Система спутников Сатурна еще более сложна. Общее число их, включая ряд малых спутников, составляет 47 (на 2005 год). Информацию о спутниках Сатурна см. здесь, а телевизионные изображения спутников см здесь. Название «ледяные» спутники наиболее соответствует спутникам Сатурна. Некоторые из них имеют среднюю плотность 1,0 г/см³, что больше соответствует водяному льду. Плотность других несколько выше, но тоже невелика (исключение - Титан). Например, Рея, пятый классический спутник Сатурна, имеет плотность 1,3 г/см³. Присутствие большого количества льда в составе спутников Сатурна - это прямое указание на их образование в зоне низких температур, которые и ныне характерны для внешней части Солнечной системы. Согласно существующим теориям в период формирования планет на периферии протопланетного облака температуры были очень низкими, и легкие летучие вещества, такие, как водяной пар, конденсировались преимущественно на периферии.

САТУРН, КОЛЬЦА, СПУТНИКИ, ТЕНИ

    Спутники названы в честь героев античных мифов о титанах и гигантах. Почти все эти космические тела светлые. У наиболее крупных спутников формируется внутреннее каменистое ядро.
    Спутники планеты и ее кольца предлагают небесной механике несколько загадок. В 1980 г. впервые удалось наблюдать с Земли кольцо Е в виде слабого повышения яркости на расстоянии 80 тыс. км от внешнего края наружного кольца А. Но этим дело не ограничилось. Используя современную по тому времени астрономическую технику, несколько групп исследователей объявили о новых удивительных открытиях. Например, по орбите Дионы, четвертого крупного спутника, движется еще один спутник. Он находится вблизи лагранжевой точки L 4.
    Здесь следует сказать несколько слов о том, что такое «лагранжевы точки». Среди знаменитых задач теоретической астрономии есть такие, решению которых посвятили свою жизнь целые поколения специалистов. Такова знаменитая «задача трех тел», в которой рассматривается динамика трех гравитирующих масс (т. е. взаимно влияющих друг на друга). Задача отличается чрезвычайной сложностью, если рассматривать ее в общем виде. Но некоторые частные решения были найдены давно. Так, в работах Лагранжа было показано, что если одно из трех тел намного массивнее других, то устойчивой может быть конфигурация, когда два тела меньшей массы находятся на одной и той же орбите, на расстоянии 60° друг от друга, в так называемых точках L 4 и L 5. Возможно даже присутствие на одной и той же орбите трех тел, также разделенных углами по 60°. Такие спутники называются коорбитальными (существуют и другие точки Лагранжа).
    Спутник 1980 S6 (Хелена) находится именно в такой «гравитационной ловушке», двигаясь впереди крупного спутника Диона, примерно в 72°, причем, по некоторым данным, «качается» относительно точки L 4 и даже может приблизиться к Дионе с тыльной стороны, после чего, отставая, расходится с нею. Как ни странно, позади Дионы, в другой лагранжевой точке, спутника нет.
    Все открытые спутники сравнительно малы no-размерам, имеют геометрическое альбедо 0,3-0,5 и неправильную, за одним исключением, форму. Среди них впервые были обнаружены так называемые спутники «пастухи» (иногда их по аналогии с английским термином называют «сторожевыми собаками»). Кольцо A (внешнее из классических) обладает очень резким краем, что трудно объяснить в рамках старых представлений о динамике колец. Кроме того, в нескольких тысячах километров от внешнего края кольца A находится одно из самых удивительных колец Сатурна - кольцо F. Оно очень узкое, причем иногда удается наблюдать его свитым из нескольких колец-«шнуров». Исследование динамики этих колец и близких к ним небольших спутников показало, что именно спутники поддерживают резкую границу колец F и А (а возможно, определяют и другие их особенности). Своим гравитационным воздействием спутники как бы фокусируют движение отдельных частиц в кольцах, не допуская их выпадения из общего ансамбля.
    Орбиты малых спутников, обладающих этими особенностями, располагаются следующим образом. У самого внешнего края кольца A, на среднем расстоянии от центра Сатурна 137670 км, находится «пастух» кольца A, 1980 S 28 (Атлас), размерами около 20 км. 1980 S 27 и 1980 S 26 - соответственно внутренний и внешний «пастухи» кольца F с размерами 70х40 и 55х40 км и средним радиусом орбит 139353 и 141700 км. Два коорбитальных спутника, 1980 S 1 и 1980 S 3 (Янус и Эпиметий), немного больше: 110х90 км и 70х55 км. Их орбиты отличаются всего на 50 км: 151422 и 151472 км. На орбите Тефии (294700 км) в лагранжевых точках L 4 и L 5 находятся маленькие тела размером 50-60 км, 1980 S 25 и 1980 S 13 (Калипсо и Телесто), первое из которых, может, имеет более или менее правильную шаровую форму. Наконец, в точке L 4 на орбите Дионы (377500 км) находится такое же маленькое тело - 1980 S 6.
    Перейдем к классическим (крупным) спутникам Сатурна. Все они (кроме Фебы) находятся в синхронном вращении, т. е. постоянно обращены к Сатурну одной стороной (Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан,Гиперион Япет, Феба).
    Мимас. Первый из них (и самый маленький) - Мимас, был открыт У. Гершелем в 1789 г. (вместе с Энцеладом). Он имеет сферическую форму. Обращает на себя внимание относительно большая глубина метеоритных кратеров, которые покрывают всю поверхность Мимаса, подобно Луне или Меркурию. Диаметр Мимаса всего 390 км (примерно 10% диаметра Луны); на его поверхности (как и на поверхности других: исследованных спутников Сатурна) нет образований, подобных вулканическим кратерам Ио. Диаметр наибольшего ударного кратера на Мимасе достигает 130 км, т. е. 1/3 диаметра самого спутника. Находится кратер посередине стороны, обращенной к Сатурну. Диаметр только центральной горки этого кратера около 30 км. Мимас обращается вокруг Сатурна на расстоянии 185,5 тыс. км и завершает один оборот за 0,9 сут. Средняя плотность Мимаса мала - около 1,2 г/см³, что говорит о его ледяном составе с небольшой примесью силикатных материалов.

