Реферат: Сатурн и его спутники

Реферат

по астрономии

САТУРН

ученицы 11 «1» класса

школы №1130

Карасевой Наталии

 

 

 

 

Москва2001г.
Оглавление

Введение… 3

Сатурн  />… 3

АТМОСФЕРАИ ОБЛАЧНЫЙ СЛОЙ… 4

МАГНИТНЫЕСВОЙСТВА САТУРНА. 5

КОЛЬЦА… 7

Спутники… 10

Список использованной литературы… 16

 


Введение

            Сатурн был известен с доисторическихвремен. Галилей первым наблюдал его в телескоп в 1610 году. Ранние наблюденияСатурна были усложнены предположением, согласно которому Земля проходит черезплоскость колец Сатурна каждые несколько лет, когда Сатурн пересекает ееорбиту. Только в 1659 году Кристиан Гюйгенс правильно вывел геометрию колец.Кольца Сатурна оставались уникальными для Солнечной системы до 1977 года, когдабыли обнаружены очень слабые кольца вокруг Урана и вскоре после этого вокругЮпитера и Нептуна.

            Первым кораблем, летавшим к Сатурну, был «Pioneer11» в 1979 году, и позднее – «Voyager 1» и «Voyager 2». Cassini, который сейчаснаходится на пути к нему, прибудет туда в 2004 году.

Сатурн  />

/>

Среднее расстояние от Солнца(9.54ае) 1426.98 млн. км  Экваториальный диаметр 120536 км Период вращения (на экваторе) 10.23 ч. Период обращения 29.46 лет Скорость движения по орбите 9.65 км/сек Температура видимой поверхности

 -1700  C

Масса (Земля=1) 95.2 Средняя плотность вещества (вода=1) 0,69 Сила тяжести на поверхности (Земля=1) 2 Кол-во спутников 28 (по состоянию на 01.01.2001 г.)

   Сатурн, втораяпо размеру планета Солнечной системы, представляет собой огромный быстровращающийся (с периодом 10,23 часа) шар, состоящий преимущественно из жидкоговодорода и гелия, окутанный мощным слоем атмосферы. Экваториальный диаметр поверхней границе облачного слоя составляет 120536 км, а полярный — на несколькосотен километров меньше. В атмосфере Сатурна содержится 94% водорода и 6% гелия(по объему). Отметим,что в атмосфере Юпитера его 19%. Дефицит гелия на Сатурне объясняют грави­тационнымразделением гелия и водорода в недрах планеты: гелий, ко­торый тяжелее,постепенно оседает на большие глубины (что, кстати говоря, высвобождает частьэнергии, «подогревающей» Сатурн). Другие газы в атмосфере — метан,аммиак, этан, ацетилен, фосфин — присутст­вуют в малых количествах. Метан пристоль низкой температуре ( около -188 С)находится в основном в капельно-жидкомсостоянии. Он образует облачный покров Сатурна.

АТМОСФЕРА И ОБЛАЧНЫЙ СЛОЙ

Всякий,кто наблюдал планеты в телескоп, знает, что на поверх­ности Сатурна, то есть наверхней границе его облачного покрова, за­метно мало деталей и контраст их сокружающим фоном невелик. Этим Сатурн отличается от Юпитера, где присутствуетмножество контрастных деталей в виде темных и светлых полос, волн, узелков,свидетельству­ющих о значительной активности его атмосферы.

Возникаетвопрос, действительно ли атмосферная активность Сатурна (например скоростьветра) ниже, чем у Юпитера, или же детали его об­лачного  покрова просто хужевидны с Земли из-за большего расстояния (около 1,5 млрд. км.) и более скудногоосвещения  Солнцем  (почти  в 3,5 раза слабее освещения Юпитера)?

/>«Вояджерам» удалось получить снимки облачного покроваСатурна, на которых отчетливо запечатлена картина атмосферной циркуляции: де­сяткиоблачных поясов, простирающихся вдоль параллелей, а также от­дельные вихри.Число облачных поясов больше, чем на Юпитере. Таким образом, снимки облачностиде­монстрируют своеобразие атмосферы Сатурна, которая даже активнееюпитерианской.

