"Властелин колец" кажется таким спокойным и безмятежным, однако, если подобраться к нему на более близкое расстояние, как это сделала автоматическая межпланетная станция NASA "Кассини", то будет ясно, что это первое впечатление обманчиво.

Как заглядывают внутрь планет?

Чтобы узнать, что находится внутри планеты, не обязательно бурить шахты и скважины или нырять в бездонные недра газовых гигантов: учёные используют разные методы или их комбинации для этих целей, и для исследования "внутренностей" окольцованной планеты астрофизики воспользовались главной достопримечательностью Сатурна - его кольцами.


Сама система Сатурна - это сложная структура, неизменной хозяйкой которой является гравитация. Планета, кольца и 82 её луны находятся между собой в идеальном балансе. Равновесие колец удерживается преимущественно самим Сатурном, ну и здесь не обошлось без его "верных подданных" - крошечных спутников-пастухов, которые помогают кольцам не распадаться и находятся прямо внутри них:



Исследование гравитационного поля планет неоднократно использовалось, чтобы получить информацию об их внутреннем строении. Оно неоднородно, как и сама плотность планеты - об этом говорит то, что притяжение в разных точках планеты несколько отличается. Как это работает? Например, совместная спутниковая миссия NASA и Германского центра авиации и космонавтики, направленная на изучение гравитационного поля Земли, GRACE состоит из двух аппаратов на орбите Земли, расстояние между которыми составляет 220 км. Оба аппарата постоянно обмениваются микроволновыми сигналами, а поскольку они находятся над разными участками Земли, на них действуют разные силы притяжения, которые мы-то и вообще не почувствуем, а вот радары спутников их сразу же фиксируют: расстояние между спутниками незначительно меняется, что и регистрирует микроволновая система. На основе данных GRACE учёные построили гравитационную модель, на которой видна неоднородность гравитационного поля Земли:


Недра Сатурна

С Сатурном же дело обстоит интереснее и сложнее, так как у него нет твёрдой поверхности, и посему атмосфера его очень динамична, и распределение воздушных потоков неоднородно и постоянно меняется. Скорость ветра здесь составляет 1800 км/ч, и Сатурн в этом показателе уступает только Нептуну, где дуют самые быстрые ветры в Солнечной системе - 2400 км/ч. Сама планета очень быстро вращается вокруг своей оси, благодаря чему сутки на Сатурне длятся всего 10 часов 34 минуты, поэтому планета приплюснута у полюсов.


Постоянно меняющийся Сатурн смог изучить аппарат "Кассини", работавший на его орбите с 2004 по 2017 год. Станция обнаружила особенные колебания во внутренних кольцах Сатурна, послужившие как сейсмографы - приборы, которые как раз и показывают то, что происходит с планетой внутри.


Проанализировав частоту колебаний колец, астрономы сделали вывод, что ядро газовой планеты не твёрдое, как считалось ранее: у Сатурна нет характерных и чётко выделенных областей - чем глубже погружение внутрь, тем больше будет давление и температура. По мере приближения к центру Сатурна постепенно повышается содержание спрессованного давлением льда и камня, то есть ядро как будто "растворённое" и при вращении планеты его колебания напоминают волны, которые и создают колебания в кольцах. Оказалось, что само ядро планеты огромно - оно может составлять до 60 % радиуса планеты, и масса "сердца" Сатурна составляет примерно 55 земных. Сам же "раствор" ядра состоит из расплавленных металлов и силикатных пород. Если действительно ядро выглядит как сжатый "раствор", то учёным придётся пересматривать версию о формировании газовых гигантов, так как ранее предполагалось, что сначала формировалось твёрдое ядро, которое потом накапливало газ из протопланетного диска. Если же ядра газовых гигантов действительно "растворённые", то эти объекты формировались благодаря нестабильности протопланетного диска, и сами газовые гиганты образуются как звёзды.


Над "растворённым" ядром выше находится слой металлического водорода. Он представляет собой вырожденное состояние вещества и может обладать некоторыми специфическими свойствами - высокотемпературной сверхпроводимостью и высокой удельной теплотой фазового перехода. Водород настолько сжат давлением верхних слоёв планеты, что напоминает собой жидкий металл, отсюда и название. Такое необычное состояние вещества ещё называют четвёртым агрегатным состоянием. Температура ядра Сатурна составляет около 11 700 С. Откуда же такая высокая температура? Она формируется из-за огромного количества водорода и гелия, который по мере погружения в недра планеты сжимается и разогревает ядро. Благодаря гравитационному сжатию, планета, фактически, порождает тепло, выделяя в 2,5 раза больше энергии, чем получает от Солнца.


Но давайте выбираться из недр "Властелина колец" и посмотрим, что будет в верхней части планеты. В основном Сатурн состоит из водорода (73 %) и гелия (24 %), а оставшаяся доля приходится на незначительное количество воды, метана, аммиака и тяжёлых элементов. Как я уже говорила, спокойная внешность Сатурна обманчива, и он "буйнее" даже, чем Юпитер, хотя, казалось бы, у Юпитера всё беспокойство налицо. Если присмотреться, то Сатурн тоже имеет полосы облаков в атмосфере, но они бледно-оранжевые или грязновато-жёлтые и не бросаются в глаза. Такие оттенки обусловлены соединениями серы в его атмосфере. В дополнение к сере, в верхних слоях атмосферы, есть небольшие количества азота и кислорода. Эти атомы вступают в реакции друг с другом и под воздействием солнечного света образуют сложные молекулы, которые напоминают смог.


Между полос формируются гигантские белые водно-аммиачные бури, но, в отличие от Юпитера, где вихри стабильно удерживаются на протяжении десятков и даже сотен лет, на Сатурне благодаря ветрам помощнее, чем у "Короля Солнечной системы", они долго не живут: всего несколько месяцев, и от мощного урагана не останется и следа - грозный шторм "усмирит" атмосфера и переродит в новое аналогичное воплощение.


Аммиачные облака видимой части атмосферы располагаются на 100 км ниже верхней части тропосферы (тропопаузы), где температура составляет около - 139 С. Если спуститься ещё на 170 км внутрь, то облака будут уже состоять из гидросульфида аммония, а вследствие увеличения плотности и давления температура поднимется до -70 С. Самые глубокие облака состоят из воды и расположены примерно на глубине 400 км, и температура уже поднимется до 0 С. Если мы опять захотим проникнуть к ядру, то температура будет расти, а давление облаков достигнет невероятной силы. Ни один аппарат не выдержит температуру в 11 тысяч градусов и такое колоссальное давление, поэтому до ядра вряд ли кто-нибудь доберётся, да и что там ядро: попробуй-ка, справься с такими мощными ветрами снаружи! Наиграются, как с песчинкой, утянут вниз, и давление позаботится о том, чтобы исследовательский зонд стал с грозной планетой одним целым.Источник: "Астрономия с Ауриэль"