Сатурн

I

Сату́рн

в древнеримской религии и мифологии бог посевов. Отождествлялся с древнегреческим богом Кроносом. В честь С. устраивались ежегодные празднества (см. Сатурналии).

II

Сату́рн

шестая по расстоянию от Солнца большая планета Солнечной системы; астрономический знак ћ С. относится к числу планет-гигантов. Большая полуось орбиты С. (его среднее расстояние от Солнца) составляет 9,54 а. е., или 1,43 млрд. км. Эксцентриситет орбиты С. 0,056 (наибольший среди планет-гигантов). Угол наклона плоскости орбиты С. к плоскости эклиптики равен 2°29’. Полный оборот вокруг Солнца (сидерический период обращения) С. совершает за 29,458 лет со средней скоростью 9,64 км/сек. Синодический период обращения равен 378,09 сут. На небе С. выглядит как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звёздной величины (в среднем противостоянии). Большая изменчивость блеска связана с существованием вокруг С. колец; угол между плоскостью колец и направлением на Землю меняется в пределах от 0 до 28°, и земной наблюдатель видит кольца под разным углом, что и определяет изменение блеска С. Видимый диск С. имеет форму эллипса с осями 20,7” и 14,7” (в среднем противостоянии). В верхнем соединении с Солнцем видимые размеры С. на 25% меньше, а блеск на 0,48 звёздной величины слабее. Визуальное альбедо С. равно 0,69.

Эллиптичность диска С. отражает его сфероидальную форму, которая является следствием быстрого вращения С.: период его вращения вокруг своей оси равен 10 ч 14 мин на экваторе, 10 ч 38 мин на умеренных широтах и 10 ч 40 мин на широте около 60°. Ось вращения С. наклонена к плоскости его орбиты на 63°36’. В линейной мере экваториальный радиус С. составляет 60 100 км, полярный — 54 600 км (точность около 1%), а сжатие равно 1:10,2. Объём С. превышает объём Земли в 770 раз, а масса С. в 95,28 раз больше земной (5,68·102²⁶ кг), так что средняя плотность С. составляет 0,7 г/см³ — вдвое меньше плотности Солнца. По отношению к Солнцу масса С. составляет 1:3499. Ускорение силы тяжести на поверхности С. на экваторе равно 9,54 м/сек². Параболическая скорость (скорость убегания) на поверхности С. достигает 37 км/сек.

На диске С. видно мало деталей, даже при рассматривании его в наилучших условиях. Видны лишь параллельные экватору светлые и тёмные полосы, на которые изредка накладываются тёмные или светлые пятна, с помощью которых и определяется вращение С.

Температура поверхности С. по измерениям теплового потока, исходящего из планеты в инфракрасной области спектра, определяется от — 190 до — 150 °С (что выше равновесной температуры — 193 °С), соответствующей получаемому от Солнца потоку тепла. Это свидетельствует о том, что в тепловом излучении С. есть доля собственного глубинного тепла, что подтверждается и измерениями радиоизлучения.

Различие угловых скоростей вращения С. на разных широтах свидетельствует о том, что наблюдаемая с Земли его поверхность есть лишь верхний облачный слой атмосферы. О внутреннем строении С. можно составить некоторое представление на основании теоретических исследований. Наблюдаемые возмущения в движении спутников С., будучи сопоставлены со сжатием его фигуры и средней плотностью, позволяют определить приблизительный ход давления и плотности в недрах С. (см. Планеты). Очень малая средняя плотность С. говорит за то, что он, как и другие планеты-гиганты, состоит преимущественно из лёгких газов — водорода и гелия, которые преобладают и на Солнце. Предположительно в состав С. входят водород (80%), гелий (18%), более тяжёлых элементов, сконцентрированных в ядре планеты, всего лишь 2%. Водород до глубин около половины радиуса находится в молекулярной фазе, а глубже под влиянием колоссальных давлений переходит в фазу металлическую. В центре С. температура близка к 20 000 К.