            В отличие от Юпитераполосы на Сатурне доходят до очень высоких широт — 78 градусов. Гигантскоеовальное образование размером с Землю, расположенное недалеко от северногополюса, названо Большим Коричневым Пятном, так />же обнаружены несколько коричневых пятенменьшего размера. Из-за большей, чем на Юпитере скорости потоков, эти ураганныевихри быстро затухают и перемешиваются с полосами. Скорости зональных ветров врайоне экватора достигают 400 — 500 м/с, а на широте 30 градусов — около 100м/с. Невысокая контрастность цветов на видимом диске Сатурна связана с тем, чтоиз-за низких температур в надоблачной атмосфере Сатурна, где пары аммиакавымораживаются, образуется плотный слой тумана, скрывающего структуру поясов изон, поэтому на Сатурне они не так четко видны, как на Юпитере.

            Метеорологическиеявления на Сатурне происходят при более низкой температуре, нежели в земнойатмосфере. Поскольку Сатурн в 9,5 раз дальше от Солнца, чем Земля, он получаетв 9,5 =90 раз меньше тепла. Температура планеты на уровне верхней границыоблачного покрова, где давление равно 0,1 атм, составляет всего 85 К, или -188С. Интересно, что за счет нагревания одним Солнцем даже такой температуры по­лучитьнельзя. Расчет показывает: в недрах Сатурна имеется свой собственный источниктепла, поток от которого в 2,5 раза больше, чем от Солнца.  Источником внутреннейэнергии может быть, согласно гипотезе, энергия, выделяемая за счетгравитационной дифференциации вещества, когда более тяжелый гелий медленнопогружается в недра планеты. Сумма двух потоков и дает наблюдаемую температурупла­неты.

            «Вояджеры»обнаружили ультрафиолетовое излучение водорода в атмосфере средних широт иполярные сияния на широтах выше 65 градусов. Подобная активность может привестик образованию сложных углеводородных молекул. Полярные сияния средних широт,которые происходят только в освещенных Солнцем областях, возникают по тем жепричинам, что и полярные сияния на Земле. Разница лишь в том, что на нашейпланете это явление присуще исключительно более высоким широтам.

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА САТУРНА.

До тех пор, пока первые космические аппараты недостигли Сатур­на, наблюдательных данных о его магнитном поле не было вообще.но из наземных радиоастрономических наблюдений явствовало, что Юпитер об­ладаетмощным магнитным полем. Об этом свидетельствовало нетепловое радиоизлучение надециметровых 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, анало­гичныерадиационным поясам Земли. Полеты к Юпитеры подтвердили эти выводы.

ПосколькуСатурн весьма сходен с Юпитером по своим физическим свойствам, астрономыпредположили, что достаточно заметное магнитное поле есть и у него. Отсутствиеже у Сатурна наблюдаемого с Земли магнитно-тормозного радиоизлучения объясняливлиянием колец.

Этипредложения подтвердились. Еще при подлете «Пионера-11» к Сатурну его приборызарегистрировали в около планетном пространстве образования, типичные дляпланеты, 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 магнитосферыСатурна в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса планеты, арасстояние до ударной волны — 26 радиусов. Для сравнения можно напомнить, чтовнешний радиус земной магнитосферы в подсолнеч­ной точке — около 10 земныхрадиусов. Так что даже по относительным размерам магнитосфера Сатурнапревосходит земную более чем вдвое. Радиационные пояса Сатурна настолькообширны, что охватывают не только кольца, но и орбиты некоторых внутреннихспутников планеты. Как и ожидалось, во внутренней части радиационных поясов,которая «перегорожена» кольцами Сатурна, концентрация заряженных частиц зна­чительноменьше. Причину этого легко понять, если вспомнить, что в радиационных поясахчастицы совершают колебательные движения пример­но в меридиональномнаправлении, каждый раз пересекая экватор. Но у Сатурна в плоскости экваторарасполагаются кольца: они поглощают почти все частицы, стремящиеся пройтисквозь них. В результате внут­ренняя часть радиационных поясов, которая вотсутствие колец была бы в системе Сатурна наиболее интенсивным источникомрадиоизлучения, оказывается ослабленной. Тем не менее «Вояджер-1»,приблизившись к Сатурну, все же обнаружил нетепловое радиоизлучение егорадиационных поясов.

