Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

Хотя Сатурн весьма удален от Земли, он представляет собой один из красивейших небесных объектов даже при наблюдениях с телескопом умеренного размера. Подобно Юпитеру, Сатурн имеет развитую систему поясов и зон. Однако они никогда не бывают видны так ясно, как полосы на Юпитере. Если добавить к этому вдвое большую удаленность Сатурна, трудности исследования планеты с Земли становятся очевидными. И все же астрономам иногда удавалось проследить движение каких-то малоконтрастных пятен, что и позволило найти зональные периоды вращения Сатурна. Но с борта космического зонда видно намного больше подробностей. «Вояджеры-1 и -2» прошли в 1980-81 гг. мимо Сатурна с интервалом в девять месяцев, что позволило проследить за изменением деталей на диске планеты.

Поверхность облачного слоя, которая плохо различалась в 1980 г., в следующем году стала видна довольно ясно. Определяющую роль в этом могла сыграть смена сезонов на Сатурне, где началась весна в северном полушарии. Поскольку наклон экватора к плоскости орбиты составляет у Сатурна 29°, смена времен года там должна приводить к большим, чем на Земле, перепадам притока солнечного тепла в каждом из полушарий. Уже на расстоянии шести недель пути на снимках «Вояджера-2» можно было различить циклонические образования в различных районах планеты. Последовательные снимки помогли детально проследить развитие циклонов.

По аналогии с Большим Красным Пятном Юпитера одно из найденных на Сатурне гигантских овальных образований назвали Большим Коричневым Пятном (БКП). Метеорология Сатурна и Юпитера сходна не во всем. В отличие от антициклонических деталей Юпитера, не поднимающихся выше широт 60°, пояса и зоны Сатурна доходят до очень высоких широт. БКП Сатурна лежит всего в 16° от северного полюса. В отличие от Юпитера, атмосферные потоки, движение которых заметно на фоне облачного слоя и чаще всего направлено к востоку, наблюдаются на очень высоких широтах, вплоть до 78°. Скорость таких потоков достигает 600 м/с. Рядом с ними можно видеть коричневые пятна — это ураганы, причем наибольшие из них по диаметру достигают половины земного шара. Скорость на периферии ураганов сравнительно невелика, около 30 м/с. Из-за существенно большей скорости потоков, чем на Юпитере, эти ураганы быстро затухают, врастая в потоки и обмениваясь с ними энергией.

Небольшой приток солнечного тепла не мог бы обеспечить активную динамику атмосферы Сатурна. Как и на Юпитере, образование вихрей определяется источниками энергии, упрятанными глубоко в атмосфере. Подробные снимки районов умеренных широт показывают большое число местных ураганов с диаметром вихрей 1000 км. и более. Скорость зональных ветров на Сатурне очень велика. В районе экватора она достигает 400—500 м/с, что в 4 раза выше, чем на Юпитере. Однако на широтах 30° и выше скорости меньше, имеют периодический широтный характер и не превышают 100 м/с. По-видимому, время жизни крупных вихрей в атмосфере Сатурна невелико по сравнению с Юпитером, так как сильные ветры разрушают вихри. По данным «Вояджеров» широтное распределение ветров в южном полушарии зеркально повторяет это распределение в северном полушарии. Тем не менее, различие атмосферной динамики двух полушарий становится заметным в их полярных областях.

Протяженный облачный слой и быстро нарастающая в глубину плотность атмосферы значительно ослабляют солнечный свет.

На глубине 350 км. под поверхностью облаков может быть темно. Реальная освещенность зависит от того, каковы характеристики рассеяния света в атмосфере Сатурна. Поскольку предполагается, что структура и состав облачного слоя Юпитера и Сатурна сходны, нижняя граница облаков находится в пределах одной и той же температуры — около 150 К. Но из-за вчетверо меньшего количества тепла, получаемого на единицу площади, верхняя граница облачного слоя Сатурна не совпадает с ее положением у Юпитера. В отличие от Юпитера, спектральные полосы аммиака у Сатурна выражены слабо. Это связано с низкими температурами в надоблачной атмосфере, где пары аммиака вымораживаются. Образующийся именно здесь довольно плотный слой тумана скрывает структуру поясов и зон, которая так хорошо видна на Юпитере.

За спутниками Сатурна тянутся хвосты из нейтральных и ионизованных молекул и атомов газа, образующие гигантские торы на орбитах. Один из таких торов связан с атмосферой Титана — крупнейшего спутника Сатурна и второго по размеру и массе среди спутников планет (на первом месте спутник Юпитера Ганимед, и оба они крупнее Меркурия!).

Поверхность Титана, диаметр которого 5152 км., неразличима сквозь плотную атмосферу, имеющую давление у поверхности 1,5 бара и состоящую на 98,4% из азота и на 1,6% из метана.