Сатурн, как и все планеты Солнечной системы, кроме Урана и Венеры, вращается против часовой стрелки, если смотреть с северного полюса.
Течения в океане жидкого металлического водорода в глубинах Сатурна приводят к возникновения там больших магнитных сил. Эти силы создают гигантский магнитный пузырь вокруг планеты, названный магнитосферой, которая оказывает сильное влияние на частицы, которые движутся возле планеты.
Подобным же образом магнитное поле нашей Земли создает намного меньшую магнитосферу (по своим размерам), которая защищает нас от космических лучей и от потока заряженных частиц высоких энергий, летящих от Солнца.
За пределами магнитосферы Сатурна поток из множества частиц, выброшенных Солнцем в результате происходящих на нём бурь, распространяется через Солнечную систему и называется солнечным ветром. Когда он сталкивается с магнитосферой Сатурна, то течёт вокруг неё, как поток воды вокруг скалы. Вне магнитосферы планеты, преобладают магнитные силы Солнца, в то время как внутри защищающей планету магнитосфере, правят магнитные силы Сатурна.
У магнитного поля Сатурна есть северный и южный полюса, как на стержневом магните, и эти область вращаются с планетой. На Юпитере и Земле оси, проходящие через магнитные полюса, немного смещены от осей вращения планет. Это смещение является причиной того, что стрелка компаса указывает на "магнитный северный полюс", а не на истинную точку северного полюса, вокруг которой вращается планета.
Магнитное поле Сатурна интересно тем, что ось магнитного диполя с точностью до 1° совпадает с осью вращения планеты (на картинке наклон оси увеличен специально), а центр диполя совпадает с центром масс Сатурна с точностью до 0,01 радиуса. Напряженность магнитного поля на экваторе на уровне верхушек облаков составляет 0,2 гаусс (57% от земного).
Одной из важнейших научных задач КА "Cassini" является детальное изучение магнитосферы Сатурна. Неожиданности начались ещё до выхода на орбиту вокруг Сатурна. 27 июня 2004 года КА "Cassini" в первый раз пересёк ударную волну, которую образует солнечный ветер, "налетая" на магнитосферу планеты. Радиоспектрометр RPWS обнаружил её по резкому росту напряженности электрического поля. На этот момент аппарат находился от Сатурна на расстоянии 49,2 его радиусов (около 3 млн. км) — в 1,5 раза дальше, чем "Pioneer-11" и оба "Вояджера" в 1979-1981 гг.
Известно, что ударная волна то удаляется от планеты, то приближается, в зависимости от активности Солнца на данный момент. И за время приближения "Cassini" к планете эта "граница" прошла через него семь раз: четырежды внутрь и трижды наружу.
А 21 июня 2004 года картирующий спектрометр MIMI получил первый снимок магнитосферы
Сатурна — точнее, уходящих из неё атомов водорода (поэтому на изображении мы видим красный цвет). До этого, шутили ученые, они знакомились с магнитосферой, как слепой со слоном: вот нога, вот хобот, вот хвост... Теперь же "слон" попал в кадр целиком.
Первый снимок полной магнитосферы
Сатурна.
Её границы простираются за пределы орбиты Титана.
1 июля 2004 года (в день выхода "Cassini" на орбиту) с расстояния в 24 000 км от облаков Сатурна MIMI [инструмент отображения магнитосферы] сделал очень важное открытие: был обнаружен новый радиационный пояс (new radiation belt), простирающийся вокруг планеты над вершинами облаков вплоть до внутреннего края кольца D и имеющий толщину до 6 000 км. Новый пояс намного меньше и намного менее энергичен, чем главные радиационные пояса.
Новый радиационный пояс (new radiation belt) Сатурна. На изображении цвета от синего до красного указывают увеличивающуюся интенсивность радиации. Местоположение спутника Титана на изображении показывает, что эмиссия, связанная с самим Титаном, слишком слаба, чтобы выделиться в интенсивной эмиссии от главного радиационного пояса. Сиреневым цветом обозначены линии магнитного поля, которые пересекают экватор только по внутреннему краю
D-кольца, где расположен новый радиационный пояс.
Он «выдал себя» по эмиссии быстрых нейтральных атомов в результате взаимодействия энергичных ионов, захваченных магнитным полем планеты, с газовыми облаками. Частицы в нём имеют энергию до 150 кэВ. Главный пояс, обнаруженный ранее, находится вне системы колец, на расстоянии от 139 000 до 362 000 км от центра Сатурна, и энергия его частиц достигает десятков МэВ.
В радиационных поясах Сатурна есть многочисленные "отверстия", созданные пойманными в магнитную ловушку ионами, которые сталкиваются со спутниками, с материалом колец, и газом. Открытие нового радиационного пояса показало, что он расположен намного ближе к планете, чем ранее известная внутренняя граница магнитосферы, которая, как считалось, находилась на внешнем краю главной кольцевой системы.
Полярные сияния Сатурна — ещё одно проявление его магнитного поля.
Здесь показана динамика полярного сияния на южном полюсе Сатурна.
Астрономы объединили ультрафиолетовые изображения южной полярной области Сатурна с видимыми изображениями планеты. Ультрафиолетовые изображения были получены 24, 26, и 28 января 2004 года спектрографом высокого разрешения КТХ. Для получения видимых изображений Сатурна астроном Эрих Каркошка (Erich Karkoschka) из Университета Аризоны использовал широкоугольную планетарную камеру телескопа 22 марта 2004 года.
