Из чего состоит Сатурн? Строение планеты, ее атмосфера и кольца

Юпитер и Сатурн — два газовых гиганта нашей Солнечной системы, заметно отличающиеся от ледяных гигантов, Урана и Нептуна. В отличие от планет земной группы, у Сатурна нет твердой поверхности, на которую можно было бы ступить. Его внешняя газовая оболочка плавно переходит во все более плотные слои вещества по мере продвижения вглубь.

Справочник NASA по Сатурну приводит следующие примерные оценки состава его атмосферы по объему: около 96,3% водорода и 3,25% гелия (с определенной погрешностью). Эти данные описывают именно атмосферу, а не распределение массы планеты целиком. Оставшаяся незначительная часть приходится на метан, аммиак и другие соединения.

Несмотря на колоссальные размеры, Сатурн обладает наименьшей средней плотностью среди всех планет системы — всего около 0,69 от плотности воды. Это единственная планета, средняя плотность которой меньше единицы: оказавшись в гипотетическом гигантском океане, Сатурн держался бы на плаву.

Экваториальный диаметр Сатурна составляет около 120 500 километров (74 900 миль). Планета удалена от Солнца примерно на 9,5 астрономических единиц (одна астрономическая единица равна среднему расстоянию от Земли до Солнца). Полный оборот вокруг светила занимает у гиганта примерно 29,4 земных года. Источник: NASA

Модели внутреннего строения Сатурна показывают, что по мере роста давления водород переходит из газообразного состояния в плотную жидкость. Еще глубже он превращается в электропроводящий жидкий металлический водород. Этот слой вовсе не состоит из обычного металла: просто сам водород под экстремальным давлением приобретает металлические свойства. На упрощенных схемах выше него рисуют слой обычного жидкого водорода, однако в действительности недра Сатурна лишены резких четких границ — слои переходят друг в друга плавно. Источник: ESA

Ядро Сатурна также не стоит представлять монолитным металлическим шаром. Традиционные теории предполагали наличие железоникелевого и силикатного центра. Прежние расчеты оценивали массу ядра примерно в 9–22 массы Земли, однако эти цифры сильно зависят от теоретической модели и того, что именно считать «ядром». Источник: Astronomy & Astrophysics

Анализ колебаний колец Сатурна 2021 года указал на то, что у планеты так называемое «размытое» (диффузное) ядро. Оно содержит около 17 земных масс льда и камня, перемешанных с водородом и гелием. Вся эта переходная зона охватывает порядка 55 масс Земли. Схожее рыхлое ядро обнаружено и у Юпитера, что заставило ученых пересмотреть классические представления об устройстве планет-гигантов с компактными каменными ядрами.

Температура в недрах планеты колоссальна. По расчетам Французского космического агентства (CNES), температура в центре Сатурна может достигать 11 700 градусов Цельсия (21 100 градусов по Фаренгейту), хотя это лишь теоретическая оценка, а не прямое измерение. Из-за быстрого вращения вокруг своей оси Сатурн представляет собой сплюснутый сфероид: он заметно сжат у полюсов и расширен на экваторе. Источник: CNES

Циркуляция электропроводящей жидкости глубоко внутри генерирует мощное магнитное поле. Подобно земному, оно воздействует на заряженные частицы и формирует обширную область космического пространства — магнитосферу Сатурна. Источник: NASA

Кроме того, Сатурн излучает в космос существенно больше тепла, чем получает от Солнца. Ранние исследования в инфракрасном диапазоне показали, что планета отдает примерно в 2,5 раза больше энергии, чем поглощает. Это доказывает наличие мощного внутреннего источника тепла. Источник: архив исследований NASA

Характерный бледно-желтый оттенок Сатурна обусловлен облаками и дымкой в его верхних слоях. Под внешней дымкой скрываются облака из кристаллов аммиачного льда, а еще глубже залегают слои из гидросульфида аммония и водяного пара. Источник: NASA

В верхних слоях атмосферы бушуют струйные течения и грандиозные бури. Скорость ветра в районе экватора может достигать 500 метров в секунду (около 1600 футов в секунду). А на северном полюсе планеты разворачивается удивительный шестиугольный вихрь — знаменитый гексагон Сатурна. Источник: NASA

Эта стабильная структура поперечником около 30 000 километров (20 000 миль) окружает полярный шторм и не разрушается уже многие десятилетия. Ее долговечность наглядно демонстрирует, насколько необычной может быть погода в мире, где нет континентов, способных нарушить глобальную атмосферную циркуляцию. Источник: NASA

Кольца Сатурна состоят из миллиардов отдельных фрагментов, главным образом водяного льда с небольшой примесью силикатных пород и пыли. Их размеры варьируются от микроскопических ледяных пылинок до обломков величиной с жилой дом. Каждое кольцо вращается вокруг Сатурна не как сплошной твердый диск, а как плотный рой независимых объектов. Источник: NASA Solar System Exploration

Самые яркие и заметные кольца обозначаются буквами A, B и C. Кольца A и B разделены щелью Кассини, а тонкое кольцо F расположено еще дальше от планеты. Внешний край кольца A удален от центра Сатурна примерно на 137 000 километров (85 000 миль), но более разреженные пылевые кольца простираются значительно дальше. Источник: Справочник NASA по кольцам Сатурна

По одной из главных гипотез, материалом для колец послужили древние спутники планеты. Мощные приливные силы гравитации Сатурна или столкновения небесных тел могли разорвать ледяные луны на части. Однако в научном сообществе до сих пор ведутся дискуссии о точном происхождении и возрасте системы колец.

Кольца также постепенно теряют массу. Исследование 2018 года показало, что феномен так называемого «кольцевого дождя» (выпадения ледяных частиц в верхние слои атмосферы под действием гравитации и магнитного поля) может полностью истощить кольца примерно за 300 миллионов лет, а с учетом других факторов — даже быстрее. Впрочем, этот прогноз верен лишь при условии, что нынешняя скорость потери вещества сохранится неизменной. Источник: NASA

NASA насчитывает 293 подтвержденных спутника у Сатурна (по состоянию на август 2026 года) — больше, чем у любой другой планеты. Жемчужиной этой системы является Титан, превосходящий по размеру Меркурий и являющийся единственным спутником в Солнечной системе с плотной атмосферой. Атмосфера Титана состоит в основном из азота с важной примесью метана. Источник: NASA

Энцелад скрывает под своей ледяной корой глобальный подповерхностный океан жидкой воды. Гейзероподобные криовулканические шлейфы в районе его южного полюса выбрасывают в открытый космос водяной пар и ледяные кристаллы, постоянно подпитывая кольцо E Сатурна. Источник: NASA

Эти удивительные миры исследовались космическим аппаратом «Кассини» в рамках международной миссии «Кассини-Гюйгенс». Орбитальный аппарат «Кассини» изучал сам Сатурн и его луны, а зонд «Гюйгенс» совершил успешную посадку на Титан в 2005 году. Даже Мимас, гигантский кратер которого придает ему поразительное сходство со «Звездой смерти», добавляет неповторимости этой разнообразной семье спутников на окраинах Солнечной системы. Источники: NASA о Титане и спутниках Сатурна

Этот материал подготовлен с привлечением технологий искусственного интеллекта и прошел проверку фактов и научную редактуру редакторами HowStuffWorks.