Химический состав атмосферы, находящейся над облачным слоем С., определяется по линиям поглощения в спектре планеты. Главную её часть составляет молекулярный водород (40 км-атм), безусловно присутствует метан CH₄ (0,35 км-атм), предполагается существование аммиака (NH₃), хотя возможно, что в форме аэрозолей он присутствует в облаках. Имеются основания предполагать, что и в атмосфере С. есть гелий, спектроскопически не проявляющий себя в доступной нам области спектра. Магнитное поле у С. не обнаружено.

Примечательной особенностью планеты являются кольца Сатурна — концентрические образования различной яркости, как бы вложенные друг в друга, и образующие единую плоскую систему небольшой толщины, располагающуюся в экваториальной плоскости С. Кольцо вокруг С. впервые наблюдал Г. Галилей в 1610, но из-за низкого качества телескопа он принял видимые по краям планеты части кольца за спутники С. Правильное описание кольца С. дал Х. Гюйгенс (1659), а Дж. Кассини вскоре показал, что оно состоит из двух концентрических составляющих — колец А и В, разделённых тёмным промежутком (так называемым «делением Кассини»). Много позже (в 1850) американский астроном У. Бонд открыл внутреннее слабо светящееся кольцо (С), а в 1969 было обнаружено ещё более слабое и близкое к планете кольцо D. Яркость кольца D не превышает ¹/₂₀ яркости самого яркого кольца — кольца В. Кольца расположены на следующих расстояниях от планеты: А — от 138 до 120 тыс. км, В — от 116 до 90 тыс. км, С — от 89 до 75 тыс. км и D — от 71 тыс. км почти до поверхности С.

Природа колец С. стала ясной после того, как английский физик Дж. Максвелл (в 1859) и русский математик С. В. Ковалевская (в 1885) разными методами доказали, что устойчивым существование кольца вокруг планеты может быть только в том случае, если оно состоит из совокупности отдельных малых тел: сплошное твёрдое или жидкое кольцо было бы разорвано силой притяжения планеты.

Этот теоретический вывод в конце 19 в. был эмпирически подтвержден независимо друг от друга А. А. Белопольским (Россия), Дж. Килером (США) и А. Деландром (Франция), которые сфотографировали спектр С. с помощью щелевого спектрографа и на основе эффекта Доплера — Физо обнаружили, что внешние части кольца С. вращаются медленнее, чем внутренние. Измеренные скорости оказались равными тем, которые имели бы спутники С., если бы они находились на тех же расстояниях от планеты.

В течение 29,5 лет с Земли кольца С. дважды видны в максимальном раскрытии и дважды наступают периоды, когда Солнце и Земля находятся в плоскости колец, и тогда кольца либо освещаются Солнцем «с ребра», либо оно для земного наблюдателя видно «с ребра». В этот период кольца почти совсем не видны, что свидетельствует об их очень малой толщине. Разные исследователи, основываясь на визуальных и фотометрических наблюдениях и их теоретической обработке, приходят к заключению, что средняя толщина колец составляет от 10 см до 10 км. Конечно, кольцо такой толщины увидеть с Земли «с ребра» невозможно. Размеры твёрдых тел в кольцах оцениваются от 10^-1 до 10³ см с преобладанием глыб диаметром около 1 м, что подтверждается и наблюдаемым отражением радиоволн от колец С.

Химический состав вещества колец, по-видимому, одинаков у всех четырёх составляющих, различна в них только степень заполнения пространства глыбами. Спектр колец С. существенно отличен от спектра самого С. и освещающего их Солнца; спектр указывает на повышенную отражательную способность колец в ближней инфракрасной области (2,1 и 1,5 мкм), что соответствует отражению от льда H₂O. Можно считать, что тела, образующие кольца С., либо покрыты льдом или инеем, либо состоят из льда. В последнем случае массу всех колец можно оценить в 10²⁴ г, т. е. на 5 порядков меньше массы самой планеты. Температура колец С., по-видимому, близка к равновесной, т. е. к 80 К.

С. имеет десять спутников. Один из них — Титан — имеет размеры, сравнимые с размерами планет; его диаметр равен 5000 км, масса 2,4․10^-4 массы С., он обладает атмосферой, имеющей в своём составе метан. Самый близкий к планете спутник — Янус, открытый в 1966: он обращается вокруг планеты за 18 ч, на среднем расстоянии 160 тыс. км; его диаметр около 220 км. Самый далёкий спутник — Феба; обращается вокруг С. в обратном направлении на расстоянии около 13 млн. км (см. Спутники планет).

