(8 оценок, среднее: 4,75 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Реферат: Исследования Сатурна
Первым галлактическим аппаратом, посетившим округи Сатурна, был «Пионер-11», который 1 сентября 1979 г. прошёл на расстоянии 21 400 км от пасмурного слоя планетки. Магнитное поле Сатурна оказалось посильнее земного, но слабее, чем у Юпитера. Была уточнена масса Сатурна. По поверхности Сатурна. Она оказалась равной 100° К, и данный факт свидетельствовал о том, что планетка испускает примерно вдвое больше тепла, чем получает от Солнца. В больших широтах Сатурна предполагалось наличие полярных сияний.
В первый раз были получены изображения Титана, самого большого из семейства спутников Сатурна, но, к огорчению, разрешение было весьма низким. Особенно выглядели фото колец. К аппарату была обращена не освещённая Солнцем сторона колец, потому приборы фиксировали свет, не отражённый от колец, а прошедший через их.
«Пионер — II» покинул Галлактику, но слабенькие сигналы с него ещё улавливаются земными антеннами.
Наиболее высококачественные изображения были получены во время пролёта 2-ух «Вояджеров», которые под действием притяжения Юпитера изменили свои линии движения и направились к Сатурну. На снимках пасмурного покрова планетки видны завихря-ющиеся полосы, вихри, нимбы и пятна различных цветов — от жёлтого до кофейного, напоминающие образования на Юпитере. Найдено и красноватое пятно поперечником около 1250 км, также стремительно исчезающие тёмные овальные образования. «Вояджер-1» в первый раз показал, что система колец Сатурна состоит из тыщ отдельных узеньких колечек, нашел 6 новейших спутников и, пройдя на расстоянии 4030 км от Титана, установил, что главным компонентом его атмосферы является азот, а не метан, как предполагалось ранее. Получены достойные внимания данные и о неких остальных спутниках Сатурна: Тефии, Мимасе, Дионе, Рее и Энцела-де. «Вояджер-1» выполнил главные задачки и отправился за границы Галлактики.
На самое близкое расстояние к Сатурну подошёл «Вояджер-2». В системе его колец оказалось ещё больше отдельных колечек, состоящих из бессчетного огромного количества частиц льда, больших и маленьких обломков. На спутнике Тефия «Вояджер-2» нашел наикрупнейший кратер во всей системе Сатурна поперечником 400 км и глубиной 16 км. Опосля встречи с Сатурном линия движения полёта «Вояджера-2» была изменена таковым образом, чтоб он в январе 1986 г. прошёл около Урана.
Новейшие исследования Сатурна, его колец и спутников запланированы в проекте, нареченном «Кассини». Пуск аппарата осуществлён в октябре 1997 г. По сложной линии движения аппарат достигнет окружностей Сатурна в июне 2004 г. и будет проводить исследования в течение четырёх лет. Самым увлекательным в проекте является спуск специального зонда в атмосферу Титана.
Система Сатурна
Всякий, кто следил планетки в телескоп, понимает, что на поверхности Сатурна, другими словами на верхней границе его пасмурного покрова, приметно не много деталей и контраст их с окружающим фоном невелик. Сиим Сатурн различается от Юпитера, где находится огромное количество контрастных деталей в виде черных и светлых полос, волн, узелков, свидетельствующих о значимой активности его атмосферы.
Возникает вопросец, вправду ли атмосферная активность Сатурна (к примеру скорость ветра) ниже, чем у Юпитера, либо же детали его пасмурного покрова просто ужаснее видны с Земли из-за большего расстояния (около 1,5 миллиардов. км.) и наиболее скудного освещения Солнцем (практически в 3,5 раза слабее освещения Юпитера)?
«Вояджерам» удалось получить снимки пасмурного покрова Сатурна, на которых ясно запечатлена картина атмосферной циркуляции: 10-ки пасмурных поясов, простирающихся вдоль параллелей, также отдельные вихри. Найден, а именно, аналог Огромного Красноватого Пятна Юпитера, хотя и наименьших размеров. Установлено, что скорости ветров на Сатурне даже выше, чем на Юпитере: на экваторе 480 м/с, либо 1700 км/ч. Число пасмурных поясов больше, чем на юпитере, и добиваются они наиболее больших широт. Таковым образом, снимки облачности показывают своеобразие атмосферы Сатурна, которая даже активнее юпитерианской.
