Астрономические наблюдения.

Противостояние планеты Сатурн, 31 декабря 2003 года.

Вид Сатурна в телескоп   Сатурн - шестая планета Солнечной системы. Он относится к планетам гигантам, сравнительный рисунок которых вы можете увидеть здесь.

Его средний диаметр лишь немного меньше, чем у Юпитера, но по массе Сатурн уступает Юпитеру более чем втрое и имеет очень низкую среднюю плотность - около 0,7 г/см3, т.е. меньше плотности воды. Получается, что, погрузив Сатурн в огромную емкость с водой, мы получили бы… плавающий поплавок! Низкая плотность объясняется тем, что планеты-гиганты состоят главным образом из водорода и гелия. При этом в недрах Сатурна давление не достигает столь высоких значений, как на Юпитере, поэтому плотность вещества там меньше. Сидерический период обращения планеты вокруг Солнца равен 29,46 лет, а среднее расстояние от Солнца - 9,584 а.е. Сутки на Сатурне длятся 10 часов 14 мин. Средний экваториальный радиус планеты равен 60268 км, сплюснутость - 0,098, масса - 568,5*1024 кг. Наклон экватора к орбите составляет 26,73 градуса, альбедо - 0,47, скорость убегания - 35,5 км/сек, эффективная температура - 97 К. Планета имеет 30 спутников, из которых 17 спутников имеют собственные имена. Это - Атлас, Прометей, Пандора, Эпиметей, Янус, Мимас, Энцелад, Тефия, Телесто, Калипсо, Диона, Елена, Рея, Титан, Гиперон, Япет, Феба.

Сатурн, как и Марс, наиболее привлекательная планета Солнечной системы. Марс привлекал землян, как надежа на существование разумной жизни, а Сатурн - своими замечательными кольцами. А для человека, в первый раз приникающего глазом к телескопу, после Луны - кольца Сатурна, пожалуй, наиболее любопытное зрелище. Интересна история открытия колец Сатурна, ведь понадобилось больше двух веков, чтобы разгадать природу этого интересного образования в нашей Солнечной системе. Поэтому остановимся на этом подробнее, чтобы показать начинающим любителям, как тернист и сложен был путь первых открытий астрономии. Галилей, направивший свой телескоп на небо в 1610 году, был очень озадачен видом Сатурна. В свой несовершенный телескоп, не дававший четких изображений и увеличивавший всего лишь в 30 раз, Галилей увидел по бокам Сатурна какие-то придатки.

Что это за придатки, разглядеть ему никак не давалось. Между тем Галилей видел в действительности "ушки" кольца, т. е. части кольца сбоку от планеты и темные промежутки, отделяющие кольцо от шара планеты. Эти промежутки внушили Галилею мысль, что у Сатурна по бокам находятся две меньшие планеты, нечто вроде спутников. Ведь открыл же он четыре спутника у Юпитера. Нечто подобное могло быть и у Сатурна, а рассмотреть кольцо было невозможно. Кто из ученых, стоявших на пороге замечательного открытия, не трепетал, снедаемый двойственным чувством: ревнивой гордости и опасения грубой ошибки! Сообщить о поразительной новости очень хотелось, чтобы сохранить приоритет открытия. Во времена Галилея ученые находили из этого положения такой выход. Обнародовалась шифрованная краткая запись об открытии, расшифровать которую, кроме автора, никто не мог. Проходило время, автор успевал проверить окончательно свое открытие и тогда расшифровывал свое предварительное загадочное сообщение, сохранив, таким образом, за собой приоритет. Так сделал Галилей, опубликовав шифрованную запись, называемую анаграммой, в виде беспорядочного расположения 39 букв, составляющих фразу об открытии. Желающим узнать об открытии, нужно было переставить эти буквы так, чтобы получилась осмысленная фраза! А кто поручится, что из этих же букв нельзя составить совершенно другую фразу? Эту анаграмму попытался расшифровать лишь Кеплер, знаменитый современник Галилея, один из основоположников современной астрономии. Терпение Кеплера, без которого он не мог бы открыть свои знаменитые законы движения планет, было беспримерно. И Кеплер расшифровал анаграмму Галилея (опустив 2 буквы) так: "Привет вам, близнецы, Марса порождение". Расшифровка давала понять о предположении Кеплера, что у Марса должны быть два спутника, которые и открыл Галилей. Кеплер думал, что у Марса, как планеты, находящейся между Землей с одним спутником и Юпитером с четырьмя спутниками, тогда только что открытыми, должно быть именно два спутника. Как известно, Марса действительно обнаружили два спутника, но лишь 2,5 столетиями позднее. Но труд Кеплера оказался напрасным, ибо анаграмма Галилея, расшифрованная им позднее, после исключения 2 букв (а их он включил в тайнопись, чтобы труднее было догадаться) означала: "Высочайшую планету тройною наблюдал". Высочайшую, потому что Сатурн был наиболее удаленной от Солнца планетой среди тогда известных. Через несколько лет Галилей перестал видеть эти придатки и усомнился в своем открытии. Дело же заключалось в том, что в определенные периоды Сатурн на своем пути около Солнца поворачивается так, что его тонкое кольцо обращается к Земле своим ребром. Тогда оно не видно даже в самые сильные телескопы, а за несколько дней до исчезновения оно видно лишь, как тончайшая светлая игла, пронзающая шар Сатурна. В телескопы средней силы, а тем более в такой, какой был у Галилея, кольцо совершенно перестает быть видимо - исчезает. Это выражение не раз вело к недоразумениям и, например, в 1921 г. ряд провинциальных газет напечатал сенсационное сообщение о том, что "Кольцо Сатурна пропало!", т. е. разрушилось и осколки его летят к Земле, грозя столкновением. Кольца Сатурна, "исчезая" каждые 15 лет, на самом деле нам не доставляют этим никакой неприятности, а наоборот, оказывают как бы любезность, позволяя обнаружить их крайнюю тонкость. Правильную модель кольца Сатурна мы получим, если вырежем из тончайшей бумаги кольцо около 30 см диаметром. Последний раз кольцо "исчезало" в 1995 году. Следующий раз такое событие произойдет в сентябре 2009 года.

