Максим Голубев - Энциклопедия чудес, загадок и тайн

Метеорологические 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 2=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. Интересно, что за счет нагревания одним Солнцем даже такой температуры получить нельзя.

Расчет показывает: в недрах Сатурна имеется свой собственный источник тепла, поток от которого в 2,5 раза больше, чем от Солнца. Сумма этих двух потоков и дает наблюдаемую температуру планеты. Космические аппараты подробно исследовали химический состав надоблачной 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 гравитационным разделением гелия и водорода в недрах планеты: гелий, который тяжелее, постепенно оседает на большие глубины (что, кстати говоря, высвобождает часть энергии, «подогревающей» Сатурн).

Другие газы в атмосфере: метан, аммиак, этан, ацетилен, фосфин присутствуют 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 Сатурна, 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 наблюдения «Вояджера-2» опровергают это: темные полосы на поверхности планеты оставались резкими и ясными до самого края диска Сатурна, тогда как при наличии дымки они бы к краям замутнялись из-за большого количества частиц перед ними.

Вопрос, таким образом, не может считаться решенным и требует дальнейшего расследования. Данные, полученные с «Вояджера-1», помогли с большой точностью определить экваториальный радиус Сатурна. На уровне вершины облачного 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 быстрее 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 Сатурна, наблюдательных данных о его магнитном поле не было вообще, но из наземных радиоастрономических наблюдений явствовало, что Юпитер обладает мощным магнитным полем. Об этом свидетельствовало нетепловое радиоизлучение на дециметровых 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 магнитнотормозное и источник его электроны, захваченные магнитным полем Юпитера и населяющие его радиационные пояса, аналогичные радиационным поясам Земли.

Полеты к Юпитеру 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 магнитнотормозного радиоизлучения объясняли влиянием колец.

Эти предложения подтвердились. Еще при подлете «Пионера-11» к Сатурну его приборы зарегистрировали в околопланетном пространстве образования, типичные для планеты, обладающей ярко выраженным магнитным полем: головную ударную волну, границу магнитосферы (магнитопаузу), радиационные пояса [Земля и Вселенная, 1980, № 2, с. 22–25].

В целом магнитосфера Сатурна весьма сходна с земной, но, конечно, 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 подсолнечной 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 значительно меньше.

Причину этого легко понять, если вспомнить, что в радиационных поясах частицы совершают колебательные движения примерно 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 внутренняя 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 периодом 10 ч. 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 период вращения Сатурна. В самом деле, магнитное поле Сатурна порождается электрическими токами в недрах планеты, по-видимому, в слое, где под влиянием колоссальных давлений водород перешел в металлическое состояние.

При вращении этого слоя с той угловой скоростью вращается и магнитное поле. Вследствие большой вязкости вещества внутренних частиц планеты все они вращаются с одинаковым периодом. Таким образом, период вращения магнитного поля это в то же время период вращения большей части массы Сатурна (кроме атмосферы, которая вращается не как твердое тело).

Таковы, в основном, наши сегодняшние сведения о Сатурне. Необходимо только оговориться, что в первую очередь речь шла о непосредственных фактических данных. Более глубокие выводы, которые могут быть из них сделаны и, вероятно, будут сделаны, потребуют длительной работы ученых. Она еще впереди. [1) "Система Сатурна", М., Мир, 1990 г. 2) Ф.Я. Цикл "Семья Солнца: планеты и спутники Солнечной системы", М., Мир, 1984 г. 3) "Земля и Вселенная" № 4, 1982 г. 4) "Справочник любителя и астронома", Е.П.Куликовский, М., Наука, 1977 г. 5) "Планеты открытые заново", С.Н.Коновалов, М., Наука, 1981 г.]