Продолжим изучать загадки планет нашей Солнечной системы. В первой части темы мы рассмотрели загадочные явления Меркурия, Венеры, Марса и Юпитера. Сегодня продолжим изучать другие планеты.
Следующая за Юпитером планета - Сатурн.
Планета получила своё название в честь древнеримского бога земледелия и урожая, он также считался богом времени. Это вторая по величине планета Солнечной системы. Она представляет собой газового гиганта, состоящего в основном из водорода и гелия.
"Согласно стандартной планетарной модели, внутренняя часть Сатурна содержит каменистое центральное ядро, окружённое летучими компонентами, такими как водород и гелий.
Ядро покрыто слоем плотного жидкого металлического водорода, за которым следует жидкий слой молекулярного водорода, насыщенного гелием. Он меняет фазу на газообразную с увеличением высоты.
Внешний слой Сатурна состоит из газовой атмосферы толщиной около 1000 км."(seo.belstu.by)
Самый отличительный признак этой планеты - наличие у неё так называемых колец, которые, конечно, имеют свои тайны. С некоторыми загадками этих колец мы сегодня познакомимся.
Основные сведения о планетах дают исследования с "близкого" расстояния, которые или подтверждают, или опровергают наземные наблюдения, но очень часто такие исследования дают в руки новые факты, которые иногда сложно объяснить.
В ближайшие годы Сатурн изучали Вояджер-1 и Вояджер-2, а также система из двух аппаратов — Кассини-Гюйгенс.
Аппараты серии «Вояджер»: «Вояджер-1» и «Вояджер-2» были созданы в Лаборатории реактивного движения НАСА. Эти космические зонды были запущены в1980—1981 годах с целью изучения дальних планет Солнечной системы и пространства за их пределами.
Система из двух аппаратов, которая была запущена 15 октября 1997 года, впоследствии разделилась: Кассини остался изучать Сатурн, а Гюйгенс впервые совершил мягкую посадку на Титан - самый крупный спутник Сатурна (второй по величине в Солнечной системе, пятый по удалённости от планеты).
Какие же загадки предоставили учёным знаменитые кольца Сатурна?
До сих пор не понятно, как произошло образование этих колец. Известно, что они состоят примерно из 35 трлн. тонн льда, пыли и камней. Исследования космических зондов подтвердили факт, что неизменными кольца кажутся только с Земли. На самом же деле в них периодически появляются и исчезают образования, похожие на дугообразные арки - разомкнутые кольца.
Выяснилось, чтонекоторые из многочисленныхспутников Сатурна(по состоянию на июнь 2023 года у Сатурна известно 146 естественных спутников, открытие которых зарегистрировано Международным астрономическим союзом; собственные названия имеют 63 спутника, остальные обозначаются номерами) выбрасывают в космос потоки ледяных частиц. Эти ледяные глыбы разного размера со временем формируют новые небольшие кольцаиливливаются в старые кольца.
На сегодня кольца являются динамичной системой, формирование которой шло постепенно. Процесс и сроки появления каждого из колец остаются загадкой до сих пор.
Так как кольца состоят почти целиком из водяного льда, они постепенно испаряются. Учёные на основании последних исследований сделали выводы о том, что кольца образовались совсем недавно по космическим меркам, порядка 100 млн лет назад, а по прошествию ещё 100 млн лет они полностью исчезнут.
Сатурн быстро "переваривает" собственные кольца благодаря сочетанию процессов, которые учёные назвали ионным кольцевым дождём и экваториальными пыле-ледяными осадками.
Благодаря солнечному ультрафиолету и облакам плазмы, вызываемым метеоритами, молекулы и атомы веществ, из которых состоят кольца, возбуждаются, образуются ионы. Эти ионы взаимодействуют с электрически заряженной ионосферой Сатурна, устремляясь к высоким северным и южным широтам - в этом и состоит суть ионного кольцевого дождя.
