр

14,5"—20,1"

Температура
 
мин. сред. макс.
уровень 1 бара
0,1 бара
Атмосфера
Состав:
Информация в Викиданных

Сату́рн — шестая планета от Солнца и вторая по размерам планета в Солнечной системе после Юпитера. Сатурн, а также Юпитер, Уран и Нептун, классифицируются как газовые гиганты. Сатурн назван в честь римского бога земледелия. Символ Сатурна — серп (Юникод: ♄).

В основном Сатурн состоит из водорода, с примесями гелия и следами воды, метана, аммиака и тяжёлых элементов. Внутренняя область представляет собой относительно небольшое ядро из железа, никеля и льда, покрытое тонким слоем металлического водорода и газообразным внешним слоем. Внешняя атмосфера планеты кажется из космоса спокойной и однородной, хотя иногда на ней появляются долговременные образования. Скорость ветра на Сатурне может достигать местами 1800 км/ч, что значительно больше, чем на Юпитере. У Сатурна имеется планетарное магнитное поле, занимающее промежуточное положение по напряжённости между магнитным полем Земли и мощным полем Юпитера. Магнитное поле Сатурна простирается на 1 000 000 километров в направлении Солнца. Ударная волна была зафиксирована «Вояджером-1» на расстоянии в 26,2 радиуса Сатурна от самой планеты, магнитопауза расположена на расстоянии в 22,9 радиуса.

Сатурн обладает заметной системой колец, состоящей главным образом из частичек льда, меньшего количества тяжёлых элементов и пыли. Вокруг планеты обращается 62 известных на данный момент спутника[2]. Титан — самый крупный из них, а также второй по размерам спутник в Солнечной системе (после спутника Юпитера, Ганимеда), который превосходит по своим размерам Меркурий и обладает единственной среди спутников Солнечной системы плотной атмосферой.

В настоящее время на орбите Сатурна находится автоматическая межпланетная станция «Кассини», запущенная в 1997 году и достигшая системы Сатурна в 2004 году, в задачи которой входит изучение структуры колец, а также динамики атмосферы и магнитосферы Сатурна.

Сатурн среди планет Солнечной системы

Сатурн относится к типу газовых планет: он состоит в основном из газов и не имеет твёрдой поверхности. Экваториальный радиус планеты равен 60 300 км, полярный радиус — 54 400 км[10]; из всех планет Солнечной системы Сатурн обладает наибольшим сжатием. Масса планеты в 95,2 раза превышает массу Земли, однако средняя плотность Сатурна составляет всего 0,687 г/см3[10], что делает его единственной планетой Солнечной системы, чья средняя плотность меньше плотности воды. Поэтому, хотя массы Юпитера и Сатурна различаются более чем в 3 раза, их экваториальный диаметр различается только на 19 %. Плотность остальных газовых гигантов значительно больше (1,27—1,64 г/см

3). Ускорение свободного падения на экваторе составляет 10,44 м/с², что сопоставимо со значениями Земли и Нептуна, но намного меньше, чем у Юпитера.

Орбитальные характеристики и вращение

Среднее расстояние между Сатурном и Солнцем составляет 1430 млн км (9,58 а. е.)[10]. Двигаясь со средней скоростью 9,69 км/с, Сатурн обращается вокруг Солнца за 10 759 суток (примерно 29,5 года). Расстояние от Сатурна до Земли меняется в пределах от 1195 (8,0 а. е.) до 1660 (11,1 а. е.) млн км, среднее расстояние во время их противостояния около 1280 млн км[10]. Сатурн и Юпитер находятся почти в точном резонансе 2:5. Поскольку эксцентриситет орбиты Сатурна 0,056, то разность расстояния до Солнца в перигелии и афелии составляет 162 млн км[10].