Вотличие 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 периодвращения Сатурна. В самом деле, магнитное поле Сатурна порождаетсяэлектрическими токами в недрах планеты, — по-видимому, в слое, где под влияниемколоссаль­ных давлений водород перешел в металлическое состояние. При вращенииэтого слоя с той угловой скоростью вращается и магнитное поле.

            Вследствие большой вязкости веществавнутренних частиц планеты все они вращаются с одинаковым периодом. Такимобразом, период вращения магнитного поля — это в то же время период вращениябольшей части массы Сатурна (кроме атмосферы, которая вращается не как твердоете­ло).   

 

КОЛЬЦА

СЗемли в телескоп хорошо видны три кольца: внешнее, средней яркости кольцо А;среднее, наиболее яркое кольцо В и внутреннее, неяркое полупрозрачное кольцо С,которое иногда называется креповым. Кольца чуть белее желтоватого дискаСатурна. Расположены они в плоскости экватора планеты и очень тонки: при общейширине в радиальном направлении примерно 60 тыс.км. они имеют толщину менее 3км. Спектроскопически было установлено, что кольца вращаются не так, кактвердое тело, — с расстоянием от Сатурна скорость убывает. Более то­го, каждаяточка колец имеет такую />скорость, какую имел бы на этомрасстоянии спутник, свободно движущийся вокруг Сатурна по круговой орбите.Отсюда ясно: кольца Сатурна по существу представляют собой колоссальноескопление мелких твердых частиц, самостоятельно обращающихся вокруг планеты.Размеры частиц столь малы, что их не видно не только в земные телескопы, но и сборта космических аппаратов.

Характернаяособенность строения колец — темные кольцевые промежутки (деления), гдевещества очень мало. Самое широкое из них (3500 км) отделяет кольцо В от кольцаА и называется «делением Кассини» в честь астронома, впервые увидевшего его в1675 году. При исключительно хороших атмосферных условиях таких делений с Земливидно свыше десяти. Природа их, по-видимому, резонансная. Так, деление Кассини- это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг Сатурнаровно вдвое меньше, чем у ближайшего крупного спутника Сатурна — Мимаса. Из-затакого совпадения Мимас своим притяжением как бы раскачивает частицы,движущиеся внутри деления, и и в конце концов выбрасывает их оттуда.

Бортовыекамеры «Вояджеров» показали, что с близкого расстояния кольца Сатурна похожи награммофонную пластинку: они как бы расслоены на тысячи отдельных узких колечекс темными прогалинами между ними. Прогалин так много, что объяснить ихрезонансами с периодами обращения спутников Сатурна уже невозможно.

            Чем жеобъясняется эта тонкая структура? Вероятно,  равномерное распределение частицпо плоскости колец механически неустойчиво. Вследствие этого возникают круговыеволны 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 потомунеярки. Кольца D и E с трудом видны с Земли при особо благоприятных условиях;кольца F и G обнаружены впервые.

Порядокобозначения колец объясняется историческими причинами, поэтому он не совпадаетс алфавитным. Если расположить кольца по мере их удаления от Сатурна, то мыполучим ряд: D,C,B,A,F,G,E.

