В античной мифологии Сатурн был божественным отцом Юпитера. Сатурн был богом Времени и Судьбы. Как известно, Юпитер в своем мифическом обличии пошел дальше отца. В Солнечной системе Сатурну отведена также вторая роль среди планет. Сатурн второй как по массе, так и по размерам. Однако он позади многих и многих тел околосолнечного пространства по плотности: она у Сатурна меньше плотности воды (около 700 кг на кубический метр). Известна одна романтическая иллюстрация этого обстоятельства: если бы было возможно где-то создать гигантский водный океан, то Сатурн мог бы в нем плавать. 

Сатурн, не желая смиряться с отставанием от Юпитера, обзавелся большим числом спутников и, главное, великолепным кольцом, благодаря которому шестая планета серьезно оспаривает первое место в номинации Великолепие. Многие астрономические книги на обложках своих предпочитают иметь именно Сатурн, а не Юпитер. Случайный прохожий наверняка знает о кольцах Сатурна и может ничего не вспомнить о Большом Красном Пятне или Галилеевых спутниках.

Сатурн может достигать отрицательной звездной величины в период противостояния планеты. В тот момент, когда пишутся эти строки, Сатурн находится вблизи противостояния 6-го ноября 1999-го года. В эти дни его блеск составил -0,22. В небольшие инструменты легко разглядеть диск и кольцо, если оно хоть чуть развернуто к Земле. Кольцо из-за движения планеты по орбите меняет свою ориентацию по отношению к Земле. Когда плоскость кольца пересекает Землю, даже в средние телескопы рассмотреть его не получается: оно очень тонкое. Последний раз такое происходило летом 1995-го года.  После этого кольцо все больше и больше разворачивается к нам, а Сатурн, соответственно, становится все ярче и ярче в каждое следующее противостояние. В первый год уже наступившего третьего тысячелетия в день противостояния 3-го декабря Сатурн разгорится до -0,45-й звездной величины. В этот год кольца максимально развернутся к Земле. Не слишком тяжело заметить также и Титан - самый большой спутник планеты, он имеет блеск порядка 8,5-й звездной величины. Из-за малой контрастности, облака Сатурна рассмотреть труднее, чем облачные полосы на Юпитере. Зато легко заметить сжатие планеты у полюсов, которое достигает 1:10.

У Сатурна побывало 3 космических аппарата. Эти  же АМС предварительно посетили Юпитер:  "Пионер 11" и оба "Вояджера".

Общие данные

Масса Сатурна составляет 95 масс Земли, то есть 5,68^.10²⁶ кг. Диаметр экватора планеты почти в 9 с половиной раз больше Земного - 120 420 км. Расстояние от Солнца - 1 427 000 000 км (9,54 а. е.). Сатурн совершает один оборот вокруг Солнца за 29 с половиною лет.

История открытий

Сатурна был замечен людьми, видимо, позднее таких ярких планет, как Юпитер, Марс и Венера. Но в древней Греции о нем уже знали. Его считали самым далекой из известных планет, то есть не ошибались.

Визуальные наблюдения без телескопов не могли привести к серьезным открытиям. И, возможно, Вы уже привыкли к тому, что первенство в астрономических открытиях принадлежит Галилео Галилею, человеку, который первый направил на небо телескоп. 

Зрительная труба ученого была настолько несовершенна, что не давала достаточно четкого изображения. Это не позволило итальянцу рассмотреть кольцо Сатурна. Но по бокам от диска планеты Галилей видел неясные придатки. Он посчитал их спутниками Сатурна, по аналогии с уже открытыми им спутниками Юпитера. Однако Галилей не был авантюристом. Расплывчатый вид наблюдавшихся им объектов не позволял ему утверждать об открытии наверняка. Чтобы закрепить за собой первенство и в то же время не попасть в неловкое положение ошибившегося, Галилей прибегнул к модному в то время жесту: об открытии, правильность и достоверность которого вызывали сомнения, сообщалось в краткой шифровке, сложной для толкования всем, кроме автора. Если открытие подтверждалось дальнейшими исследованиями, сообщение об открытии расшифровывалось, и весь мир видел, кто же был первый. Галилей в 1610-м году опубликовал такую анаграмму:

Smaismrmielmepoetaleumibuvnenugttaviras

Великий труд Кеплера пропал даром. Галилео Галилей  расшифровал свое послание миру позднее, также исключив две буквы:

Altissimum planetam tergeminum observavi 

Гюйгенс через много лет  после невыразительных попыток Галилея во весь голос сообщил:

Aaaaaaa, ccccc, d, eeeee, g, h, iiiiiii, llll, mm, nnnnnnnnn, oooo, pp, q, s, ttttt, uuuuu

Annulo cingitur, tenui, plano, nusquam cohaerente, ad eclipticam inclinato,

В 18-м веке Вильям Гершель сумел измерить период вращения планеты вокруг своей оси (10 с четвертью часа). Сделать это было не так просто из-за того, что детали на диске Сатурна различимы гораздо хуже, чем у Юпитера.

В середине 20-го века была измерена температура верхних облаков Сатурна: около 100 К.