Видимые при наблюдениях характерные объекты атмосферы Сатурна вращаются с разной скоростью в зависимости от широты. Как и в случае Юпитера, имеется несколько групп таких объектов. Так называемая «Зона 1» имеет период вращения 10 ч 14 мин 00 с (то есть угловая скорость составляет 844,3°/сутки, или 2,345 оборота/сутки). Она простирается от северного края южного экваториального пояса до южного края северного экваториального пояса. На всех остальных широтах Сатурна, составляющих «Зону 2», период вращения первоначально был оценён в 10 ч 39 мин 24 с (скорость 810,76°/сутки или 2,2521 оборота/сутки). Впоследствии данные были пересмотрены: была дана новая оценка — 10 ч, 34 мин и 13 с[7][8]. «Зона 3», наличие которой предполагается на основе наблюдений радиоизлучения планеты в период полёта «Вояджера−1», имеет период вращения 10 ч 39 мин 22,5 с (скорость 810,8°/сутки или 2,2522 оборота/сутки).

В качестве продолжительности оборота Сатурна вокруг оси принята величина 10 часов, 34 минуты и 13 секунд[11]. Сатурн — единственная планета, у которой осевая скорость вращения на экваторе больше орбитальной скорости вращения (9,87 км/с и 9,69 км/с соответственно). Точная величина периода вращения внутренних частей планеты остаётся трудноизмеримой. Когда аппарат «Кассини» достиг Сатурна в 2004 году, было обнаружено, что согласно наблюдениям радиоизлучения длительность оборота внутренних частей заметно превышает период вращения в «Зоне 1» и «Зоне 2» и составляет приблизительно 10 ч 45 мин 45 с (± 36 с)[12].

Дифференциальное вращение атмосферы Сатурна подобно вращению атмосфер Юпитера и Венеры, а также Солнца. Скорость вращения Сатурна переменна не только по широте и глубине, но и во времени. Впервые это обнаружил А. Вилльямс[13]. Анализ переменности периода вращения экваториальной зоны Сатурна за 200 лет показал, что основной вклад в эту переменность вносит полугодовой и годовой циклы[14].

В марте 2007 года было обнаружено, что вращение диаграммы направленности радиоизлучения Сатурна порождено конвекционными потоками в плазменном диске, которые зависят не только от вращения планеты, но и от других факторов. Было также сообщено, что колебание периода вращения диаграммы направленности связано с активностью гейзера на спутнике Сатурна — Энцеладе. Заряженные частицы водяных паров на орбите планеты приводят к искажению магнитного поля и, как следствие, картины радиоизлучения. Обнаруженная картина породила мнение, что на сегодняшний день вообще не существует корректного метода определения скорости вращения ядра планеты[15][16][17].

Происхождение

Происхождение Сатурна (равно как и Юпитера) объясняют две основные гипотезы. Согласно гипотезе «контракции», схожесть состава Сатурна с Солнцем в том, что у обоих небесных тел имеется большая доля водорода, и, как следствие, малую плотность можно объяснить тем, что в процессе формирования планет на ранних стадиях развития Солнечной системы в газопылевом диске образовались массивные «сгущения», давшие начало планетам, то есть Солнце и планеты формировались схожим образом. Тем не менее, эта гипотеза не может объяснить различия состава Сатурна и Солнца[18].

Гипотеза «аккреции» гласит, что процесс образования Сатурна происходил в два этапа. Сначала в течение 200 миллионов лет[18] шёл процесс формирования твёрдых плотных тел, наподобие планет земной группы. Во время этого этапа из области Юпитера и Сатурна диссипировала часть газа, что затем повлияло на различие в химическом составе Сатурна и Солнца. Затем начался второй этап, когда самые крупные тела достигли удвоенной массы Земли. На протяжении нескольких сотен тысяч лет длился процесс аккреции газа на эти тела из первичного протопланетного облака. На втором этапе температура наружных слоёв Сатурна достигала 2000 °C[18].

Атмосфера и строение

Верхние слои атмосферы Сатурна состоят на 96,3 % из водорода (по объёму) и на 3,25 % — из гелия[19] (по сравнению с 10 % в атмосфере Юпитера). Имеются примеси метана, аммиака, фосфина, этана и некоторых других газов[20][21]. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских. Облака нижней части атмосферы состоят из гидросульфида аммония (NH4SH) или воды[22].