Особыйинтерес и большую дискуссию вызвало кольцо F. К сожалению, вывестиокончательное суждение об этом объекте пока не удалось, так как наблюдения двух«Вояджеров» не согласуются между собой. Бортовые камеры «Вояджера-1» показали,что кольцо F состоит из нескольких колечек общей шириной 60 км., причем два изних перевиты друг с другом, как шнурок. Некоторое время господствовало мнение,что ответственность за эту необычную конфигурацию несут два небольшихновооткрытых спутника, движущихся непосредственно вблизи кольца F, — один извнутреннего края, другой — у внешнего (чуть медленнее первого, так как ондальше от Сатурна). Притяжение этих спутников не дает крайним частицам уходитьдалеко от его середины, то есть спут­ники как бы «пасут» частицы, за что иполучили название «пастухов». Они же, как показали расчеты, вызывают движениечастиц по волнистой линии, что и создает наблюдаемые переплетения компонентовкольца. Но «Вояджер-2», прошедший близ Сатурна девятью месяцами позже, не обна­ружилв кольце F ни переплетений, ни каких-либо других искажений формы, — в частности,и в непосредственной близости от «пастухов».  Таким образом, форма кольцаоказалась изменчивой. Для суждения о причинах  и  закономерностях  этойизменчивости двух наблюдений, конечно, мало. С Земли же наблюдать кольцо Fсовременными  средствами  невозможно — яркость его слишком мала. Остаетсянадеяться, что более тщательное  исследование полученных «Вояджерами» снимковкольца прольет свет на эту проблему.

КольцоD — ближайшее к планете. Видимо, оно простирается до самого облачного шараСатурна. Кольцо E — самое внешнее. Крайне разряженное, оно в то же времянаиболее широкое из всех — около 90 тыс.км. Величина зоны, которую онозанимает, от 3,5 до 5 радиусов планеты. Плотность вещества в кольце Eвозрастает по направлению к орбите спутника Сатурна Энцелада. Возможно, Энцелад- источник вещества этого кольца.

Частицыколец Сатурна, вероятно, ледяные, покрытые сверху инеем. Это было известно ещеиз наземных наблюдений, и бортовые приборы космических аппаратов лишьподтвердили правильность такого вывода. Размеры частиц главных колецоценивались из наземных наблюдений в пределах от сантиметров до метров(естественно, частицы не могут быть одинаковыми по величине: не исключаетсятакже, что в разных кольцах типичный поперечник частиц различен).

Когда«Вояджер-1» проходил вблизи Сатурна, радиопередатчик космического аппаратапоследовательно пронизывал радиолучом не волне 3,6 см. кольцо А, делениеКассини и кольцо С. Затем радиоизлучение было принято на Земле и подверглосьанализу. Удалось выяснить, что частицы указанных зон рассеивают радиоволныпреимущественно вперед, хотя и несколько по-разному. Благодаря этому оценилисредний поперечник частиц кольца А в 10 м, деления Кассини — в 8 м и кольца С — в 2 м.

Сильноерассеяние вперед, но на этот раз в видимом свете, обнаружено у колец F и E. Этоозначает наличие в них значительного количества мелкой пыли (поперечник пылинкиоколо десятитысячных долей миллиметра).

Вкольце В обнаружили новый структурный элемент — радиальные образования,получившие названия «спиц» из-за внешнего сходства со спицами колеса. Они такжесостоят из мелкой пыли и расположены над плоскостью кольца. Не исключено, что«спицы» удерживаются там силами электростатического отталкивания. Любопытноотметить: изображения «спиц» были найдены на некоторых зарисовках Сатурна,сделанных еще в прошлом веке. Но тогда никто не придал им значения.

Исследуякольца, «Вояджеры» обнаружили неожиданным эффект — многочисленныекратковременные всплески радиоизлучения, поступающего от колец. Это не чтоиное, как сигналы от электростатических разрядов — своего рода молнии. Источникэлектризации частиц, по-видимому, столкновения между ними.

Крометого, была открыта окутывающая кольца газообразная атмосфера из нейтральногоатомарного водорода. «Вояджерами» наблюдалась линия Лайсан-альфа (1216 А) вультрафиолетовой части спектра. По ее интенсивности оценили число атомовводорода в кубическом сантиметре атмосферы. Их оказалось примерно 600. Нужносказать, некоторые ученые задолго  до  запуска  к  Сатурну космическихаппаратов предсказывали возможность существования атмосферы у колец Сатурна.

