Противостояние планеты Сатурн в 2005 году

Астрономические наблюдения. Противостояние планеты Сатурн в 2005 году

Сатурн - шестая планета Солнечной системы. Он относится к планетам гигантам, сравнительный рисунок которых вы можете увидеть слева. 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 – 97К. Планета имеет более 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 – не единственная, но наиболее выразительная планета, обладающая системой колец. А для человека, в первый раз приникающего глазом к телескопу, после Луны — кольца Сатурна, пожалуй, наиболее любопытное зрелище. Кольца Сатурна состоят из маленьких ледяных обломков (см. изобр. слева), обращающихся по своим орбитам вокруг Сатурна. Кольца Сатурна «исчезают» каждые 15 лет, т.е. перестают быть видимы для земного наблюдателя. Это связано с тем, что, благодаря движению Сатурна по орбите, кольца за период обращения планеты вокруг Солнца дважды как бы поворачиваются к Земле ребром. Конечно, на самом деле, кольца имеют постоянный наклон, но 2 раза за сатурнианский год они становятся видимы для землян с ребра. 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. Поскольку кольца Сатурна имеют малую толщину, то наблюдателю на Земле кажется, что они пропали вовсе! Этот факт в прошлые века приводил к недоразумениям в прессе, которая трактовала «исчезновение» колец, как их разрушение, что сеяло панику среди населения, которое думало, что обломки разрушившегося кольца летят на Землю и грозят ей гибелью. 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. Периодически кольцо раскрывается, и его прекрасно видно, как и будет при противостоянии в этом году. Тем не менее, мы его никогда не сможем увидеть «плашмя» с Земли, т.к. благодаря проекции кольцо не принимает форму круга, каковым оно является на самом деле. Кольцо Сатурна имеет темную щель, концентричную с его краями и делящую кольцо на две части — внутреннюю и внешнюю, или на кольца «А» и «В». Эта щель видна даже в самый скромный любительский телескоп.

Она получила название щели Кассини по фамилии ученого, впервые ее заметившего. В прошлом 2004 году космический корабль «Кассини», названный именем великого ученого, пролетел через эту щель. Сейчас «Кассини» находится в системе Сатурна в 1,25 млрд. км. от Земли. Спускаемый аппарат «Гюйгенс», который отделился от «Кассини» 25 декабря 2004 года, приближается к Титану. Титан - самая большая и наименее исследованная луна Сатурна из-за плотной атмосферы. «Гюйгенс» войдет в атмосферу Титана 14 января 2005 года, практически в день противостояния Сатурна с Солнцем. Он будет первым искусственным объектом, который войдет в эту уникальную среду, чья химия должна быть очень похожей на химию самой ранней Земли около 3,8 миллиардов лет тому назад. Спаренный космический корабль «Кассини»-«Гюйгенс» является совместным проектом NASA, ESA и Итальянского Космического Агентства (ASI). Космический корабль был запущен 15 октября 1997 года. С помощью гравитации Венеры, Земли и Юпитера он произвел несколько гравитационных маневров, и через 7 лет путешествия в пространстве достиг Сатурна. «Кассини» с «Гюйгенсом» на борту, вышел на орбиту вокруг Сатурна 1 июля 2004 года и начал исследовать окольцованную планету и ее луны. Примечательно, что именно в период противостояния Сатурна с Солнцем произойдет самое важное событие в миссии «Кассини» - спускаемый аппарат «Гюйгенс» впервые изучит атмосферу спутника Сатурна. «Кассини» будет поддерживать связь с «Гюгенсом», а по окончании исследований продолжит изучение колец и остальных спутников Сатурна. 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. «Кассини» обнаружил в атмосфере Сатурна множество ураганов, которые движутся в атмосфере с большой скоростью. 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. Присутствие на орбите Сатурна «Кассини» позволит ответить на многие вопросы, касающиеся системы Сатурна.

