Несмотря на большое удаление от Земли, эта планета активно изучается астрономами. Многие внутренние процессы скрыты от телескопов плотным слоем газовых облаков, но температура Сатурна измерена учеными. Небесное тело получает мало солнечного света и тепла. Однако в его недрах жарко, и этому есть объяснение.
Температурные показатели по слоям
Сатурн — представитель группы газовых гигантов, к которым в Солнечной системе относятся также Юпитер, Уран, Нептун. Атмосфера небесного тела состоит из водорода (96,3% по объему), гелия (3,25%), примесей метана, этана, фосфина. В ней также присутствуют азот, кислород, сера, аммиак, формирующие красивые полосы, которые видны в телескоп.
Атмосфера переходит в мантию из кипящего металлического водорода. В центре планеты расположено ядро из металлов, солей кремния, льда в особом химическом состоянии. Поскольку твердой почвы у планеты нет, за ее поверхность принята точка, где давление составляет 1 бар.
В атмосфере Сатурна выделяют три облачных слоя, которые отличаются по физическим характеристикам.
По мере погружения в недра температура окружающей среды меняется таким образом:
- В верхнем слое, представленном облаками из аммиачного льда, она составляет -173… -177 ºС (минимальное значение).
- В средней части, состоящей из гидросульфидного льда аммония, наблюдается рост температуры до -93 ºС. Параллельно с увеличением давления в оболочке из водяного льда показатели увеличиваются от -81 ºС до -3 ºС.
- Температура нижнего слоя составляет около 83 ºС при давлении в сотни миллионов паскалей (аналогичное давление фиксируют в глубинах земных океанов).
Источник тепла
Металлическое ядро Сатурна согревает планету и выделяет больше энергии, чем получает от Солнца. Его вес составляет от 9 до 22 земных масс. Ученые предполагают, что первоначально оно существовало самостоятельно, притягивая благодаря гравитации газы, в результате чего образовалось крупное небесное тело. В его формировании принимал участие жидкий водород, который под действием температуры и давления покидал ядро, трансформировался в неметаллические элементы и газы.
Ядро вырабатывает энергию вследствие гравитационного сжатия планеты. При падении температур снижается давление, потенциальная энергия трансформируется в тепло (механизм Кельвина-Гельмгольца). Однако некоторые ученые предполагают, что это не единственный источник тепловых волн. Другой причиной роста температур считается конденсация и падение капель гелия через слой водорода. В результате трения потенциальная энергия капель переходит в тепловую.
Инфракрасный бортовой спектрограф аппарата «Кассини», который завершил изучение планеты 17 сентября 2017 г., помогал ученым оценивать изменения в недрах. С его помощью выяснилось, что в 2005-2009 гг. ядром было выделено мало тепла, большая часть которого поступила из южного полушария. Для ученых это было неожиданно, поскольку принято считать, что планеты излучают тепловую энергию равномерно во всех направлениях (как Солнце).
Южное полушарие Сатурна испускает на 1/6 больше тепла. Специалисты попытались связать это с сезонами, каждый из которых длится 7 лет. За пятилетний период наблюдений в южной части планеты было лето, а северная — охлаждалась. В 2009 году она начала нагреваться, однако, несмотря на это, температура излучения оказалась ниже, чем ожидалось.
Ученые обратились к наблюдениям, собранным в 1980-1981 гг. зондом «Вояджер». Однако дисбаланса теплового потока, испускаемого разными полушариями планеты, в ранний период обнаружено не было. Это позволило предположить, что причиной явления стали изменчивая активность Солнца, изменение плотности облаков и внутренние условия на планете.
Меняется ли температура днем и ночью
Установлено, что продолжительность планетарных суток составляет 10 часов 3 минуты 29 секунд. Скорость потока воздушных масс вдоль осевого вращения (на восток) здесь достигает 1800 км/ч. Солнце расположено на расстоянии 1427 млн км от Сатурна. Оно не может согреть планету и выглядит, если смотреть с поверхности облаков, как большая звезда. Поэтому температура слоев атмосферы планеты днем и ночью остается постоянной. Как и давление, она растет по мере спуска в недра.
Угол наклона небесного тела между осью вращения и направлением движения вокруг Солнца равен 29º, поэтому на Сатурне есть смена времен года. Области, где господствует зима, окрашиваются в голубоватый оттенок. Летом он меняется на желтоватый. Ученые связывают это не с изменениями температуры, а с разным уровнем УФ-излучения, поток которого зимой ослабевает.
Будучи газовым гигантом с мощным ядром, небесное тело подогревает себя изнутри. Резкие перепады между слоями атмосферы ведут к бурям и ураганам. Многие явления и феномены ученым понятны не до конца, поэтому они продолжают наблюдения и измерения температурных показателей.
Загрузка...