Метеорологические явления на Сатурне происходят при наиболее низкой температуре, нежели в земной атмосфере. Так как Сатурн в 9,5 раз далее от Солнца, чем Земля, он получает в 9,5 =90 раз меньше тепла. температура планетки на уровне верхней границы пасмурного покрова, где давление равно 0,1 атм, составляет всего 85 К, либо -188 С. Любопытно, что за счет нагревания одним Солнцем даже таковой температуры получить недозволено. Расчет указывает: в недрах Сатурна имеется собственный свой источник тепла, поток от которого в 2,5 раза больше, чем от Солнца. Сумма этих 2-ух потоков и дает наблюдаемую температуру планетки.
Галлактические аппараты тщательно изучили хим состав надоблачной атмосферы Сатурна. В главный она состоит практически на 89% из водорода. На втором месте гелий (около 11% по массе). Отметим, что в атмосфере Юпитера его 19%. недостаток гелия на Сатурне разъясняют гравитационным разделением гелия и водорода в недрах планетки: гелий, который тяжелее, равномерно оседает на огромные глубины (что, к слову говоря, вызволяет часть энергии, «подогревающей» Сатурн). Остальные газы в атмосфере — метан, аммиак, этан, ацетилен, фосфин — находятся в малых количествах. Метан при настолько низкой температуре ( около -188° С ) находится в главном в капельно-жидком состоянии. Он образует пасмурный покров Сатурна.
Что касается малого контраста деталей, видимых в атмосфере Сатурна, о чем говорилось выше, то предпосылки этого явления еще пока не полностью ясны. Было высказано предположение, что в атмосфере взвешена ослабляющая контраст дымка из мелких жестких частиц. Но наблюдения «Вояджера-2» опровергают это: черные полосы на поверхности планетки оставались резкими и ясными до самого края диска Сатурна, тогда как при наличии дымки они бы к краям замутнялись из-за огромного количества частиц перед ними. вопросец, таковым образом, не может считаться решенным и просит предстоящего расследования.
Данные, приобретенные с «Вояджера-1», посодействовали с большенный точностью найти экваториальный радиус Сатурна. На уровне верхушки пасмурного покрова экваториальный радиус составляет 60330 км. либо в 9,46 раза больше земного. Уточнен также период воззвания Сатурна вокруг оси: один оборот он совершает за 10 ч. 39,4 мин — в 2,25 раза резвее Земли. Настолько резвое вращение привело к тому, что сжатие Сатурна существенно больше, чем у Земли. Экваториальный радиус Сатурна на 10% больше полярного (у Земли — лишь на 0,3%).
До того времени, пока 1-ые галлактические аппараты не достигнули Сатурна, наблюдательных данных о его магнитном поле не было совершенно. но из наземных радиоастрономических наблюдений явствовало, что Юпитер владеет массивным магнитным полем. О этом свидетельствовало нетепловое радиоизлучение на дециметровых волнах, источник которого оказался больше видимого диска планетки, при этом он вытянут вдоль экватора Юпитера симметрично по отношению к диску. Таковая геометрия, также поляризованность излучения свидетельствовали о том, что наблюдаемое излучение магнитно-тормозное и источник его — электроны, оккупированные магнитным полем Юпитера и населяющие его радиационные пояса, подобные радиационным поясам Земли. Полеты к Юпитеры подтвердили эти выводы.
Так как Сатурн очень сходен с Юпитером по своим физическим свойствам, астрологи представили, что довольно приметное магнитное поле есть и у него. Отсутствие же у Сатурна наблюдаемого с Земли магнитно-тормозного радиоизлучения разъясняли воздействием колец.
