Сатурн з його кільцем - найдивовижніша планета в сонячній системі. Широке, цілком плоске кільце оточує екватор планети, як капелюх - її поля. Воно розташоване похило до того кола, по якому Сатурн обходить Сонце за 29,5 років. Тому залежно від положення Сатурна на його шляху кільце повертається до нас то одним боком, то інший. Кожні 15 років воно розташовується до нас ребром, і тоді його не можна розгледіти навіть у найсильніші телескопи, а це значить, що кільце дуже тонке: його товщина не більше 10 - 15 км.
Першим кільця Сатурна відкрив у XVII столітті Галілей, Гюйгенс. У XIX ст. англійський фізик Дж. Максвелл (1831-1879), який вивчав стійкість руху кілець Сатурна, а також російська астрофізик А.А. Белопол'скій (1854-1934) довели, що кільця Сатурна не можуть бути суцільними.
Із Землі в кращі телескопи видно кілька кілець, розділених проміжками. Але на фотографіях, переданих з АМС, видно безліч кілець. Кільця дуже широкі: вони тягнуться над хмарним шаром планети на 60 000 км. Кожне складається з частинок і брил, що рухаються по своїх орбітах навколо Сатурна. Товщина ж кілець не більше 1 км. Тому, коли Земля при своєму русі навколо Сонця виявляється в площині кілець Сатурна (це трапляється через 14-15 років, так було в 1994 р.), кільця перестають бути видимими: нам здається, що вони зникають. Не виключено, що речовина, з якої складаються кільця, не увійшло до складу планет і їх великих супутників під час формування цих небесних тіл.
Знаменитий астроном Галілей у 1610 р. виявив, що Сатурн оточений чимось. Але його телескоп був надто слабкий, і тому Галілей не зміг розібрати, що він бачить близько Сатурна. Тільки через півстоліття голландському вченому Гюйгенсу вдалося розглянути, що це насправді плоске кільце, яке оточує планету і ніде до неї не доторкається.
Вивчення Сатурна за допомогою досконаліших телескопів показало, що кільце розпадається на три частини, що складають як би три незалежних кільця, вкладених одне в інше. Зовнішнє кільце відокремлюється від середнього темним проміжком - вузькою чорною щілиною. Середнє кільце яскравіше зовнішнього. Зсередини до нього примикає напівпрозоре, як б туманне, третє кільце.
Що ж собою являють ці чудові кільця? Може бути, це дійсно тверді гладкі майданчика? Ні, це не так. Видатні вчені - англійський фізик Максвелл (1831 - 1879) і російська жінка-математик С. В. Ковалевська (1850 - 1891) своїми розрахунками довели, що суцільне і тверде кільце такого розміру існувати не може: воно було б миттєво зруйновано під впливом відмінності в силі тяжіння для різних його частин. Видатний російський астрофізик А. А. Білопільський ретельними спостереженнями Сатурна підтвердив, що кільце справді не суцільне. Виявилося, що швидкість руху в різних частинах кільця різна. Це значить, що кільця складаються з дрібних уламків, кожний з яких обертається навколо Сатурна з такою швидкістю, яку мав би супутник планети годиться на такій же відстані. Кожен такий уламок - ніби незалежний супутник, сам по собі обертається навколо Сатурна.
Що ж являють собою ці уламки? Це, ймовірно, камінчики різного розміру: від кількох сантиметрів до метра в поперечнику, але, можливо, в кільцях є і пил. Крім кілець, навколо Сатурна рухаються дев'ять супутників. З них один - Титан - за розмірами приблизно дорівнює Меркурію і трохи поступається йому за масою. Інші супутники мають різні розміри. Але всі вони значно менше Титану.
Сатурн багато в чому нагадує свого побратима - Юпітера. Багато дивні, на наш погляд, особливості Юпітера виражені у Сатурна ще більш різко. Наприклад, він стиснутий біля полюсів ще сильніше і складається з речовини, більш легкого, ніж вода. Сатурн, як і Юпітер, оточений суцільним хмарним покровом, але тільки ця туманна пелена на ньому менш строката. Смуги і плями на Сатурні хоча і є, але вони виділяються не так різко, як на диску Юпітера.
Атмосфера, в якій плавають хмари, має той же склад, що і на Юпітері: у ній містяться метан і аміак. Відстань Сатурна від Сонця становить 1426 млн. км, і сонячні промені там гріють в 90 разів слабкіше, ніж на Землі, і в 3.5 рази слабкіше, ніж на Юпітері. Зрозуміло, що і мороз там дуже сильний - він доходить до 150 °. Доба на Сатурні тривають 10 годин 14 хвилин.
