XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Сатурн ,его спутники и кольца: теория образования и краткий обзор изучения
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Сатурн — газовая планета-гигант, шестая по счёту в Солнечной системе. На данный момент он является единственным небесным телом, обладающим яркой и протяжённой системой колец (кольца Урана, Нептуна и Юпитера уступают им по яркости). Однако, остаётся открытым вопрос, а каким образом Юпитер образовался и как зародилась система его колец — на данный момент есть несколько реалистичных гипотез.
Актуальность.
Астрономия — динамично развивающаяся наука, ведь каждый год приносит нам открытия в области космоса. Изучение планет и их эволюции в свете всё новых и новых фактов представляется важной задачей для современной астрономии. Поэтому анализ имеющихся теорий и гипотез о формировании и развитии планет и их систем представляется автору важной задачей для научно-технического творчества молодёжи и астрономов-любителей для формирования естественнонаучной картины мира.
Цель.
Основываясь на открытых источниках, кратко изложить и проанализировать современные представления об образовании планет Солнечной системы в целом и Сатурна в частности; рассмотреть теорию образования спутников и системы колец Сатурна; дать обзор нескольких миссий автоматических межпалентных станций, достигших Сатурна.
Основная часть.
Сатурн - вторая по величине планета солнечной системы. Состоит Сатурн по большей части из жидкого водорода и гелия, в то время как остальные планеты напротив состоят из твердых веществ. Как же так вышло ? Откуда у него спутники и кольца? Для начала предлагаю разобрать гипотезу о происхождении планет. Ученые нашего времени делят появление планет на три стадии:
1. Появление пылинок и их слипание в до планетное облако, позже в уплощенное до планетного облака. К слову, в пылинках этих было очень мало каких либо веществ кроме гелия с водородом. Но вещества в пылинках всё равно объединились.
2. Далее до планетные облака остывают, становятся тугоплавкими веществами, что становятся роем небольших астероидных тел, что соединяться в спутники Солнца.
3. И, в конце концов, астероиды увеличивались в размерах и становились похоже на те планеты, что мы видим сегодня.
Но создание планет гигантов процесс продолжительный и трудоемкий. Но Сатурн так же интересен и из-за своего необычного, по сравнению с остальными планетами, состава. Первая гипотеза, которую мы рассмотрим говорит о появлении протопланетного диска (пылинок, похожих составу на те, из которых появились звезды) который из-за гравитации сжался в планету, что сегодня называется Сатурн. Но откуда взялся этот диск? Возможно, это остатки облака из которого появилось Солнце. Диск состоял на 98-99% из, как раз, водорода и гелия что являются основными составляющими Сатурна.
По другой гипотезе образование Сатурна (и Юпитера) делят на два этапа: сначала в месте образования планет началось объединение твердых тел, но когда пылинки твердых веществ закончились, уже готовые центры начали "обрастать" газом.
Но сегодня к этим теориям существует так же ряд вопросов, например: что на счет появления Урана и Нептуна? Что находятся далеко от Солнца, но при этом у них содержатся всего 10-20% газов. Или вопрос с тем, что газы достаточно быстро, по меркам космоса, покинули место образования планет...
Но Сатурн интересен не только своим составом, но и кольцами. Еще Галилей в свой телескоп увидел явные выступы по бокам планеты и не понял что это. Зато Гюйгенс увидел, что это кольца. Так как же появились они? На этот вопрос нам так же предстоит рассмотреть две гипотезы. И первая приходит в голову сама собой - возможно это остатки пыли, из которых получились планеты. Сатурн притянул к себе некоторое количество пыли и оставил вращаться вокруг себя. Иной вариант - предел Роша. Предел Роша - некое расстояние от планеты, преодолев которое космическое тело расщепилось, став пылью, что сегодня выглядят как кольца.
Так же существуют у Сатурна и спутники. А откуда взялись они? Есть одна гипотеза о появлении Луны — фактически, это кусок, что откололся от Земли. Но Сатурн состоит по большей части из газа, а вот его спутники напротив твердые. Как же так? Придумано много предположений описывающих произошедшее. Например, это всё те же кометы и астероиды, что появились из пыли, но не набрали достаточную массу для того, что бы стать планетами. Либо это куски планет или иных космических тел, встретившихся друг с другом и разбившихся. Эта же гипотеза объясняет вращение Венеры в обратную сторону; наклон Урана; вращение некоторых спутников в обратную сторону (они либо перехвачены у других космических тел, либо в них что-то врезалось заставив вертеться в другую сторону). Но это не совсем объясняет почему некоторые спутники находятся слишком далеко от планет. Говоря об Сатурне много познавательного. И было бы странно, если бы ученные не заинтересовались таким космическим объектом. Мы уже знаем, что даже Галилей успел оценить эту планету. Но что на счет современной науки? Коснулись ли мы этой планеты и насколько удачно?
В 1972 году был отправлен "Пионер 10" один из первых космических аппаратов, что отправились в дальний космос. Он пролетел в близь Юпитера и сфотографировал планету, но с 2003 года связь ним потеряна. А вот в 1973 году был отправлен "Пионер-11", что исследовал Сатурн с Юпитером, но позже его отправили к созвездию орла и связь с ним была потеряна.
Но более удачные снимки мы получили от аппарата "Вояджер 1", что был отправлен в 1977 году. И благодаря ему ученые того времени увидели, что у Сатурна не одно кольцо, а система, состоящая из множества отдельных узких колец, а так же заснял такие спутники этой планеты как: Титан, Мимас и Реи. В том же году запущен "Вояджер 2" что приблизился к Сатурну еще ближе. показав ученым еще больше колец и маленькие частицы льда и обломков астероидов, что и стали кольцами этого гиганта.
Выводы
Таким образом, подводя итог работы автор делает следующие выводы: на данный момент в современной науке есть несколько теорий, достаточно полно описывающих как образование планет в целом, так и образование Сатурна и его системы колец в частности. Они опираются не только на наблюдения с Земли, но и на данные, собранные межпланетными автоматическими миссиями
Список литературы
http://www.sai.msu.su/ng/solar/solar_hystoryss.html
http://www.astronet.ru/db/msg/1188557
http://www.ras.ru/news/shownews.aspx?id=0b2ef367-49c1
http://selena.sai.msu.ru/Home/SolarSystem/saturn/