Лит.: Шаронов В. В., Природа планет, М., 1958; Мороз В. И., Физика планет, М., 1967; Бобров М. С., Кольца Сатурна, М., 1970; Физические характеристики планет-гигантов, А.-А., 1971; Жарков В. Н., Внутреннее строение Земли, Луны и планет, М., 1973.

Д. Я. Мартынов.

III

Сату́рн («Сату́рн»)

наименование серии американских ракет-носителей (См. Ракета-носитель) (РН), созданных в 1964—67 по программе «Аполлон» («Сатурн-1», «Сатурн-1Б», «Сатурн-5»).

«С.-1» — экспериментальная двухступенчатая РН для отработки некоторых общих для всех РН узлов, а также для вывода на орбиту макетов космических кораблей (КК) «Аполлон». Стартовая масса (без полезного груза (См. Полезный груз)) 502 т, диаметр 6,58 м (по лопастям стабилизатора 12 м), длина 38,1 м. Способна выводить на круговую геоцентрическую орбиту высотой 185 км полезный груз до 10,2 т. Двигательная установка первой ступени состоит из 8 жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) общей тягой 6,8 Мн (1 Мн = 100 тс), работающих на жидком кислороде и керосине. В основу конструкции ЖРД положен двигатель баллистической ракеты «Тор». Двигатели на внешней стороне рамы установлены в шарнирных подвесах под углом к оси ракеты и используются для управления ракетой по трём осям. Вторая ступень имеет 6 ЖРД общей тягой 40,8 кн, работающих на жидких кислороде и водороде. Двигатели ранее использовались на РН «Атлас-Центавр». Всего проведено 6 пусков «С.-1».

«С.-1Б» — двухступенчатая РН. Предназначалась для отработки на околоземной орбите непилотируемых и пилотируемых КК «Аполлон», для доставки космонавтов на орбитальную станцию «Скайлэб», а также для запуска КК по программе ЭПАС. Стартовая масса около 570 т, диаметр 6,6 м, длина 43,3 м. Способна выводить на круговую геоцентрическую орбиту высотой 195 км полезный груз до 18,1 т. В качестве первой ступени использована модифицированная первая ступень «С.-1» с общей тягой двигателей, работающих на жидком кислороде и керосине, 7,44 Мн. Вторая ступень имеет один ЖРД тягой 1,043 Мн (топливо — жидкие кислород и водород). На второй ступени для управления ракетой по крену установлены 2 блока по 3 вспомогательных двигателя (с тягой по 680 км), работающих на четырёхокиси азота и несимметричном диметилгидразине. Всего проведено 7 пусков «С.-1Б».

«С.-5» — трёхступенчатая РН. Предназначалась для отработки полностью оборудованного КК «Аполлон» на околоземной и окололунной орбитах, для доставки космонавтов на Луну. Стартовая масса до 2950 т, длина без полезного груза 85,6 м, с полезным грузом — около 110 м, диаметр 10,1 м (по лопастям стабилизатора 19,2 м). Способна выводить на круговую геоцентрическую орбиту высотой 195 км полезный груз около 130 т, а на траекторию полёта к Луне — до 48,8 т. Двигательная установка первой ступени состоит из 5 ЖРД, работающих на жидком кислороде и керосине, общей тягой 34,33 Мн. Вторая ступень имеет 5 ЖРД (общая тяга 5,2 Мн), третья ступень с 1 ЖРД тягой 1,043 Мн аналогична второй ступени «С.-1Б», но имеет конструктивные отличия. Топливо для ЖРД — жидкие кислород и водород.

Всего осуществлено 12 пусков «С.-5», в том числе 7 — для лунных экспедиций и запуск на околоземную орбиту обитаемой орбитальной станции (См. Орбитальная станция) «Скайлэб».

Сборка «С.» производится в здании в вертикальном положении. Место сборки расположено на расстоянии свыше 5 км от стартовой площадки. РН собирается на стартовой платформе, которая служит стартовым столом при запуске.

Г. А. Назаров.