Аппарат «Кассини», находясь между кольцами и планетой, обнаружил, что частицы из внутреннего кольца падают на экватор планеты, образуяэкваториальные осадки. Оба описанных эффекта позволяют учёным оценить скорость потери массы системой колец.
Гипотез образования колец Сатурна несколько, но наиболее предпочтительны две:
- кольца появились в результате разрушения крупного спутника планеты, случившегося около 4 млрд лет (но кольца оказались гораздо моложе, как это связать с гипотезой?); причиной разрушения спутника могли стать, как мощная метеоритная бомбардировка, так и столкновение его с крупной кометой или астероидом. Разрушение могло произойти и под влиянием самого гиганта Сатурна, который буквально мог разорвать спутник своим мощным притяжением. Наличие «брешей», "пустых" промежутков, которые имеются между крупными и твёрдыми фрагментами, говорят в пользу именно этой гипотезы.
- материал, сформировавший кольца, - это останки околопланетного облака материи, которые из-за непостоянства притяжения Сатурна не смогли сформировать полноценные спутники; т.е. в спутники превратились лишь внешние области облака, а частицы внутренних областей в силу своего быстрого вращения и беспорядочных мощных соударений постепенно дробились и становились всё более рыхлыми - они-то и сформировали кольца.
Работа зонда "Кассини" показала, что разные кольца вполне могли сформироваться независимо друг от друга, в разное время и по разным причинам.
Так, например, кольцо Е постоянно подпитывается потоком ледяных частиц за счёт спутника Энцелада. На его южном полюсе наблюдаются сильные извержения из солёной воды, песка, аммиака и органических молекул, поток которых выбрасывается на высоту 300 км над ледяной поверхностью. Выбрасываемое содержимое не падает обратно, а растягивается и превращается в рассеянное кольцо, состоящее в основном из водяного льда.
Некоторые небольшие внутренние спутники Сатурна, вращаясь в пределах колец, из-за постоянных столкновений и ударов микрометеоритов тоже постоянно вносят новую материю в состав этих колец.
Оказались, что есть ещё один способ "обновлять" древние кольца. Например, фрагменты, входящие в состав кольца В, периодически слипаются в более крупные частицы, а затем эти же частицы участвуют в новых разломах. Этот процесс постоянно демонстрирует астрономам свежий, как будто совсем недавно появившийся, лёд.
К 2023 году сформировалась более детальная гипотеза образования колец Сатурна:
"Раньше вместо колец, спутников, находящихся сегодня в этих кольцах и внутри, ближе к планете, и Энцелада – вместо всего этого у Сатурна был большой массивный спутник, орбита которого проходила между орбитами Титана и Япета – Хризалис (Хризалис – это гипотетический спутник Сатурна, названный в 2022 году учеными из Массачусетского технологического института с использованием данных миссии Кассини-Гюйгенс). По массе он был сравним с Япетом, но обращался вокруг Сатурна за 45 дней. Дополнительная масса на такой орбите вытаскивала Титан наружу, вытягивала эксцентриситет Титана, Гипериона и Япета, а также меняла наклон орбиты последнего. При этом Сатурн приобретал большой наклон оси вращения из-за прецессионного резонанса с Нептуном. Всё это приводило к тому, что Хризалис притягивался ближе к планете. В итоге Хризалис потерял способность удерживать свой материал – приливные силы Сатурна и Титана разорвали его, и получились обломки, собравшиеся в итоге в современную систему колец и внутренних спутников." (https://habr.com/ru/articles/713802/)
Что позволило обломкам разорвавшегося спутника удержаться на орбите Сатурна, а не улететь в беспредельные просторы Космоса или упасть на саму планету? Тот погибший спутник обращался вокруг Сатурна близ предела Роша (это радиус орбиты спутника, ниже которого приливные силы гравитации планеты превысят собственную гравитацию спутника и понемногу разрушат его). До 99% массы гипотетического спутника было бы поглощено Сатурном, а оставшийся 1% образовал кольца.