Иногда кольцо поворачивается или, как говорят, раскрывается, так что оно все прекрасно видно, как и будет при противостоянии в этом году,

но никогда все же мы его не видим "плашмя", никогда его края благодаря проекции не принимают форму круга, каковыми они являются на самом деле. Распознать кольцо Сатурна и объяснить изменения его вида удалось лишь лет через пятьдесят после Галилея голландскому ученому Гюйгенсу. Но и он, как Галилей, начал с опубликования анаграммы и лишь через три года, окончательно убедившись в правильности своих первоначальных заключений, сообщил смысл этой загадочной группы букв:"Кольцом окружен тонким, плоским, нигде не прикасающимся, к эклиптике наклоненным".

Позднее в кольце была обнаружена темная щель, концентричная с его краями, делящая кольцо на две части - внутреннюю и внешнюю, или на кольца "А" и "В". Она получила название щели Кассини, по фамилии ученого, впервые ее заметившего. Потом были обнаружены еще щель Энке, более узкая, и "креповое кольцо", самое внутреннее и едва светящееся. Поэтому часто говорят не о кольце, а о кольцах Сатурна. Со временем стало выясняться, что кольцо Сатурна не сплошное, и не только в том смысле, что это не одно сплошное кольцо. Не раз замечали, что через кольца просвечивают звезды и при этом почти не ослабляются в свете. Значит, в них много промежутков и весьма больших, через которые звезда светит как лампочка сквозь решетчатое окно. Кроме того, однажды видели, как один из спутников Сатурна погрузился в то место, где должна была располагаться тень колец. В тени внешнего яркого кольца спутник перестал быть видим, но в тени внутреннего кольца его яркость лишь слегка ослабилась. Значит, внутреннее кольцо довольно прозрачно, а во внешнем кольце просветов между частицами очень мало.

Теоретические исследования устойчивости кольца, подверженного притяжению Сатурна и притяжению открытых впоследствии спутников этой планеты показали, что сплошное твердое или жидкое кольцо было бы разрушено этим тяготением.

Плоскость колец практически совпадает с плоскостью экватора Сатурна и имеет постоянный наклон к плоскости орбиты, равный приблизительно 27о. Полный цикл изменения их вида завершается в течение 29,46 лет - таков период обращения Сатурна вокруг Солнца. Толщина колец, по современным данным, около 3,5 км. Она очень мала по сравнению с их диаметром, который по наружному краю кольца А составляет 275 тыс. км. Размеры частиц не определены окончательно. Радиоастронометрические наблюдения свидетельствуют о наличии в кольцах множества частиц размером не менее нескольких сантиметров. Не исключена возможность присутствия в кольцах Сатурна еще более крупных частиц, так же как и пыли. Инфракрасные спектры колец Сатурна напоминают спектры водяного инея. Однако в других частях спектра позднее была обнаружена особенность, не характерная для чистого льда.