Наконец, в 1979-м году к Сатурну подлетел "Пионер 11", пионер в прямом смысле слова. Он обнаружил магнитосферу планеты, показал тонкую структуру ее кольца.

"Вояджеры" (1 и 2) посетили Сатурн с разницей во времени в девять месяцев в ноябре 1980-го и в августе 1981-го годов.

Эти три встречи с Сатурном пополнили наши знания и углубили понимание всего, что касается планеты и ее системы. Расширенные наблюдения с небольшого расстояния позволили получить самые качественные изображения Сатурна, его колец и спутников. Некоторые из последних были открыты "Вояджерами". Многое из того, что мы знаем о Сатурне - итог двух исследований "Вояджеров".

В 2004-м году к Сатурну должен подлететь космический аппарат "Кассини", работа которого рассчитана на 4 года. "Кассини" в пути уже с конца 1997-го года. В 1999-м году Кассини вернулся к Земле от ... Венеры, совершил, пользуясь гравитацией нашей планеты, необходимый маневр и направился к... Юпитеру, чтобы получить от него последний гравитационный "толчок" в сторону самого Сатурна. Это случилось в декабре 2000-го года. Пока же один из снимков аппарата можно увидеть на странице, посвященной... Луне.

Телескоп же имени Хаббла, видимо, желает отметится в каждой области астрономии. О его поползновениях в исследовании Сатурна судите по этим ссылкам (наведите указатель мыши на фотоаппарат, чтобы прочитать небольшой комментарий):

Благодаря содействию профессора Виктора Тейфеля из Лаборатории физики Луны и планет Астрофизического института им.В.Г.Фесенкова в Казахстане, мы можем представить здесь снимок Сатурна, полученный сложением двух снимков, которые были сделаны через разные фильтры метровым телескопом 6-го сентября 1998-го года.

Строение всех планет-гигантов схоже. Не станем повторятся, остановимся лишь на особенностях.

Атмосфера Сатурна - в основном, водород и гелий. Но из-за особенности образования планеты большая, нежели на Юпитере, часть Сатурна приходится на другие вещества. "Вояджер 1" выяснил, что около 7 процентов объема верхней атмосферы Сатурна - гелий (по сравнению с 11-ю процентами в атмосфере Юпитера), в то время как почти все остальное - водород.

Невысокая контрастность цветов на видимом диске Сатурна могла бы быть результатом более сильного смешивания газов в направлении, перпендикулярном экватору, чего не наблюдается в атмосфере Юпитера, на котором полосы облаков различимы даже в 65-мм зрительную трубу с увеличением лишь 60 крат. Такая особенность в атмосфере Сатурна, видимо, связана с особенностями ветров на нем.

Ветра на Сатурне очень сильны. Вблизи экватора, "Вояджеры" измерили их скорость: около 500 метров в секунду. Ветра дуют, по большей части, в восточном направлении (напомним, что, как и большинство планет, Сатурн вращается с запада на восток). Сила ветров ослабевает при удалении от экватора. Также, при удалении от экватора, появляется все больше западных течений. Преобладание восточных потоков (по направлению осевого вращения) указывает на то, что ветры не ограничены слоем верхних облаков, они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2 000 километров. Кроме того, измерения "Вояджера 2" показали, что ветра в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора. Есть предположение, что симметричные потоки как-то связаны под слоем видимой атмосферы.

Когда "Вояджер 2" был по отношению к Земле за Сатурном, радиолуч прошел через верхнюю атмосферу, позволив измерить ее температуру и плотность. Минимальная температура на Сатурне - 82 Кельвина. Температура возрастает при погружении в атмосферу. 

"Вояджеры" обнаружили ультрафиолетовое излучение водорода в атмосфере средних широт и полярные сияния на широтах выше 65 градусов. Подобная активность может привести к образованию сложных углеводородных молекул. Полярные сияния средних широт, которые происходят только в освещенных Солнцем областях, возникают по тем же причинам, что и полярные сияния на Земле. Разница лишь в том, что на нашей планете это явление присуще, в значительной части, более высоким широтам.

Магнитосфера

Магнитосфера Сатурна, как и у других планет, определяется внешним давлением солнечного ветра. Когда "Вояджер 2" вошел в магнитосферу планеты, давление солнечного ветра было высоким, и магнитосфера протянулась лишь на 19 радиусов Сатурна (1,1 миллиона километров) в направлении Солнца. Позже, когда "Вояджер" покидал Сатурн, ветер Солнца ослаб, и магнитосфера Сатурна должна была увеличиться на 70%. 

В отличие от всех других планет, чьи магнитные поля были измерены, поле Сатурна ориентировано так, что ось его симметрии совпадает с осью вращения планеты вокруг оси. Это редкое явление в Солнечной стистеме было открыто еще "Пионером 11" в 1979-м году, и было подтверждено "Вояджерами".

В пределах магнитосферы Сатурна были определены отличающиеся друг от друга пояса. Они разнятся набором частиц, которые удерживаются в этих поясах, и их энергией. Частицы эти поставляются как Солнцем, так и спутниками планеты. 