Эти предложения подтвердились. Еще при подлете «Пионера-11» к Сатурну его приборы зарегистрировали в около планетном пространстве образования, обычные для планетки,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 очень сходна с земной, но, естественно, существенно больше по размерам. Наружный радиус магнитосферы Сатурна в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса планетки, а расстояние до ударной волны — 26 радиусов. Для сопоставления можно напомнить, что наружный радиус земной магнитосферы в подсолнечной точке — около 10 земных радиусов. Так что даже по относительным размерам магнитосфера Сатурна превосходит земную наиболее чем в два раза. Радиационные пояса Сатурна так пространны, что обхватывают не только лишь кольца, да и орбиты неких внутренних спутников планетки. Как и ожидалось, во внутренней части радиационных поясов, которая «перегорожена» кольцами Сатурна, концентрация заряженных частиц существенно меньше. Причину этого просто осознать, если вспомянуть, что в радиационных поясах частички совершают колебательные движения приблизительно в меридиональном направлении, всякий раз пересекая экватор. Но у Сатурна в плоскости экватора размещаются кольца: они поглощают практически все частички, стремящиеся пройти через их. В итоге внутренняя часть радиационных поясов, которая в отсутствие колец была бы в системе Сатурна более интенсивным источником радиоизлучения, оказывается ослабленной. Тем не наименее «Вояджер-1», приблизившись к Сатурну, все таки нашел нетепловое радиоизлучение его радиационных поясов.
В отличие от Юпитера Сатурн испускает в километровом спектре длин волн. Заметив, что интенсивность излучения модулирована с периодом 10ч. 39,4 мин., представили, что это и есть период осевого вращения радиационных поясов, либо, иными словами, период вращения магнитного поля Сатурна. Но тогда это и период вращения Сатурна. По правде, магнитное поле Сатурна порождается электронными токами в недрах планетки, — по-видимому, в слое, где под воздействием колоссальных давлений водород перебежал в железное состояние. При вращении этого слоя с той угловой скоростью вращается и магнитное поле.
Вследствие большенный вязкости вещества внутренних частиц планетки они все вращаются с схожим периодом. Таковым образом, период вращения магнитного поля — это в то же время период вращения большей части массы Сатурна (не считая атмосферы, которая вращается не как жесткое тело).
С Земли в телескоп отлично видны три кольца: наружное, средней яркости кольцо А; среднее, более колоритное кольцо В и внутреннее, мерклое полупрозрачное кольцо С, которое время от времени именуется креповым. Кольца чуток белоснежнее желтого диска Сатурна. Размещены они в плоскости экватора планетки и весьма тонки: при общей ширине в круговом направлении приблизительно 60 тыс.км. они имеют толщину наименее 3 км. Спектроскопически было установлено, что кольца вращаются не так, как жесткое тело, — с расстоянием от Сатурна скорость убывает. Наиболее того, любая точка колец имеет такую скорость, какую имел бы на этом расстоянии спутник, свободно передвигающийся вокруг Сатурна по радиальный орбите. Отсюда ясно: кольца Сатурна по существу представляют собой грандиозное скопление маленьких жестких частиц, без помощи других обращающихся вокруг планетки. размеры частиц настолько малы, что их не видно не только лишь в земные телескопы, да и с борта галлактических аппаратов.
Соответствующая изюминка строения колец — черные кольцевые промежутки (деления), где вещества весьма не много. Самое обширное из их (3500 км) отделяет кольцо В от кольца А и именуется «делением Кассини» в честь астролога, в первый раз узревшего его в 1675 году. При только добротных атмосферных критериях таковых делений с Земли видно выше 10. Природа их, по-видимому, резонансная. Так, деление Кассини — это область орбит, в какой период воззвания каждой частички вокруг Сатурна ровно в два раза меньше, чем у наиблежайшего большого спутника Сатурна — Мимаса. Из-за такового совпадения Мимас своим притяжением вроде бы раскачивает частички, передвигающиеся снутри деления, и и в конце концов выбрасывает их оттуда.
Бортовые камеры «Вояджеров» проявили, что с близкого расстояния кольца Сатурна похожи на граммофонную пластинку: они вроде бы расслоены на тыщи отдельных узеньких колечек с темными прогалинами меж ними. Прогалин так много, что разъяснить их резонансами с периодами воззвания спутников Сатурна уже нереально.
Чем все-таки разъясняется эта узкая структура? Возможно, равномерное распределение частиц по плоскости колец механически нестабильно.
Вследствие этого появляются радиальные волны плотности — это и есть наблюдаемая узкая структура.
Кроме колец А,В и С «Вояджеры» нашли еще четыре: D,E,F и G. Они все весьма разрежены и поэтому неярки. Кольца D и E с трудом видны с Земли при особо подходящих критериях; кольца F и G обнаружены в первый раз.