По данным «Вояджеров», на Сатурне дуют сильные ветра, аппараты зарегистрировали скорости воздушных потоков 500 м/с[23]. Ветра дуют в основном в восточном направлении (по направлению осевого вращения). Их сила ослабевает при удалении от экватора; при удалении от экватора появляются также и западные атмосферные течения. Ряд данных указывают, что циркуляция атмосферы происходит не только в слое верхних облаков, но и на глубине, по крайней мере, до 2 тыс. км. Кроме того, измерения «Вояджера-2» показали, что ветры в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора. Есть предположение, что симметричные потоки как-то связаны под слоем видимой атмосферы[23].

В атмосфере Сатурна иногда появляются устойчивые образования, представляющие собой сверхмощные ураганы. Аналогичные объекты наблюдаются и на других газовых планетах Солнечной системы (см. Большое красное пятно на Юпитере, Большое тёмное пятно на Нептуне). Гигантский «Большой белый овал» появляется на Сатурне примерно один раз в 30 лет, в последний раз он наблюдался в 2010 году (менее крупные ураганы образуются чаще).

12 ноября 2008 года камеры станции «Кассини» получили изображения северного полюса Сатурна в инфракрасном диапазоне. На них исследователи обнаружили полярные сияния, подобные которым не наблюдались ещё ни разу в Солнечной системе. Также данные сияния наблюдались в ультрафиолетовом и видимом диапазонах[24]. Полярные сияния представляют собой яркие непрерывные кольца овальной формы, окружающие полюс планеты[25]. Кольца располагаются на широте, как правило, в 70—80°[26]. Южные кольца располагаются на широте в среднем 75 ± 1°, а северные — ближе к полюсу примерно на 1,5°, что связано с тем, что в северном полушарии магнитное поле несколько сильнее[27]. Иногда кольца становятся спиральной формы вместо овальной[24].

В отличие от Юпитера полярные сияния Сатурна не связаны с неравномерностью вращения плазменного слоя во внешних частях магнитосферы планеты[26]. Предположительно, они возникают из-за магнитного пересоединения под действием солнечного ветра[28]. Форма и вид полярных сияний Сатурна сильно меняются с течением времени[25]. Их расположение и яркость сильно связаны с давлением солнечного ветра: чем оно больше, тем сияния ярче и ближе к полюсу[25]. Среднее значение мощности полярного сияния составляет 50 ГВт в диапазоне 80—170 нм (ультрафиолет) и 150—300 ГВт в диапазоне 3—4 мкм (инфракрасный)[26].

Во время бурь и штормов на Сатурне наблюдаются мощные разряды молнии. Электромагнитная активность Сатурна, вызванная ими колеблется с годами от почти полного отсутствия до очень сильных электрических бурь[29].

28 декабря 2010 года «Кассини» сфотографировал шторм, напоминающий сигаретный дым[30]. Ещё один, особенно мощный шторм, был зафиксирован 20 мая 2011 года[31].

Шестиугольное образование на северном полюсе

Облака на северном полюсе Сатурна образуют гигантский шестиугольник. Впервые это обнаружено во время пролётов «Вояджера» около Сатурна в 1980-х годах[32][33][34], подобное явление никогда не наблюдалось ни в одном другом месте Солнечной системы. Шестиугольник располагается на широте 78°, и каждая его сторона составляет приблизительно 13 800 км, то есть больше диаметра Земли. Период его вращения — 10 часов 39 минут. Этот период совпадает с периодом изменения интенсивности радиоизлучения, который, в свою очередь, принят равным периоду вращения внутренней части Сатурна.

Странная структура облаков показана на инфракрасном изображении, полученном обращающимся вокруг Сатурна космическим аппаратом «Кассини» в октябре 2006 года. Изображения показывают, что шестиугольник оставался стабильным все 20 лет после полёта «Вояджера»[32], причём шестиугольная структура облаков сохраняется во время их вращения. Отдельные облака на Земле могут иметь форму шестиугольника, но, в отличие от них, шестиугольник на Сатурне близок к правильному. Внутри него могут поместиться четыре Земли. Предполагается, что в районе гексагона имеется значительная неравномерность облачности. Области, в которых облачность практически отсутствует, имеют высоту до 75 км[32].