Космический Телескоп им. Хаббла (КТХ) НАСА (NASA's Hubble Space Telescope), рассматривал южную полярную область Сатурна в течение нескольких дней. Это позволило учёным получить ряд замечательных фотографий танцующих полярных сияний в небе планеты.
Снимки показывают, что полярные сияния Сатурна отличается по характеру изо дня в день. По сравнению с Землей, где интенсивность полярных сияний изменяются приблизительно через 10 минут и они могут продлиться в течение нескольких часов, полярные сияния Сатурна всегда кажутся яркими и могут длиться в течение нескольких дней.
Наблюдения, сделанные (КТХ) и КА Cassini, во время его полёта к планете, показали, что полярные сияния Сатурна создаются главным образом давлением солнечного ветра — потоком заряженных частиц от Солнца, а не магнитным полем Солнца.
Сильное свечение полярного сияния 28 января 2004 создано недавно возникшем большим волнением солнечного ветра. Изображение показывает, что, когда полярное сияние Сатурна становится более ярким (и таким образом более сильным), кольцо света, окружающего полюс, сжимается в диаметре.
Обнаруженное полярное сияние появляется как кольцо пылающих газов, окружающих южную полярную область планеты. Полярные сияния начинаются в верхних слоях атмосферы, где поток заряженных частиц сталкиваются с магнитным полем планеты. Столкновения с молекулами газов в атмосфере планеты и производят вспышки в видимом, ультрафиолетовом, и инфракрасном диапазонах ЭМ-волн.
Цвет полярного сияния — синий из-за сильного ультрафиолетового свечения. В действительности же наблюдателю в Сатурне, полярные сияния казалась бы красными из-за присутствия светящегося водорода в его атмосфере. На Земле заряженные частицы, летящие от Солнца, сталкиваются с азотом и кислородом в верхней части атмосферы, создавая полярные сияния, окрашенные главным образом зелеными и синими цветами.
январь 2010
 |
— знак Сатурна |
О структуре магнитосферы Сатурна
Солнечный ветер — это поток высокоскоростных заряженных частиц из солнечной короны, состоящий в основном из положительно заряженных ионов водорода и гелия
Каменно-металлическое ядро Сатурна создает вокруг него магнитосферу, которая заставляет заряженные частицы двигаться вокруг Сатурна, его колец и большинства спутников
Плазменная оболочка (plasma sheet) образуется из тонкого слоя заряженных частиц высоких энергий (электронов и ионов), образующихся при взаимодействии солнечного ветра и магнитосферы
Сверхзвуковая ударная волна, которая образуется в солнечном ветре взаимодействующего с внешним слоем магнитосферы Сатурна
Сильно турбулентная область плазмы между головной ударной волной и магнитопаузой (магнитозвуковая волна).
Магнитопауза — граница магнитосферы небесного тела, на которой давление магнитного поля равно давлению окружающей магнитосферу плазмы.
Внешняя граница магнитосферы — здесь она взаимодействует с солнечным ветром.
Длинный вытянутый хвост магнитосферы Сатурна, на стороне, обращенной в сторону от Солнца, состоит из ловушек ионизированных частиц.
Источник NASA, JPL
А на этом изображение северной полярной области Сатурна показано полярное сияние на фоне основной атмосферы, снятые КА "Cassini" в двух различных длинах волн инфракрасного света. Это совмещённые изображения, полученные визуальным и инфракрасным картографическими спектрометрами.
Частицы больших энергий, врезаясь в верхнюю атмосферу вызывают яркое пылающее кольцо полярного сияния синего цвета. Снимок сделан в инфракрасных лучах длиной 4 мкм (в шесть раз больше длины волны, видимой человеческими глазами). Это пример яркого сияния на северной поляоной шапке Сатурна, которая была невидимой до появления "Cassini". Изображение полярного сияния было получено 10 ноября 2006, с расстояния 1 061 000 км с углом (фазой) 157° между космическим кораблём и центром планеты в районе 52° с.ш.
Ниже полярного сияния лежат облака и туман, которые вырисовывается жарким красным цветом тепловых потоков из Сатурна, ясно видимых в длине волны 5 мкм (это в семь раз больше длин волн, видимых человеческими глазами). Изображение облаков было получено "Cassini" 15 июня 2008, с расстояния 602 000 километров (374 000 миль) в районе 73° с.ш.
"Кассини" 12 декабря 2009 во время 64-го демонстрационного пролёта Титана исследовал взаимодействие магнитного поля крупнейшего спутника и магнитного поля Сатурна
Поскольку орбита Титан проходит через и магнитосферу вокруг Сатурна, то спутник создает след в линиях магнитного поля, исходящих с планеты. Инструменты "Cassini" позволят в данном демонстрационном полете изучать этот след с расстояния приблизительно 5 200 км от спутника, относительно неисследованной области. Другие инструменты станции вели наблюдения за облаками Титана с более близкого расстояния.
При самом близком подходе к Титану "Cassini" находился на расстоянии приблизительно
4 900 км от поверхности спутника.
Титан — своего рода "брат" по отношению к Земле, так как его поверхность покрыта органическим веществами и атмосферой, чей химический состав похож на тот, которым обладала ранняя атмосфера Земли.
Сатурн, затмевающий Cолнце.
Контрастность изображения здесь увеличена. Видны мелкие частицы, формирующие кольца.
