Знаменитые кольца Сатурна впервые обнаружил голландский физик и астроном Христиан Гюйгенс во второй половине XVII века, а еще четверть столетия спустя французский астроном итальянского происхождения Джованни Кассини сумел разглядеть темную щель, разделяющую яркое плоское кольцо надвое. Внешнюю часть этого гигантского ожерелья, простирающегося почти на миллион километров, назвали кольцом А, а внутреннюю — кольцом В. Впоследствии удалось выявить еще четыре кольца — С, D, Е и F, а в 1980–1981 годах американские космические зонды «Вояджер-1» и «Вояджер-2» передали на Землю снимки Сатурна и его колец с высоким разрешением. На этих снимках отчетливо видно, что кольца Сатурна состоят из многих тысяч отдельных узких колечек. Система колец, опоясывающая шестую планету, — это мириады каменных и ледяных обломков самой различной величины и формы.
Сатурн столь же полосат, как и Юпитер, но из-за низких температур, вымораживающих пары аммиака с образованием густого тумана, его широтные пояса видны не так отчетливо. Близ северного полюса обнаруживается гигантский атмосферный вихрь овальной формы размером с Землю, получивший название Большого коричневого пятна. В атмосфере Сатурна дуют сильные зональные ветра, скорость которых — от 100 до 500 м/с в зависимости от широты. Подобно Юпитеру, Сатурн обладает мощным магнитным полем, ось которого совпадает с осью вращения планеты.
Из 56 спутников Сатурна наибольший интерес представляет самый крупный, Титан, немного уступающий Ганимеду, но превосходящий по размерам Меркурий. Его диаметр составляет 5150 км, но разглядеть детали на поверхности не представляется возможным из-за плотной атмосферы, давление которой в полтора раза больше, чем на Земле. Атмосфера Титана почти целиком состоит из азота (98,4 %), а на долю метана приходится всего лишь 1,6 %. Кроме того, в ней обнаруживаются примеси пропана, этана, ацетилена, аргона, гелия, окиси и двуокиси углерода и некоторых других газов. Температура верхних атмосферных слоев приближается к –120 °C, тогда как температура поверхности планеты много ниже и составляет –179°, что объясняется своеобразным антипарниковым эффектом (густой туман рассеивает и отражает солнечные лучи). Между прочим, если бы человек каким-то чудом оказался на Титане, он, по-видимому, сумел бы запросто парить в его очень плотной атмосфере, прицепив к рукам крылья наподобие греческого Икара, поскольку сила тяжести на его поверхности в 7 раз меньше земной.
До недавнего времени ученые полагали, что под облачной шубой Титана может скрываться океан километровой глубины из этана, метана и азота, однако данные, полученные автоматической станцией «Кассини», посетившей окрестности Сатурна и сделавшейся его искусственным спутником, заставили пересмотреть это мнение. В начале 2005 года «Кассини» отстрелила зонд «Гюйгенс», который вошел в атмосферу Титана и с помощью парашюта совершил мягкую посадку на его поверхность. Титан — единственный планетный спутник (кроме Луны), на котором садился земной аппарат. Оказалось, что жидкости на Титане совсем немного: пока удалось найти лишь сравнительно небольшие углеводородные озера в районе северного полюса.
Сатурн похож на Землю в плане сезонных изменений, потому что у него похожая ось наклона.
Уран
До второй половины XVIII века никто и никогда не появлялся на свет под знаком Урана, ибо наши предки не ведали о существовании этого небесного тела. Седьмая планета Солнечной системы была открыта в 1781 году англичанином Уильямом Гершелем, за что он был удостоен звания придворного астронома с окладом в 200 фунтов. Новую планету почти сразу же окрестили Ураном, что было вполне естественно: раз Сатурн приходится Юпитеру родным папой, то очередную планету следовало назвать в честь дедушки.
Уран кружится вокруг Солнца на расстоянии около 3 млрд км, совершая полный оборот за 84 года со скоростью почти 7 км/с (орбитальная скорость Земли — 29 км/с). Ничего удивительного в этом нет, ибо чем дальше планета отстоит от Солнца, тем медленнее она вращается — так гласит третий закон Кеплера. А вот осевое вращение Урана вполне уникально: плоскость его экватора наклонена к плоскости орбиты под углом 98°, так что он вращается вокруг оси, практически лежа на боку. Поэтому продолжительность дня и ночи на седьмой планете намного превышает период ее осевого вращения. Солнце, которое с поверхности Урана выглядит яркой звездой, медленно, в течение 21 земного года, поднимается в небе, а достигнув зенита, еще 21 год неторопливо ползет вниз, пока не скроется за горизонтом. Наступает 42-летняя ночь. Так обстоит дело на полюсах, где продолжительность дня и ночи составляет по 42 года. На широте 30° день и ночь длятся по 14 лет, а на широте 60° — по 28. Период осевого вращения Урана равняется в среднем 15 ч, ощутимо меняясь в зависимости от широты.