Кільця Сатурна
До теперішнього часу в Сатурна встановлено існування 7 кілець, три з яких видно з Землі і виявлені астрономами вже давно. Кільця Сатурну складаються з безлічі крижаних часток з розмірами від часток міліметра до декількох метрів. Тільки це не лід в тому вигляді, в якому його знають леза ковзанів жителів планети Земля. Швидше, це сніг, а не лід. Так, звичайний водяний сніг, причому, сніг дуже пухкий, зовсім не відрізняється відомою міцністю льоду
Кільце Сатурна настільки широко, що по ньому, будь таке можливо, міг би котитися Нептун або Уран. Або обидва відразу. Ширина кільця становить 137 000 км. У той же час, кільце має в товщину всього кілька десятків метрів. Якщо уявити собі Сатурн у вигляді футбольного м'яча, кільця б такій планети були набагато тонше волосся. Кільце Сатурна, з-за своєї великої ширини і високою відбивної здатності складових його частинок, дуже яскраве. Світло, що йде від кільця, заважає астрономам шукати поблизу Сатурна його маленькі супутники. Але приблизно раз на 15 років Земля перетинає площину кілець Сатурна, і в цей не тривалий проміжок часу, коли кільця повернені до Землі ребром, їх майже неможливо розгледіти навіть у самі великі телескопи. Такими випадками і користуються астрономи, фотографуючи Сатурн, вивчаючи знімки, на яких немає перешкод від яскравого кільця. Так були відкриті нові супутники в 1966-му році. На фотографіях, зроблених на телескопі ім. Хаббла, теж були знайдені чотири нових супутника в 1995-му році. Втім, як з'ясувалося пізніше, в цьому випадку відкриття було, швидше за все, помилковим
"Вояджер 1" дозволив докладніше розглянути структуру кілець. Безліч щілин, крім вже відомої давно щілини Кассіні, спонукали вчених висунути гіпотезу про наявність маленьких супутників, орбіти яких лежать всередині цих щілин, і, вважалося, що такі супутники, як би, збирають всі частинки на своєму шляху. Однак, "Вояджер 2", який проводив систематичний пошук таких супутників, нічого не виявив. Не дивлячись на те, що деякі з астрономів, як і раніше припускають знайти подібне співіснування супутника і щілини, численні дослідження привели до висновку про те, що винуватцями освіти багатьох щілин дійсно є супутники, але тільки ті, чиї орбіти лежать за межами кілець. Та й механізм утворення щілин зовсім інший
І частинки, і супутники обертаються навколо Сатурна, підкоряючись законам Кеплера, з яких, зокрема, випливає, що чим далі знаходиться тіло від центру, навколо якого воно звертається, тим більше період його звернення. Це означає, що і всередині кілець період обертання частинок навколо Сатурна залежить тільки від відстані до планети. Для будь-якого супутника знайдеться таке кільце, для якого більший період обертання супутника виявиться кратним періоду обертання частинок, що знаходяться в цьому кільці. Скажімо, період обертання супутника виявиться майже точно в три рази більше, ніж період обертання частинок. Цей супутник через рівні проміжки часу змінює рух усіх таких частинок, і ті покидають, з часом, свою орбіту, утворюючи тонку щілину, майже вільну від частинок. Таким чином, за кожною щілиною варто вплив певного супутника, "особистість" якого легко з'ясовується. Астрономи говорять, що цю щілину супутник пасе. Тут слово "пасе" використовується як термін, а супутники, що наглядають за щілинами в кільці Сатурна, називають "пастухами"
Існує три основних кільця, названих A, B і C. Вони помітні без особливих проблем із Землі. Є імена й у більш слабких кілець - D, E, F. При найближчому розгляді, як ми пам'ятаємо, кілець виявляється безліч. Між кільцями існують щілини, де немає часток. Та з щілин, яку можна побачити в середній телескоп із Землі (між кільцями А і В), названа щілиною Кассіні. У ясні ночі з гарними телескопами можна побачити менш помітні щілини
Кільця є залишками тієї допланетного хмари, яке породило всі тіла Сонячної системи. На тих відстанях від планети, на яких обертається велика частка частинок кільця, виникнення супутників неможливо через гравітаційний вплив самої планети, що руйнує усі більш-менш великі тіла. Частки кілець багаторазово зіштовхуються, руйнуються і злипаються знову. Нагадаємо, що вони настільки крихкі, що поступаються в цьому самому пухкому снігу, який Ви можете собі уявити
Склад і дослідження Сатурна
Сатурн був відомий з доісторичних часів. Галілей першим спостерігав його в телескоп у 1610 році. Ранні спостереження Сатурна були ускладнені припущенням, згідно яким Земля проходить через площину кілець Сатурна кожні кілька років, коли Сатурн перетинає її орбіту. Тільки в 1659 році Крістіан Гюйгенс правильно вивів геометрію кілець. Кільця Сатурну залишалися унікальними для Сонячної системи до 1977 року, коли були виявлені дуже слабкі кільця навколо Урана і незабаром після цього навколо Юпітера і Нептуна.