МИМАС - МАЛЕНЬКИЙ СПУТНИК САТУРНА

    Тефия - один из самых больших и близких к планете спутников. Его диаметр 1050 км, средняя плотность 1 г/см³. Поверхность спутника очень светлая, альбедо 0,8. Уже после первой съемки сообщалось о гигантской долине Итака, которая вытянута на 3/4 окружности спутника - 3 тыс. километров. С другой стороны спутника расположен кратер Одиссей диаметром 400 км, т. е. в 3 раза больший, чем у Мимаса. Поверхность Тефии, подобно другим спутникам Сатурна, усеяна метеоритными кратерами. Специалисты указывают на следы ранней, очень древней активности, когда недра этого ледяного спутника замерзали и расширялись, ломая кору. В этих процессах поверхность Тефии увеличилась примерно на 10%. Тефия имеет два коорбитальных спутника - Телесто и Каллипсо, расположенных на 60 градусов впереди и позади Тефии. Тефия открыта вместе с Дионой в 1684 г. Джованни Доменико Кассини.
    Диона. Незначительно больше по размерам четвертый спутник - Диона (1120 км), выделенная на первой странице обложки среди других спутников Сатурна. Орбитальный период Дионы около 2,7 сут, расстояние от центра Сатурна 377 тыс. км - как расстояние Луны от Земли. Поверхность Дионы носит следы выброса материала в результате ударов крупных метеоритов - систему лучей, хорошо известную по Луне. Не исключено, что лучи представляют собой отложения водяного инея на поверхности. Диаметр наибольшего кратера - около 100 км. На поверхности Дионы есть извилистая долина, образованная, вероятно, трещинами в ее коре. Каким образом удается легко наблюдать с Земли столь малые тела, как Мимас, который в 10 раз меньше Луны? Ответ прост: у них светлая поверхность. Например, у Дноны отражательные свойства на светлых участках близки к 100%. Именно это свойство спутников Сатурна облегчает их наблюдение наземными средствами. Плотность Дионы немного выше, чем у Мимаса, и достигает 1,4 г/см³, что указывает опять-таки на ледяной (с примесью силикатов) состав. Имеет коорбитальный спутник Елену на 60 градусов впереди себя.
    Рея. Спутник Рея внешне очень нам напоминает Меркурий или Луну. Это одна из наиболее крупных лун Сатурна. Ее диаметр 1530 км. Кратеры здесь достигают 300 км в поперечнике. Значительное число кратеров имеет отчетливый центральный пик. Как и у других спутников, поверхность Реи очень светлая; даже самые темные области имеют альбедо, достигающее 50%. Орбитальный период Реи около 4,5 сут, расстояние от центра планеты 527 тыс. км. Средняя плотность Реи несколько ниже, чем у Дионы, - 1,3 г/см³. Интересно, что у спутников Сатурна в целом не отмечается такого четкого убывающего распределения средних плотностей, как у галилеевых спутников Юпитера. Все значения средней плотности лежат в пределах от 1,0 г/см³ (Тефия) до 1,4 г/см³ (Диона). Лишь у Титана средняя плотность достигает 1,9 г/см³. Рея менее геологически активна, чем Диона. Открыта Кассини в 1672 г.