Строение планеты

У Сатурна, как и у Юпитера, имеется очень плотная атмосфера. На верхней границе его облачного покрова, заметно мало деталей и контраст их с окружающим фоном невелик. Этим Сатурн отличается от Юпитера, где присутствует множество контрастных деталей в виде темных и светлых полос, волн, узелков, свидетельствующих о значительной активности его атмосферы.

Установлено, что скорости ветров на Сатурне даже выше, чем на Юпитере: на экваторе 1700 км/ч. Число облачных поясов больше, чем на Юпитере, и достигают они более высоких широт. Таким образом, снимки облачности демонстрируют своеобразие атмосферы Сатурна, которая даже активнее юпитерианской. Метеорологические явления на Сатурне происходят при более низкой температуре, нежели в земной атмосфере. Температура планеты на уровне верхней границы облачного покрова, где давление равно 0,1 атм., составляет всего -188о С. Интересно, что за счет нагревания одним Солнцем даже такой температуры получить нельзя. Расчет показывает: в недрах Сатурна имеется свой собственный источник тепла, поток от которого в 2,5 раза больше, чем от Солнца. Сумма этих двух потоков и дает наблюдаемую температуру планеты.

Космические аппараты подробно исследовали химический состав надоблачной атмосферы Сатурна. В основном она состоит почти на 89% из водорода. На втором месте гелий - около 11% . Отметим, что в атмосфере Юпитера его 19%. Дефицит гелия на Сатурне объясняют гравитационным разделением гелия и водорода в недрах планеты: гелий, который тяжелее, постепенно оседает на большие глубины. Другие газы в атмосфере - метан, аммиак, этан, ацетилен, фосфин - присутствуют в малых количествах. Метан при столь низкой температуре находится в основном в капельно-жидком состоянии. Он образует облачный покров Сатурна. Что касается малого контраста деталей, видимых в атмосфере Сатурна, то причины этого явления пока еще не вполне ясны. Было высказано предположение, что в атмосфере взвешена ослабляющая контраст дымка из мельчайших твердых частиц. Но наблюдения "Вояджера-2" опровергают это: темные полосы на поверхности планеты оставались резкими и ясными до самого края диска Сатурна, тогда как при наличии дымки они бы к краям замутнялись из-за большого количества частиц перед ними.

По своему внутреннему строению Сатурн схож с Юпитером.

Предполагается, что оболочка планеты состоит из жидкого водорода, который по мере продвижения к центру планеты переходит из жидкого в металлическое состояние. В центре планеты располагается железокремниевое ядро, с примесью льдов из метана, аммиака и воды.

Спутники.

Все спутники Сатурна, кроме Фебы, обращаются в прямом направлении. Феба движется по орбите с довольно большим эксцентриситетом в обратном направлении. До полетов космических аппаратов к Сатурну было известно 10 спутников планеты, сейчас мы знаем 30. Новые спутники весьма малы, но, тем не менее, некоторые из них оказывают серьезное влияние на динамику системы Сатурна. Таков маленький спутник - Атлас, движущийся у внешнего края кольца А, он не дает частицам кольца выходить за пределы этого края. Титан является вторым по величине спутником в Солнечной Системе. Его радиус равен 2575 км. Его масса составляет 0,022 массы Земли, а средняя плотность 1,881 г/см3. Это единственный спутник, обладающий значительной атмосферой, причем его атмосфера плотнее, чем у любой из планет земной группы, исключая Венеру. Титан подобен Венере еще и тем, что у него имеются глобальная дымка и даже небольшой тепличный подогрев у поверхности. В его атмосфере, вероятно, имеются метановые облака, но это твердо не установлено. Хотя в инфракрасном спектре преобладают метан. Молекула метана состоит из одного атома углерода и четырех атомов водорода. Но углеродные атомы легко соединяются друг с другом в других различных сочетаниях, которые умеют привлекать к себе разное число атомов водорода. Поэтому весьма возможно присутствие в атмосфере Титана и таких газов, как этан, этилен и ацетилен, хотя и в небольших количествах. Такие сложные виды углеводородов скорее, чем метан, становятся жидкими. Поэтому можно себе представить на поверхности Титана целые углеводородные моря. Несколько десятилетий назад заметили, что свет, приходящий к нам от Титана, имеет желтоватый оттенок. Затем Копер уточнил: оранжевый. Этот цвет присущ более сложным, чем метан, углеводородам.