Першим кораблем, що літали до Сатурна, був Pioneer 11 в 1979 році, і пізніше - Voyager, 1 і Voyager 2. Cassini, який зараз перебуває на шляху до нього, прибуде туди в 2004 році.
Навіть в малий телескоп можна помітити, що Сатурн явно сплющений; його екваторіальний і полярний діаметри розрізняються майже на 10% (120,536 км та 108,728 км). Це - результат швидкого обертання і рідкого стану. Інші газові планети теж сплющений, але не так сильно.
Сатурн має найнижчу щільність серед усіх планет, його питома вага складає всього 0.7 - менше, ніж у води.
Подібно Юпітеру, Сатурн складається приблизно на 75% з водню і на 25% з гелію зі слідами води, метану, аміаку і каменю, що відповідає складу споконвічної Сонячної Туманності, з якої була сформована Сонячна система.
За своєю внутрішньою будовою Сатурн подібний Юпітеру і складається з скелястого ядра, рідкого металевого водневого шару і молекулярного водневого шару. Присутні також сліди різних льодів.
Всередині Сатурна - гаряче ядро з температурою 12000 K, і він випромінює в космос більшу кількість енергії, ніж отримує від Сонця. Основна частина додаткової енергії згенеровано механізмом Келвіна - Гельмгольца, як у Юпітері. Але цього недостатньо, щоб пояснити видиму яскравість Сатурна; повинен бути присутнім певний додатковий механізм всередині Сатурна.
Смуги, так що виділяються на Юпітері, на Сатурні набагато більш слабкі. Вони набагато більш широкі ближче до екватора. У Сатурна також існують довговічні плями та інші особливості, спільні з Юпітером.
Два основних кільця (А і B) і одне слабке кільце (C) можуть спостерігатися із Землі. Проміжок між кільцями А і B відомий як розділ Cassini. Зображення Voyager показують чотири додаткових слабких кільця. Кільця Сатурну, на відміну від кілець інших планет, є дуже яскравими (альбедо 0.2 - 0.6).
Хоча із Землі кільця виглядають безперервними, фактично вони складаються з незліченних малих частинок, кожна з яких має свою власну незалежну орбіту. Відстань між ними коливається від сантиметра до декількох метрів.
Кільця Сатурну надзвичайно тонкі: хоча їх діаметр - 250,000 км або трохи більше, їх товщина складає 1.5 км. Вони складаються в основному з льоду і частинок гірських порід, покритих крижаною кіркою.
Найбільш віддалене кільце Сатурна, зване F-кільцем, є складною структурою, складеної з окремих малих кілець, уздовж яких видно "вузли". Ці вузли складаються зі скупчень матеріалу, що становить кільця.
Походження кілець Сатурна і інших планет невідомо, можливо, вони виникли шляхом руйнування великих супутників. Кільцеві системи не стійкі, вони повинні відновлюватися постійно триваючими процесами.
Як і інші планети групи Юпітера, Сатурн має значне магнітне поле.
Сатурн легко побачити в нічному небі неозброєним оком. Хоча він не такий яскравий, як Юпітер, його просто ідентифікувати як планету, тому що він не "мерехтить", як зірки. Кільця і великі супутники можна спостерігати в невеликий телескоп.
У Сатурна 18 супутників, що мають свої найменування. З тих супутників, швидкості обертання яких відомі, всі, крім Феби і Гіперони, обертаються синхронно. Три пари супутників - Мімас - Теза, Енцелад - Діона і Титан - Гіперон - взаємодіють гравітаційно таким чином, щоб підтримати стійкі зв'язки між їх орбітами. На додаток до цих 18 супутникам принаймні ще дюжині були присвоєні тимчасові позначення, але тепер вважається, що навряд чи всі вони реальні і є супутниками Сатурна.