По своему внутреннему строению Сатурн схож с Юпитером. 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. 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 более 30. Последние из них были открыты «Кассини». 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. Аппарат «Гюйгенс», пройдя через атмосферу Титана, даст полное представление о строении атмосферы самого большого спутника Сатурна. Самые последние новости об исследованиях «Кассини» и «Гюйгенса» вы всегда сможете узнать на ресурсах: «Галактика» http://moscowaleks.narod.ru и «Астрогалактика» http://www.astrogalaxy.ru

В 2005 году Сатурн вступит в противостояние с Солнцем 13 января в 15 часов 01 минуту по московскому времени. В период противостояния Сатурн прекрасно виден всю ночь, а продолжительность его видимости составит более 15 часов! Поднимаясь над горизонтом на высоту 55 градусов на широте Москвы, Сатурн является прекрасным объектом для наблюдений. Более того, противостояние 2005 года приходится практически на новолуние, и Луна не будет мешать наблюдениям. Выше Сатурна, в созвездии Персея, будет видна невооруженным глазом комета Мачхолца C/2004 Q2, поэтому наблюдения неба во время противостояния Сатурна будут весьма интересны. Вид неба во время противостояния Сатурна вы можете посмотреть прилагаемом рисунке слева. На этом рисунке дан вид неба для 13 января 2005 года на 18 часов 10 минут в Москве. Такой же вид предстанет в этот день взору наблюдателя и для других городов на широте Москвы через два часа после захода Солнца. 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 в 6,5о южнее Поллукса (β Близнецов). Блеск планеты составит –0,2m, а диаметр – 21”, т.е. Сатурн будет выглядеть небольшим диском с кольцом даже в самый скромный телескоп. Сейчас планета движется попятно, описывая закономерную петлю в движении относительно Земли. Первую половину 2005 года планета будет находиться в созвездии Близнецов, а вторую половину года – в созвездии Рака. 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. И, конечно, противостояние самое лучшее время для наблюдений спутников Сатурна, для малых телескопов будут доступны Титан, Рея, Диона и Тефия.

Положение спутников Сатурна на момент противостояния в 18 часов 10 минут по московскому времени приводится на рисунке. Следует отметить, что изображения Сатурна приводимые на рисунках прямые, а в телескоп изображение планеты будет перевернутым. Расстояние между Сатурном и Титаном в это время составит 2,5 угловых минуты, а между Сатурном и Реей - 1,5 угловых минуты. Блеск Титана составит 8m, а Реи - 9,4m. Блеск Дионы и Тефии будет составлять около 10m, а Мимаса и Энцелада – около 12m. Первые четыре спутника могут наблюдаться телескопами от 60 мм в диаметре, а остальные - от 150 мм в диаметре. Конечно, самому пристальному вниманию в эти дни будет удостоен Титан, на который опустится спускаемый аппарат «Гюйгенс».

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 (см. изображ. слева), 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. Всем рисункам присваиваются порядковые номера, указывается место, время наблюдения и фамилия наблюдателя. Указывается инструмент, его основные характеристики и увеличение, с которым проводилась зарисовка. Все детали рисунка отмечаются буквами латинского алфавита, и дается их краткое описание. 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. Иногда звезды покрываются и спутниками Сатурна. Такие наблюдения покрытия звезд спутниками Сатурна, даже любителями, могут внести большой вклад в науку. Так, например, наблюдения любителя астрономии Виталия Невского из Беларуси позволили уточнить диаметр одного из спутников Сатурна. Сведения об ожидаемых покрытиях, если таковые будут, вы можете узнать на http://moscowaleks.narod.ru и http://www.astrogalaxy.ru, регулярно посещая эти сайты. 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. В качестве примера можно привести снимок Г. В. Борисова, сделанный в пос. Научный (Украина) при помощи телескопа "Цейсс-600" (D=600 мм, F=30 м) с применением фотопленки Fuji Superia 200. Выдержка - примерно 2 секунды. Снимок получен 2 октября 1999 года. 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 наш век чувствительных пленок можно добиться хороших результатов при фотографировании планет даже без гидирования.

Авторство, использованная литература и ПО:
1.«Календарь наблюдателя» 
2.StarryNightBackyard 3.1
3.ПО «Энциклопедия солнечной системы» (Маковский А.О., Канашевский А.Н и др.)
4.http://www.universetoday.com
5.Бронштэн В.А., «Планеты и их наблюдение», М. «Наука», 1979 г