порядок обозначения колец разъясняется историческими причинами, потому он не совпадает с алфавитным. Если расположить кольца по мере их удаления от Сатурна, то мы получим ряд: D,C,B,A,F,G,E.
Особенный Энтузиазм и огромную дискуссию вызвало кольцо F. К огорчению, вывести окончательное суждение о этом объекте пока не удалось, потому что наблюдения 2-ух «Вояджеров» не согласуются меж собой. Бортовые камеры «Вояджера-1» проявили, что кольцо F состоит из нескольких колечек общей шириной 60 км., при этом два из их перевиты друг с другом, как шнурок. Некое время властвовало Мировоззрение, что ответственность за эту необыкновенную конфигурацию несут два маленьких новооткрытых спутника, передвигающихся конкретно поблизости кольца F, — один из внутреннего края, иной — у наружного (чуток медлительнее первого, потому что он далее от Сатурна). Притяжение этих спутников не дает последним частичкам уходить далековато от его середины, другими словами спутники вроде бы «пасут» частички, за что и получили заглавие «пастухов». Они же, как проявили расчеты, вызывают движение частиц по волнистой полосы, что и делает наблюдаемые переплетения компонент кольца. Но «Вояджер-2», прошедший близ Сатурна девятью месяцами позднее, не нашел в кольце F ни переплетений, ни каких-то остальных искажений формы, — а именно, и в конкретной близости от «пастухов». Таковым образом, форма кольца оказалась изменчивой. Для суждения о причинах и закономерностях данной для нас изменчивости 2-ух наблюдений, естественно, не много. С Земли же следить кольцо F современными средствами нереально — яркость его очень мала. Остается надежды, что наиболее тщательное исследование приобретенных «Вояджерами» снимков кольца прольет свет на эту делему.
Кольцо D — наиблежайшее к планетке. Видимо, оно простирается до самого пасмурного шара Сатурна. Кольцо E — самое наружное. Очень разряженное, оно в то же время более обширное из всех — около 90 тыс. км. Величина зоны, которую оно занимает, от 3,5 до 5 радиусов планетки. Плотность вещества в кольце E увеличивается по направлению к орбите спутника Сатурна Энцелада. Может быть, Энцелад — источник вещества этого кольца.
Частички колец Сатурна, возможно, ледяные, покрытые сверху инеем. Это было понятно еще из наземных наблюдений, и бортовые приборы галлактических аппаратов только подтвердили корректность такового вывода. размеры частиц основных колец оценивались из наземных наблюдений в границах от см до метров (естественно, частички не могут быть схожими по величине: не исключается также, что в различных кольцах обычный поперечник частиц различен).
Когда «Вояджер-1» проходил поблизости Сатурна, радиопередатчик галлактического аппарата поочередно пронизывал радиолучом не волне 3,6 см. кольцо А, деление Кассини и кольцо С. Потом радиоизлучение было принято на Земле и подверглось анализу. Удалось узнать, что частички обозначенных зон рассеивают радиоволны в большей степени вперед, хотя и несколько по-разному. Благодаря этому оценили средний поперечник частиц кольца А в 10 м, деления Кассини — в 8 м и кольца С — в 2 м.
Мощное рассеяние вперед, но сейчас в видимом свете, найдено у колец F и E. Это значит наличие в их значимого количества маленькой пыли (поперечник пылинки около десятитысячных толикой мм).
В кольце В нашли новейший структурный элемент — круговые образования, получившие наименования «спиц» из-за наружного сходства со спицами колеса. Они также состоят из маленькой пыли и размещены над плоскостью кольца. Не исключено, что «спицы» удерживаются там силами электростатического отталкивания. Интересно отметить: изображения «спиц» были найдены на неких зарисовках Сатурна, изготовленных еще в прошедшем веке. Но тогда никто не придал им значения.
Исследуя кольца, «Вояджеры» нашли нежданным эффект — бессчетные краткосрочные всплески радиоизлучения, поступающего от колец. Это не что другое, как сигналы от электростатических разрядов — собственного рода молнии. Источник электризации частиц, по-видимому, столкновения меж ними.