Полного объяснения этого явления пока нет, однако учёным удалось провести эксперимент, который довольно точно смоделировал эту атмосферную структуру[35]. 30-литровый баллон с водой поставили на вращающуюся установку, причём внутри были размещены маленькие кольца, вращающиеся быстрее ёмкости. Чем больше была скорость кольца, тем больше форма вихря, который образовывался при совокупном вращении элементов установки, отличалась от круговой. В этом эксперименте был получен, в том числе, и 6-угольный вихрь[36].

Внутреннее строение

В глубине атмосферы Сатурна растут давление и температура, а водород переходит в жидкое состояние, однако этот переход является постепенным[37]. На глубине около 30 тыс. км водород становится металлическим (давление там достигает около 3 миллионов атмосфер). Циркуляция электрических токов в металлическом водороде создаёт магнитное поле (гораздо менее мощное, чем у Юпитера). В центре планеты находится массивное ядро из твердых и тяжёлых материалов — силикатов, металлов и, предположительно, льда. Его масса составляет приблизительно от 9 до 22 масс Земли[38]. Температура ядра достигает 11 700 °C, а энергия, которую Сатурн излучает в космос, в 2,5 раза больше энергии, которую планета получает от Солнца. Значительная часть этой энергии генерируется за счёт механизма Кельвина — Гельмгольца (когда температура планеты падает, то падает и давление в ней, в результате она сжимается, а потенциальная энергия её вещества переходит в тепло). При этом, однако, было показано, что этот механизм не может являться единственным источником энергии планеты[39]. Предполагается, что дополнительная часть тепла создаётся за счёт конденсации и последующего падения капель гелия через слой водорода (менее плотный, чем капли) вглубь ядра[40][41]. Результатом является переход потенциальной энергии этих капель в тепловую. По оценкам, область ядра имеет диаметр приблизительно 25 000 км[41].

Магнитное поле

Магнитосфера Сатурна открыта космическим аппаратом «Пионер-11» в 1979 году. По размерам уступает только магнитосфере Юпитера. Магнитопауза, граница между магнитосферой Сатурна и солнечным ветром, расположена на расстоянии порядка 20 радиусов Сатурна от его центра, а хвост магнитосферы протягивается на сотни радиусов. Магнитосфера Сатурна наполнена плазмой, продуцируемой планетой и её спутниками. Среди спутников наибольшую роль играет Энцелад, гейзеры которого выбрасывают водяной пар, часть которого ионизируется магнитным полем Сатурна[42][43].

Взаимодействие между магнитосферой Сатурна и солнечным ветром генерирует яркие овалы полярного сияния вокруг полюсов планеты, наблюдаемые в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном свете.

Магнитное поле Сатурна, так же как и Юпитера, создаётся за счёт эффекта динамо при циркуляции металлического водорода во внешнем ядре. Магнитное поле является почти дипольным, так же как и у Земли, с северным и южным магнитными полюсами. Северный магнитный полюс находится в северном полушарии, а южный — в южном, в отличие от Земли, где расположение географических полюсов противоположно расположению магнитных[28]. Величина магнитного поля на экваторе Сатурна 21 мкТл (0,21 Гс), что соответствует дипольному магнитному моменту примерно в 4,6 × 1018 Tл·м3[44]. Магнитный диполь Сатурна жёстко связан с его осью вращения, поэтому магнитное поле очень асимметрично. Диполь несколько смещён вдоль оси вращения Сатурна к северному полюсу.

Внутреннее магнитное поле Сатурна отклоняет солнечный ветер от поверхности планеты, предотвращая его взаимодействие с атмосферой, и создаёт область, называемую магнитосферой и наполненную плазмой совсем иного вида, чем плазма солнечного ветра. Магнитосфера Сатурна — вторая по величине магнитосфера в Солнечной системе, наибольшая — магнитосфера Юпитера. Как и в магнитосфере Земли, граница между солнечным ветром и магнитосферой называется магнитопаузой. Расстояние от магнитопаузы до центра планеты (по прямой Солнце — Сатурн) варьируется от 16 до 27 R (R = 60 330 км — экваториальный радиус Сатурна)

wiki-org.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о