Магнитосфера Сатурна излучает радиошумы, зафиксированные "Вояджером 1". Интересно, что когда магнитосферу изучал "Вояджер 2", шумы претерпели изменения и значительно ослабли. Возможно, это связано с сезонными изменениями, активностью Солнца, однако, в тот момент Сатурн также вошел в магнитосферу Юпитера, как известно, раздувающуюся, порою, до таких пределов. И хотя влияние поля Юпитера на таком расстоянии мало, возможно, и он все-таки причастен к изменениям в магнитосфере Сатурна.

Кольца Сатурна

Кольца Сатурна состоят из множества ледяных частиц с размерами от долей миллиметра до нескольких метров. Только это не лед в том виде, в котором его знают лезвия коньков жителей планеты Земля. Скорее, это снег, а не лед. Да, обычный водяной снег, причем, снег очень рыхлый, совсем не отличающийся известной прочностью льда.

Кольцо Сатурна настолько широко, что по нему, будь такое возможно, мог бы катиться Нептун или Уран. Или оба сразу. Ширина кольца составляет 137 000 км. В то же время, кольцо имеет в толщину всего несколько десятков метров. Если представить себе Сатурн в виде футбольного мяча, кольца бы у такой планеты были гораздо тоньше волоса. Кольцо Сатурна, из-за своей большой ширины и высокой отражательной способности составляющих его частиц, очень яркое. Свет, идущий от кольца, мешает астрономам искать вблизи Сатурна его маленькие спутники. Но примерно раз в 15 лет Земля пересекает плоскость колец Сатурна, и в этот не продолжительный промежуток времени, когда кольца повернуты к Земле ребром, их почти невозможно разглядеть даже в самые большие телескопы. Такими случаями и пользуются астрономы, фотографируя Сатурн, изучая снимки, на которых нет помех от яркого кольца. Так были открыты новые спутники в 1966-м году. На фотографиях, сделанным на телескопе им. Хаббла, тоже были найдены четыре новых спутника в 1995-м году. Впрочем, как выяснилось позже, в этом случае открытие было, скорее всего, ошибочным.

"Вояджер 1" позволил подробнее рассмотреть структуру колец. Множество щелей, кроме уже известной давно щели Кассини, побудили ученых выдвинуть гипотезу о наличии маленьких спутников, орбиты которых лежат внутри этих щелей, и, считалось, что такие спутники, как бы, собирают все частицы на своем пути. Однако, "Вояджер 2", проводивший систематический поиск таких спутников, ничего не обнаружил. Не смотря на то, что некоторые из астрономов по-прежнему предполагают найти подобное сосуществование спутника и щели, многочисленные исследования привели к выводу о том, что виновниками образования многих щелей действительно являются спутники, но только те, чьи орбиты лежат за пределами колец. Да и механизм образования щелей совсем иной. Проясним.

И частицы, и спутники обращаются вокруг Сатурна, подчиняясь законам Кеплера, из которых, в частности, следует, что чем дальше находится тело от центра, вокруг которого оно обращается, тем больше период его обращения. Это означает, что и внутри колец период обращения частиц вокруг Сатурна зависит только от расстояния до планеты. В пару любому спутнику найдется такое кольцо, для которого больший период обращения спутника окажется кратным периоду обращения частиц, находящихся в этом кольце. Скажем, период обращения спутника окажется точно в три раза больше, чем период обращения частиц. Этот спутник через равные промежутки времени изменяет движение всех таких частиц, и те покидают, со временем, свою орбиту, образуя тонкую щель, почти свободную от частиц. Таким образом, за каждой щелью стоит влияние определенного спутника, "личность" которого легко выясняется. Астрономы говорят, что эту щель спутник пасет. Здесь слово "пасет" используется как термин, а спутники, присматривающие за щелями в кольце Сатурна, называют "пастухами".

Существует три основных кольца, названных A, B и C. Они различимы без особых проблем с Земли. Есть имена и у более слабых колец - D, E, F. При ближайшем рассмотрении, как мы помним, колец оказывается великое множество. Между кольцами существуют щели, где нет частиц. Та из щелей, которую можно увидеть в средний телескоп с Земли (между кольцами А и В), названа щелью Кассини. В ясные ночи с хорошими телескопами можно увидеть менее заметные щели.

Кольца являются остатками того допланетного облака, которое породило все тела Солнечной системы. На тех расстояниях от планеты, на которых вращается большая доля частиц кольца, возникновение спутников невозможно из-за гравитационного воздействия самой планеты, разрушающей все более или менее крупные тела. Частицы колец многократно сталкиваются, разрушаются и слипаются вновь. Напомним, что они настолько хрупки, что уступают в этом самому рыхлому снегу, который Вы можете себе вообразить.

Открытые вопросы

1. Несмотря на изложенные выше гипотезы, образование кольца Сатурна пока рано считать процессом во всех деталях понятным.
2. Сатурн имеет ось магнитного поля, совпадающую с осью вращения планеты. Это единственный известный случай в Солнечной системе. В чем причины этого совпадения (или прочих несовпадений) неизвестно.
3. Сатурн имеет очень низкую плотность, и это тоже требует объяснений.