Ещё одна особенность Сатурна могла объяснить длительную по времени относительную стабилизацию своего спутника на данном расстоянии. Вот эта особенность: его аномально быстрое вращение (экваториальная скорость вращения9,87 км/c, сравните со скоростью вращения Земли 0,5 км/с). Эта особенность объясняет, почему нет такой мощной системы колец у других похожих планет.
Специалисты констатируют тот факт, что для подтверждения или опровержения данной гипотезы требуется время, так как необходимо лучше понять всю эволюцию Солнечной системы.
И ещё одна загадка Сатурна - гигантскийшестиугольник, атмосферный феномен на планете. Это образование называют Гексагоном Сатурна.
Гексагон Сатурна находится над северным полюсом планеты, представляет собой геометрически правильный шестиугольник с поперечником в 25 тыс.км. Каждая из сторон шестиугольника имеет длину в 13 800 км и сравнима с размерами Земли.
Шестиугольник вращается против часовой стрелки, со скоростью около 320 км/ч.
Видео о том, как был открыт Гексагон Сатурна и первые попытки объяснить этот феномен: https://yandex.ru/video/preview/2664666952573428195
Каждые 10 часов 39 минут шестиугольник совершает полный оборот вокруг своей оси, отличается завидным постоянством: не смещается, всё время находится на одном и том же месте.
На южном полюсе планеты такого образования нет, но имеется огромная воронка в атмосфере.
В центре гексагона на Северном полюсе тоже есть такая воронка.
Итак, с точки зрения очевидного факта, Гексагон Сатурна - это гигантский постоянный вихрь на северном полюсе планеты. «Стены» этого вихря уходят вглубь атмосферы Сатурна на расстояние до 100 километров.
Учёные из Оксфордского университета смогли в лабораторных условияхсмоделировать возникновение подобного гексагона. Подробно об этом опыте в статье по ссылке: https://masterok.livejournal.com/6902258.html
Основной вывод, исходя из этого опыта, заключается в том, что существующее струйное течение потоков атмосферы Сатурна на его северном полюсе вращается с определенной скоростью по отношению к остальной части атмосферы, что способствует созданию формы шестиугольника. Визуализация этого процесса в лабораторных исследованиях запечатлена на этом видео: https://www.youtube.com/watch?v=n_c9A9Auf0A&t=91s
"Чем больше разница в скорости вращения планеты и струйного течения..., тем меньше сторон будет у многоугольника", - такое заключение сделал физик Оксфордского Университета Питер Рид (Peter Read), участник поставленного лабораторного опыта по моделированию возникновения образования, формирующегося на северном полюсе Сатурна.
На сегодняшний день нет чёткого научного определения причин устойчивого атмосферный феномена Сатурна. Но поиски ответов на все поставленные Сатурном загадки продолжаются.
Нам пока остаётся любоваться завораживающими феноменами планет нашей Солнечной системы.
И в заключении ещё один феномен от Гексагона Сатурна, он имеет красочную палитру - изобразительное искусство нашей Вселенной!
Вот такое загадочное, устойчивое, огромное ураганное образование Сатурна, которое ещё изменяет свой цвет с течением времени!
Благодарю всех, кто дочитал эту статью до конца, оценил труд, поставив "класс", поделившись информацией, или подписался.
О некоторых загадках Плутона, Венеры, Марса и Юпитера можете узнать по ссылке: https://dzen.ru/a/ZEy22m5FmEi7LA_2
О самых мощных процессах, которые происходят на Солнце можете узнать по ссылке: https://dzen.ru/a/ZTvUycs6tgyNOcFm
О самых мощных объектах Вселенной можете узнать по ссылкам:
1) о квазарах https://dzen.ru/a/Y8qGUmN3AEZJZPkJ;
2) о чёрных дырах https://dzen.ru/a/Y1ZyOznnMgO1Z_i6.