В 2003 году Сатурн вступит в противостояние с Солнцем 31 декабря, в 20 часов 09 минут по московскому времени, т.е. любителям европейской части России предоставляется возможность пронаблюдать Сатурн точно в момент противостояния, в отличие от жителей восточных областей России. Сатурн прекрасно виден всю ночь. Продолжительность видимости Сатурна в течение ночи составит более 15 часов! Поднимаясь над горизонтом на высоту более 56 градусов на широте Москвы, Сатурн является прекрасным объектом для наблюдений. На прилагаемом рисунке показан вид неба с Сатурном

для 20 часов по московскому времени Москве. Такой же вид предстанет взору наблюдателя и для других городов на широте Москвы. Для остальных городов высота Сатурна над горизонтом будет выше, если наблюдатель находится южнее широты Москвы и ниже, если наблюдатель находится севернее широты Москвы. На момент противостояния Сатурн будет находиться созвездии Близнецов, как "лишняя" звезда. Его блеск составит -0,2m, а диаметр - 21". Сейчас планета движется попятно, описывая закономерную петлю в движении относительно Земли, и весь наблюдательный сезон 2003-2004 года будет находиться в созвездии Близнецов. Широкое раскрытие кольца, как уже отмечалось, так же делает эту планету весьма привлекательной для наблюдений. Даже в малые телескопы, начиная от телескопов с диаметром объектива от 60 мм и выше, можно заметить щель Кассини в кольце Сатурна. Полноценные наблюдения Сатурна можно провести с телескопом от 150 мм в диаметре. На таком телескопе можно заметить детали на поверхности Сатурна и деление Энке в кольце Сатурна. Тем более, что раскрытие кольца большое. И, конечно, противостояние самое лучшее время для наблюдений спутников Сатурна, для малых телескопов будут доступны Титан, Рея, Диона, Тефия, Япет. Япет в момент противостояния будет находиться в 10 минутах дуги к западу от Сатурна (в три раза дальше, чем Титан). В более крупные инструменты можно обнаружить Мимас и Гиперион. Положение спутников Сатурна на момент противостояния в 20 часов по московскому времени приводится на рисунке.

Расстояние между Реей и Титаном в это время составит 3 минуты 29 секунд дуги.

Наблюдения Сатурна сводятся к зарисовкам деталей на поверхности и определению яркости кольца. На поверхности Сатурна наблюдаются темные полосы и детали, но они значительно слабее, чем на Юпитере и доступны наблюдению только в 150-миллиметровые телескопы. Однако, не следует принимать за полосу тень кольца на диске Сатурна. Иногда на Сатурне появляются яркие белые пятна, которые видны и в 80-миллиметровую трубу, и их наблюдения представляют большой интерес, особенно при использовании светофильтров. Желательно также определять периоды вращения этих пятен. Для зарисовки планеты необходимо приготовить шаблон диска планеты. Учитывая сжатие планеты при вращении, диск ее не является идеальным кругом, а представляет собой овал, то для зарисовок Сатурна применяются овальные диски,

вычерчиваемые следующим образом: проводится горизонтальная линия длиной в 50 мм - она будет изображать экваториальный диаметр планеты. На ней отмечается центр, и на расстоянии 2,5 мм от центра наносятся четыре точки: выше его, ниже и по бокам. Затем циркулем проводятся четыре дуги: из верхней точки вниз и из нижней точки вверх радиусом в 26 мм, из боковых точек - радиусом в 22,5 мм. Каждая дуга охватывает 90°, и все они будут служить продолжением одна другой. Разумеется, такое построение не нужно делать для каждого рисунка, а лучше заранее заготовить картонный шаблон и обводить его карандашом. При этом нужно учесть, что шаблон должен быть меньше нужного размера на 1-1,5 мм. Зарисовка проводится остро отточенным карандашом, при чем сначала зарисовываются наиболее четкие детали и относительно их остальные детали.

Наблюдения колец Сатурна. К наиболее простым наблюдениям в малые телескопы относятся наблюдения изменения яркости ушек кольца относительно друг друга. В этом случае записываются различие яркости левого и правого "ушка", если таковое имеет место. Наиболее ценным наблюдением, которое доступно любителям астрономии, было бы наблюдение покрытия кольцами Сатурна какой-либо звезды (до 8-й величины), во время которого блеск звезды сравнивается с блеском окружающих звезд одним из методов наблюдения переменных звезд. Полученная в результате такого наблюдения кривая блеска затмеваемой звезды даст сведения о сравнительной плотности тех частей кольца, за которыми скрывалась звезда.