Не считая того6 была открыта окутывающая кольца газообразная атмосфера из нейтрального атомарного водорода. «Вояджерами» наблюдалась линия Лайман-альфа (1216 А) в ультрафиолетовой части диапазона. По ее интенсивности оценили число атомов водорода в кубическом сантиметре атмосферы. Их оказалось приблизительно 600. необходимо сказать, некие ученые за длительное время до пуска к Сатурну галлактических аппаратов предвещали возможность существования атмосферы у колец Сатурна.
«Вояджерами» была также изготовлена попытка измерить массу колец. Трудность состояла в том, что масса колец по последней мере в миллион раз меньше массы Сатурна. Из-за этого линия движения движения галлактического аппарата поблизости Сатурна в огромной степени определяется массивным притяжением самой планетки и только ничтожно возмущается слабеньким притяжением колец. Меж тем конкретно слабенькое притяжение и нужно выявить.
лучше всего для данной для нас цели подходила линия движения «Пионера-11». Но анализ измерений линии движения аппарата по его радиоизлучению показал, что кольца ( в границах точности измерений) на движение аппарата не воздействовали. Точность же составила 1,7•10 массы Сатурна. Другими словами, масса колец заранее меньше 1,7 миллионных толикой массы планетки.
Если до полетов галлактических аппаратов к Сатурну было понятно 10 спутников планетки, то на данный момент мы знаем 17 (Земля и Вселенная, 1981, N2, с. 40-45-Ред.). Новейшие семь спутников очень малы, но тем не наименее некие из их оказывают суровое воздействие на динамику системы Сатурна. Такой, к примеру, небольшой спутник, передвигающийся у наружного края кольца А; он не дает частичкам кольца выходить за границы этого края. Это Атлас. (В греческой мифологии многоглазый гигант, стерегущий по приказу богини Геры возлюбленную Зевса Ио. В переносом смысле — бдительный страж).
Титан является вторым по величине спутником в Солнечной Системе. Его радиус равен 2575 км. Его масса составляет 1,346 х 10 гр (0,022 массы Земли), а средняя плотность 1,881 г/см3. Это единственный спутник, владеющий значимой атмосферой, при этом его атмосфера плотнее, чем у хоть какой из планет земной группы, исключая Венеру. Титан подобен Венере к тому же тем, что у него имеются глобальная дымка и даже маленький оранжерейный обогрев у поверхности. В его атмосфере, возможно, имеются метановые облака, но это твердо не установлено. Хотя в инфракрасном диапазоне преобладают метан и остальные углеводороды, главным компонентом атмосферы является азот, который проявляется в мощных УФ -эмиссиях. Верхняя атмосфера очень близка к изотермическому состоянию на всем пути от стратосферы до экзосферы, а температура на поверхности с точностью до нескольких градусов схожа по всей сфере и равна 94 К. Радиусы оранжевых либо карих частиц стратосферного аэрозоля в главном не превосходят 0,1 мкм, а на огромных глубинах могут существовать наиболее большие частички. Предполагается, что аэрозоли являются конечным продуктом фотохимических перевоплощений метана и что они аккумулируются на поверхности (либо растворяются в водянистом метане либо этане). Наблюдаемые углеводороды и органические молекулы могут возникать при естественных фотохимических действиях.
Необычным свойством верхней атмосферы являются УФ -эмиссии, приуроченные к дневной стороне, но очень калоритные, чтоб их могла возбудить поступающая солнечная энергия. Водород стремительно диссипирует, пополняя наблюдаемый тор, вкупе с неким количеством азота, выбиваемого при диссоциации N2 электрическими ударами. На базе наблюдаемого расщепления температуры можно выстроить глобальную систему ветров.
Глобальный состав Титана, по-видимому, определяется тем набором конденсируемых веществ, которые образовались в плотном газовом диске вокруг прото-Сатурна. Есть три вероятных сценария происхождения: прохладная аккреция (значащая, что увеличение температуры в процессе образования пренебрежимо не много), жгучая аккреция при отсутствии плотной газовой фазы и жгучая аккреция в присутствии плотной газовой фазы.