Как и другие планеты-гиганты, Уран представляет собой огромный газовый шар, на 85 % состоящий из водорода, на 12 % — из гелия и на 2,3 % — из метана. Его средняя плотность лишь немного превышает плотность воды и составляет 1,3 г/см3, а масса в 14,5 раза больше массы Земли. По размерам седьмая планета заметно уступает Юпитеру и Сатурну, однако ее диаметр — около 51 120 км — в четыре раза превышает земной. Уран — очень холодный мир: температура его поверхности почти не зависит от широты, но значительно колеблется в зависимости от глубины — от –210 °C на уровне верхней облачности до –170° в подоблачном слое. В отличие от других газовых гигантов, Уран практически не имеет внутренних источников тепла. У седьмой планеты обнаружено мощное магнитное поле и девять очень узких и плотных колец, почти не отражающих солнечный свет. До настоящего времени в окрестностях Урана побывал один-единственный космический зонд — «Вояджер-2», стремительно пролетевший мимо него в январе 1986 года.
Согласно модели внутреннего строения Урана, в центре температура планеты должна быть ниже, чем у Юпитера и Сатурна, но выше, чем у Земли, — около 7200 К, а давление около 8 Мбар. Над большим ядром, состоящим из металлов, силикатов, льдов аммиака и метана и занимающим около 0,3 радиуса планеты, должна находиться мантия из смеси водяного и аммиачно-метанового льдов. На уровне 0,7 радиуса от центра начинается газовая оболочка из водорода и гелия.
Уран сопровождают 27 спутников, крупнейший из которых, Титания, имеет диаметр 1580 км. Средняя суточная температура поверхности спутников, на 60 % состоящих изо льда, исключительно низка — менее 60 К (–213 °C). Водяной лед при такой температуре превращается в твердый минерал.
Несколько лет назад Международный астрономический союз лишил Плутон, считавшийся девятой планетой Солнечной системы, статуса планеты, назвав его карликовой планетой или астероидом. Однако это решение понравилось не всем. В марте 2009 года сенат штата Иллинойс принял постановление, что Плутон будет считаться в штате планетой.
Нептун
Нептун был открыт в 1846 году «на кончике пера» французским астрономом Урбаном Леверье. Обнаружив аномалии в орбитальном движении Урана, он предположил, что на седьмую планету Солнечной системы оказывает влияние неизвестное массивное тело, и точно рассчитал его положение на небосводе. Руководствуясь вычислениями Леверье, немецкие астрономы Иоанн Готфрид Галле и Генрих Луи Д’Арре без труда отыскали восьмую планету, которая обнаружилась в точке небесной сферы, указанной прозорливым французом. Это было полное торжество классической механики Ньютона.
Новую планету решено было назвать Нептуном в честь древнеримского покровителя морской стихии. Повелевающий бурями Нептун приходился родным братом Юпитеру, вместе с которым он поделил господство над миром после низвержения титанов. По жребию ему досталось в удел море, тогда как венценосный громовержец обосновался на Олимпе и стал управлять горними высями. Их третий брат — ужасный Плутон (другое его имя — Аид) — поселился во «мрачных пропастях земли» и сделался владыкой царства мертвых.
С момента открытия восьмой планеты Солнечной системы прошло больше полутора веков, но один нептуновский год минул только в 2011 году, так как Нептун, удаленный от Солнца на 4,5 млрд км (или 30 а. е.), совершает полный цикл за 165 земных лет. По своим физическим параметрам он мало отличается от Урана, немного уступая ему в размерах (диаметр Нептуна составляет почти 49 530 км), но ощутимо превосходя по массе (17 масс Земли), что объясняется его большей средней плотностью (примерно 1,64 г/см3). От Солнца Нептун получает в 900 раз меньше тепла, чем наша планета. Однако в отличие от спокойного Урана интенсивность теплового излучения недр восьмой планеты почти втрое превышает приток солнечной энергии извне. Этот феномен связывают с распадом тяжелых радионуклидов в ее ядре.