«Вояджерами» была также сделана попытка измерить массуколец. Трудность состояла в том, что масса колец по крайней мере в миллион разменьше массы Сатурна. Из-за этого траектория движения космического аппаратавблизи Сатурна в громадной степени определяется мощным притяжением самойпланеты и лишь ничтожно возмущается слабым притяжением колец. Между тем именнослабое притяжение и необходимо выявить. Лучше всего для этой цели подходилатраектория «Пионера-11». Но анализ измерений траектории аппарата по егорадиоизлучению показал, что кольца (в пределах точности измерений) на движениеаппарата не повлияли.  Точность же составила 1,7 х 10-6 массыСатурна. Иными словами, масса колец заведомо меньше 1,7 миллионных долей массыпланеты.

Спутники

            Сатурн имеет, покрайней мере, 28 спутников (ранее было известно 18) и 12 из них — больше 100 кмв диаметре.  Все спутники, кроме Гипериона и Фебы, повернуты к Сатурнуодной стороной

            Последние10 спутников Сатурна были найдены в течении 6 недель. Сообщение об открытиипоследних четырёх (от S/2000 S 7 до S/2000 S 10) было опубликовано в началедекабря 2000 г в циркуляре Международного Астрономического союза. Они былиобнаружены интернациональной группой астрономов, возглавляемой БреттомГлэдманом (Brett Gladman) из Франции и Дж. Дж. Кавелаарсом (JJ Kavelaars) изКанады.

            Впервыеспутники были замечены в ночь с 23 на 24 сентября  телескопом на гореМауна-Ки ( Гавайи). Затем существование этих спутников было подтверждено новыминаблюдениями, проведенными в ноябре этого года с помощью одного из четырех8-метровых телескопов, входящих в состав большого телескопа Very LargeTelescope в Чили, 2,2-метрового телескопа также из Европейской Южнойобсерватории в Чили и 5-метрового телескопа из Паломарской обсерватории вКалифорнии.

            Ограниченноечисло наблюдений не позволило астрономам получить подробную информацию о них идаже точно рассчитать их орбиты. Предполагается, что эти спутники представляютсобой небольшие ледяные космические тела, которые были в свое время захваченыгравитационным полем Сатурна.  Поэтому я дам информацию только о ранееизвестных спутниках Сатурна.

Спутник

Расстояние от Сатурна

(тыс. км)

Радиус или размеры(км)

Масса (1020кг)

Год откры-тия

Кто открыл

Пан

133,6 ? ? 1990 М. Шоуолтер

Атлас

137,64 20 х 15 ? 1980 Р. Террил

Прометей

139,35 70 х 40 ? 1980 С. Коллинз и др

Пандора

147,7 55 х 35 ? 1980 С. Коллинз и др

Эпиметий

151,42 70 х 50 ? 1966 Р. Уолкер

Янус

151,47 110 х 80 ? 1966 О. Дольфюс

Мимас

185,52 195 0,38 1789 В. Гершель

Энцелад

238,02 250 0,84 1789 В. Гершель

Тефия

294,66 525 7,55 1684 Дж. Кассини

Телесто

294,66 12(?) ? 1980 Б. Смит и др

Калипсо

294,66 15 х 10 ? 1980 Б. Смит и др

Диона

377,40 560 10,5 1684 Дж. Кассини

Елена

377,40 18 х 15 ? 1980 П. Лак и др

Рея

527,04 765 24,9 1672 Дж. Кассини

Титан

1 221,85 2575 1 350 1655 Х. Гюйгенс

Гиперион

1 481,0 175 х 100 ? 1848 Дж.Бонд, У.Бонд, В. Лассель Япет 3 561,3 720 18,8 1671 Дж. Кассини

Феба

12 952,0 110 ? 1898 В. Пиккер

            Орбитавнутренних спутников, Пан и Атлас, лежит около внешнего края кольца А.Следующий спутник, Прометей, отвечает за щель, примыкающую к внутреннему краюкольца F. Затем — Пандора, виновная в образовании другой границы кольца F. Ониобнаружены на снимках космических аппаратов. Следующие два спутника — Эпиметийи Янус — обнаружены с Земли, они делят общую орбиту. Разница в удалении отСатурна составляет лишь 30-50 километров.

/>/>

еще рефераты
Еще работы по астрономии