К такому наблюдению нужно обязательно приложить схематический рисунок, показывающий, какими частями кольца покрывалась звезда, и список звезд сравнения. Наблюдение это требует тщательной подготовки: надо предварительно составить небольшую звездную карту данного участка неба в пределах поля зрения телескопа и выбрать звезды сравнения. Сведения об ожидаемых покрытиях, если таковые будут, вы можете получить на нашем сайте. Кроме покрытий звезд, можно иногда наблюдать затмения спутников Сатурна тенью кольца. Эти наблюдения также представляют большой интерес. Нужно регистрировать изменение блеска спутника во время затмения. Кривая блеска спутника во время затмения может многое рассказать о строении колец Сатурна.

Представляют интерес и наблюдения затмений спутников Сатурна самой планетой (т.е. их прохождения через тень Сатурна). Наблюдать можно затмения Титана, Реи, Тефии, Дионы и Япета - остальные спутники слишком слабы.

Фотографирование планеты можно производить с диаметром телескопа от 150 мм и выше. Это должны быть длиннофокусные телескопы, т.к. чем больше фокусное расстояние телескопа, тем больше диск планеты на фотопленке. Но и при этом планету нужно будет фотографировать с окулярным увеличением, т.е. присоединив фотоаппарат без объектива к окуляру телескопа с помощью переходника. Эквивалентное фокусное расстояние телескопа можно увеличить, применяя линзу Барлоу, устанавливая ее между окуляром телескопа и точкой фокуса. Эквивалентное фокусное расстояние при фотографировании Сатурна может быть от 5000 мм до 10000 мм. Выдержка при таких фокусных расстояниях будет составлять 4-8 секунд при чувствительности пленки 100-200 ед., поэтому для получения четких снимков планеты потребуется автоматическое гидирование при помощи часового привода. Однако применение высокочувствительных фотопленок порядка 3200 единиц, позволяет получить такие снимки и без гидирования. Во всяком случае, стоит попробовать. Можно подобрать компромисс между фокусным расстоянием и выдержкой и попробовать получить снимки с окулярным увеличением. В качестве примера можно привести снимок Юпитера,

сделанный неподвижным телескопом с пленкой чувствительностью 130 ед. с окулярным увеличением при фокусном расстоянии всего 600 мм! Выдержка составила 1/30 сек. Снимок сделан одним из авторов сайта Козловским А.Н. на заре занятий астрономией. Качество, конечно, оставляет желать лучшего, но, тем не менее, показывает, что фотографирование планет любительскими средствами не такое уж безнадежное дело, даже при отсутствии часового механизма. А в наш век чувствительных пленок тем более можно добиться хороших результатов.

И последнее…

Космический корабль NASA Cassini ("Кассини") находится на конечном этапе по пути к Сатурну. Это изображение

окольцованной планеты получено космическим кораблем 9 ноября 2003 года, когда аппарат находился на расстоянии 114 миллионов километров от планеты. Максимальное разрешение снимка - 668 километров (детали не меньше такого размера можно различить на диске планеты). Разрешение будет увеличиваться по мере приближения аппарата к планете. Пять лун планеты могут также быть увидены на этой фотографии (чтобы их увидеть, увеличьте снимок посредством zoom и яркость снимка). Cassini прибудет в окрестности Сатурна 1 июля 2004 года. Наверняка этот полет принесет много новых открытий, и, наблюдая Сатурн, помните, что к Сатурну приближается рукотворный аппарат и в телескоп вы видите Сатурн таким, каким бы увидели с этого космического аппарата невооруженным глазом!



Использованная литература и ПО:

1.ПО  АК 3.23 (Кузнецов А.В.)

2.ПО "Энциклопедия солнечной системы" (Маковский А.О., Канашевский А.Н и др.)

3.ПО Starry Night Backyard 3.1

4.http://www.universetoday.com

5.Астрономический календарь (постоянная часть), под ред. В.К. Абалакина, М. "Наука", 1981 г.

6.Бронштэн В.А., "Планеты и их наблюдение", М. "Наука", 1979 г.

Раздел Астрономические наблюдения сайта "Галактика" желает всем любителям ясной погоды и успешного наблюдения противостояния Сатурна.

Содержание и подготовка в электронном виде - Козловский А., дизайн, обработка и выкладка на сайт - Кременчуцкий А. Copyright © 2003 'Галактика' сайт. Авторские права принадлежат сайту 'Галактика'. При копировании ссылка на источник обязательна.Оставайтесь с нами! Сайт «Галактика»   Страница сделана  15.12.2003, 12-30 Msk time  На Главную



Hosted by uCoz