§2. Сатурн

Это вторая по своим размерам и массе после Юпитера планета в Солнечной системе. Ее масса – 5,68×10²⁹ г, радиус – 60400 км (с атмосферой), радиус твердого тела планеты (Кесарев, 1976) – 20765 км. Средняя плотность, рассчитываемая по видимому радиусу, имеет неправдоподобно низкое значение – 0,7 г/см³, без атмосферы – 5,85 г/см³. Толщина атмосферного слоя несколько выше, чем у Юпитера, – 37000 км.

Рис. 100. Сатурн. На этой фотографии, полученной с земли, видны слабые намеки на полосы и зоны. В строении колец четко заметно деление Кассини (НАСА)

Гелиоцентрическое расстояние Сатурна – 1427 млн. км, период обращения на орбите (тропический год) – 29,5 земных лет, скорость вращения вокруг оси высока – 10 часов 14 минут, наклон оси к плоскости орбиты почти такой же, как у Земли, – 26. У Сатурна 17 спутников, среди них спутник-гигант Титан, имеющий самый большой диаметр – 5800 км. Другой интересной особенностью этой планеты является существование кольца, расположенного выше облачного слоя атмосферы (рис. 100). Наружный диаметр кольца – 274000 км, что почти вдвое больше диаметра Юпитера. Толщина кольца не превышает 2 км. При полете в сентябре 1979 г. вблизи Сатурна американской космической станции «Пио­нер-II» были проведены наблюдения колец, облачности планеты и поверхности спутников. Оказалось, что кольцо Сатурна состоит из системы колец, находящихся на различных расстояниях друг от друга. Вещество колец представлено твердыми обломками, скорее всего силикатных пород и ледяных глыб, размером от пылинок до нескольких метров. Природа колец не вполне ясна. Можно предположить, что это остатки разрушившихся при столкновении астероидов, захваченных в орбиту Сатурна. Не исключено, что это может быть материал выбросов взрывного вулканизма. Общая масса вещества колец оценивается в 0,01 массы Луны.

Магнитное поле Сатурна почти в два раза меньше по напряженности земного – 21000 нТ на экваторе. Однако ось диполя почти точно совпадает с осью вращения планеты. Магнитный момент равен 4,610²⁵ Ам². Столь небольшое для планеты-гиганта поле является загадкой. Одно из объяснений этому феномену мы видим в том, что поле в настоящее время находится в состоянии инверсии. В этом случае его напряженность, как известно, падает до 20% номинального значения. Однако даже в случае принятия этой гипотезы полное поле Сатурна будет лишь ненамного больше земного. Но вопрос осложняется тем, что и у Урана магнитное поле тоже незначительное, хотя и немного больше, чем у Сатурна (25000 нТ на магнитном экваторе). Напомним, что у Земли напряженность поля на экваторе равна 31000 нТ.

Полярность поля Сатурна (как и Урана) противоположна полярности Земли. Говорить о редуцировании магнитоактивных зон внешних ядер этих планет не приходится – обе они, судя по их мощным атмосферам и массам, пребывают в максимуме геологической и внутренней активности. Можно выдвинуть еще одно предположение в рамках, конечно, концепции не водородного, а силикатного состава твердых тел планет – о значительном уменьшении напряженности солнечного полоидального поля на столь больших гелиоцентрических расстояниях. В результате эффективность работы магнитного гидродинамо со слабым внешним полем будет падать. Образно говоря, если бы на орбите Земли происходила накрутка каната, то на орбитах Сатурна, Урана, Нептуна накручивалась бы паутина. Это обусловлено эффектом геометрического расхождения, при котором по мере удаления от источника происходит расширение сечения трубок магнитных силовых линий и уменьшение напряженности, приходящейся на единицу сечения трубки.

Решение проблемы слабых магнитных полей планет-гигантов за орбитой Юпитера приблизит нас к решению проблемы их внутреннего строения.

До 1980 г. у Сатурна было известно 10 спутников. После пролета в 1980 г. «Вояджера» было открыто еще 7.

Самый далекий их них – Феба (диаметр 300 км) – находится в 13 млн. км от планеты и обращается вокруг нее за 550 дней. Самый близкий – Мимас (диаметр 400 км) – находится на расстоянии 185400 км и делает полный оборот за 22,6 часа. Этот спутник вращается внутри колец Сатурна, влияя на их движение, причем движется он в обратном направлении – навстречу вращению планеты. На самом большом спутнике Сатурна – Титане – обнаружена достаточно плотная атмосфера, а поверхность покрыта льдом, что свидетельствует о его былой геологической активности. Ледяные поверхности наблюдаются и на других крупных спутниках – Рея (диаметр 1500 км), Диона (диаметр 800 км), Тефия (диаметр 1000 км). Лед может быть водного состава, а также метанового и аммиачного. Последние газы, вероятнее всего, конденсационного происхождения, водный – эндогенного.

Поверхность Мимаса разбита гигантским кратером диаметром 130 км (при общем диаметре спутника 400 км). По средней плотности и внешнему виду поверхности все спутники Сатурна так же, как и Юпитера, имеют силикатный состав. Это еще раз подтверждает рассмотренные выше соображения об аналогичном составе и материнской планеты.