возможно наличие жаркого дегидротированного силикатного ядра, также расплавленного слоя NH -H O, но детализированное размещение ледяных слоев в истинное время достоверно непонятно. Конвекция преобладает всюду, не считая наружной оболочки. Япет. Может быть, что самый загадочный из спутников Сатурна, Япет, является естественным по интервалу альбедо его поверхности — от 0,5 (обычное значение для ледяных тел) до 0,05 в центральных частях его ведущего по ходу воззвания полушария. «Вояджером — 1» были получены изображения с наибольшим разрешением 50 км/пара линий, показывающие в главном полушарие обращенное к Сатурну, и границу меж ведущей (черной) и ведомой (светлой) сторонами. Было записанно большущее экваториальное черное кольцо поперечником около 300км с долготой центра около 300. Вояджеровские наблюдения, приобретенные с большим разрешением, демонстрируют, что светлая сторона ( и в особенности область северного полюса) очень кратеризована: поверхностная плотность составляет 205+16 кратеров ( D>30 км) на 10 км.Экстраполяция до поперечников 10 км приводит к плотности наиболее 2000 кратеров ( D>10 км) на 10 км. Таковая плотность сравнима с плотностями на остальных очень кратеризированных телах, таковых, как Меркурий и Каллисто, либо с плотностью кратеров на лунных материках. Соответствующей чертой границы меж черной и светлой областями на Япете является существование бессчетных кратеров с темным дном на светлом веществе и отсутствие на черном веществе кратеров со светлым дном либо кратеров с гало (либо остальных белоснежных пятен).
Плотность Япета, равная 1,16+0,09 г/см3 свойственна для ледяных Спутников Сатурна и согласуется с моделями, в каких водяной лед является главной составляющей. Белл считает, что черное вещество является главным компонентом начального конденсата, из которого образовался Япет. Рея. Практически двойник Япета по размерам, но без его темного вещества, Рея может представлять собой относительно обычной макет ледяного спутника наружных областей Солнечной системы. Поперечник Реи 1530 км, а плотность 1,24+0,05 г/см3. Ее геометрическое альбедо равно 0,6 и оказывается схожим альбедо полюсов и ведомого полушария Япета. Это позволило создать принципиальный шаг в исследовании природы спутников. Зная поперечник спутника, просто вычислить его размер. Разделив массу спутника на размер, получим среднюю плотность — характеристику, помогающую установить, из каких веществ состоит данное небесное тело. Выяснилось, что плотности внутренних спутников Сатурна — от Мимаса до Реи, также Япета — близки к плотности воды: от 1,0 до 1,4 г/см3,Есть основания считать, что эти спутники основным образом, и состоят из воды (естественно, не водянистой, потому что их температура около -180 С). Тефия, плотность которой 1 г/см3, в особенности похожа на кусочек незапятнанного льда. В остальных спутниках также обязана иметься большая либо наименьшая примесь каменистых веществ. «Вояджеры» подступали к спутникам Сатурна так близко, что удалось не только лишь найти поперечникы спутников, да и передать на землю изображения их поверхности. Уже составлены 1-ые карты спутников. Более всераспространенные образования на их поверхности — кольцевые кратеры, подобные лунным. Происхождение кратеров ударное: летящее в межпланетном пространстве метеорное тело сталкивается со спутником, его галлактическая скорость практически одномоментно падает до нуля, кинетическая энергия перебегает в тепло. Происходит взрыв с образованием кругового кратера. Некие кратеры необходимо упомянуть особо. К примеру, большенный кратер на небольшом Мимасе. Поперечник кратера около 130 км., либо третья часть поперечника спутника. возможно, ударного кратера большего размера на Мимасе быть не может. При несколько большей кинетической энергии галлактического тела, нанесшего удар, Мимас разлетелся бы на кусочки. Огромное количество кратеров, которые мы на данный момент лицезреем на снимках спутников Сатурна, — это летопись их истории, уходящая вглубь времен по наименьшей мере на сотки миллионов лет. Отметины, произведенные небесными камнями, свидетельствуют, что в отдаленную эру формирования планетной системы околосолнечное место (по последней мере до орбиты Сатурна) было насыщено обилием отдельных жестких тел, из которые равномерно сложились планетки и спутники. И даже опосля того, как формирование планет и спутников в главном закончилось, остаток этих жестких тел длительное время продолжал двигаться в пространстве.
]]>