    Гиперион. Оказалось, что переменность его блеска, давно известная по наземным наблюдениям, объясняется его необычной формой, несколько напоминающей плоскую головку сыра. Размеры Гипериона превышают прежнюю оценку (310 км) и составляют примерно 359х230 км. Поверхность его темная, альбедо всего 0,3; в то время как для Мимаса, Дионы и Реи оно равно 0,6, а для Энцелада 1,0. Поверхность Гипериона носит следы интенсивной метеоритной бомбардировки, причем наибольший кратер по размерам таков же, как и сам спутник. Резко неправильная форма Гипериона может быть связана с разрушением большого родительского тела. Благодаря возмущениям в движении, вызываемым его соседом - гигантом Титаном, синхронное вращение Гипериона может нарушаться на десятки процентов в течение нескольких недель. Он связан с Титаном резонансом 4:3 (на четыре оборота вокруг Сатурна, совершаемые Титаном, приходится три орбитальных оборота Гипериона). Спутник был обнаружен в 1848 г. американскими астрономами Джорджем Бондом и Уильямом Бондом и независимо от них - англичанином Уильямом Ласселлом.
    Япет. История поверхности Япета, по-видимому, более сложна. Как и ожидалось, альбедо двух его полушарий, темного переднего по движению и обратного, различается на порядок (соответственно альбедо 0,05 и 0,5). Таким образом, разгадка меняющейся в 10 раз яркости Япета пришла через 310 лет после его открытия. Лучшее разрешение на снимках Япета составляет 4 км. Диаметр Япета 1460 км, средняя плотность 1,2 г/см³. Плотность метеоритных кратеров на нем весьма высока, и в этом отношении Япет напоминает Рею. Некоторые кратеры на светлой стороне, но вблизи границы с темным районом имеют темное, точно окрашенное дно. По спектрофотометрическим свойствам темная поверхность Япета близка к поверхности Фебы и похожа на органические включения в углистых хондритах.

ПОВЕРХНОСТЬ ЯПЕТА

    По-видимому, природа различий в отражательных свойствах его поверхности как-то связана с движением Япета. Предполагалось, например, что выброс паров воды и последующая конденсация инея проходили на обеих сторонах спутника, но затем взаимодействие с плазмосферой Сатурна постепенно удалило иней с передней его стороны. Но могло быть и наоборот: темная передняя сторона постоянно собирала заряженные частицы, которые вызывали постепенное потемнение материала. В последнее время стала популярной гипотеза о том, что передняя сторона Япета «загрязнена» пылью, выбрасываемой с Фебы. При соударениях легкие материалы испаряются, а темные тяжелые остаются на поверхности. Япет открыт Дж. Д. Кассини в 1671 г.
    Феба. Это самый темный спутник Сатурна, вращается вокруг планеты в обратном направлении. Диаметр - 220 км. Феба делает один оборот вокруг Сатурна за 1,5 года. Феба открыта в 1898 году американским астрономом Уильямом Пикерингом. Феба это захваченный Сатурном астероид. Прометей и Пандора "стерегут" узкое кольцо, расположенное между ними. Спутники "пастухи", создают иллюзию переплетенного в косичку кольца. Янус и Эпимерий находятся практически на одной орбите радиусом 151 тыс. км. Они "танцуют" на орбите, периодически меняясь местами. Янус - небольшой спутник, открытый Одуэном Дольфусом (Франция) в 1966г, когда система колец планеты при наблюдениях с Земли была видна с ребра. Орбита спутника лежит сразу за основной системой колец, и он коорбитален с Эпиметеем. Оба спутника, возможно, являются фрагментами одного тела, разрушенного в результате ударного воздействия.