Saturn

Saturn jest szóstą według oddalenia planetą od słońca. Jest on bardzo podobny do Jowisza, lecz nieco mniejszy. Obie te planety mają zbliżony skład chemiczny i strukturę wewnętrzną, posiadają także liczne systemy naturalnych satelitów. Promień równikowy Saturna, nie licząc pierścienia, wynosi 60268 km, czyli jest niewiele mniejszy od promienia Jowisza, który wynosi 71492 km, ale jego masa jest ponad trzykrotnie mniejsza od masy Jowisza. Wynika to z bardzo małej, wynoszącej zaledwie 0,7 g/cm3,średniej gęstości Saturna. Jego średnia gęstość jest zatem mniejsza od gęstości wody, co stanowi pewną osobliwość. Średnica Saturna jest dziewięciokrotnie większa od Ziemi, zaś masa 95 razy. Saturn obiega Słońce w odległości 9,5 jednostki astronomicznej po prawie kołowej orbicie, nachylonej zaledwie 2,5 st.do płaszczyzny ekliptyki. Na wykonanie jednego pełnego obiegu wokół Słońca potrzebuje prawie 30 lat. Ruch wirowy Saturna, podobnie jak Jowisza, jest bardzo szybki. Jeden jego obrót wokół własnej osi trwa zaledwie 10godz.i 40min. Nachylenie osi obrotu Saturna do płaszczyzny jego orbity, wynoszące 60,3st., różni się jednak znacznie od nachylenia osi obrotu Jowisza i jest bliskie nachyleniu ziemskiej osi obrotu do ekliptyki{66,5st}. Szybki ruch obrotowy sprawia, że glob Saturna cechuje bardzo duże spłaszczenie. Promień biegunowy tej planety jest o 10% mniejszy od jej promienia równikowego. Saturn nie ma stałej powierzchni, a jego atmosfera przechodzi stopniowo w stan ciekły. Prawdopodobnie stałe jądro składające się z materiału żelazowo-krzemianowego skupia ok.20% masy.

Atmosfera Saturna składa się z 96,3% z wodoru,3,3% helu oraz niewielkich ilości metanu z dodatkiem amoniaku. Górne warstwy chmur układają się w równoleżnikowe pasma, w których występują silne zawirowania. Zaburzenia te pojawiają się w obszarach wysokiego ciśnienia, a wirowy ruch materii w ich centrach odbywa się w kierunku przeciwnym niż ziemskich cyklonów tropikalnych Saturn posiada pole magnetyczne o natężeniu porównywalnym z natężeniem pola magnetycznego Ziemi, czyli wyraźnie słabsze niż pole magnetyczne Jowisza. Oś magnetyczna Saturna pokrywa się, z dokładnością do 1 st., z jego osią obrotu. Uformowana przez pole magnetyczne magnetosfera tej planety kształtem przypomina magnetosferę Ziemi. Występują w niej pasy radiacyjne podobne do pasów Van Allena w magnetosferze Ziemi, lecz od nich większe.

Tym co wyróżnia Saturna od innych planet jest niezwykły pierścień, dzięki któremu planeta ta uważana jest za najpiękniejszy obiekt w Układzie Słonecznym. Nie jest on tworem sztywnym, lecz składa się z oddzielnych cząstek materii, które obiegają macierzystą planetę z różnymi prędkościami, zgodnie z prawami Keplera, czyli cząstki znajdujące się blisko planety obiegają ją szybciej, dalsze-wolniej. Grubość pierścienia Saturna jest bardzo mała, rzędu kilkuset metrów. W istocie pierścień Saturna jest całym systemem koncentrycznych, płaskich pierścieni nie dotykających nigdzie planety. Większość pierścieni składowych ma kształt niemal kolisty, niektóre mają jednak kształt elipsy. Wszystkie leżą w płaszczyźnie równika Saturna i rozciągają się na odległość 6600-170000 km od jego powierzchni. Składają się z dużej liczby drobnych okruchów materii: od najmniejszego pyłu do brył skalnych o rozmiarach kilku, a nawet kilkudziesięciu metrów. Badania radarowe oraz pomiary w podczerwieni wykazały, że znaczna część materii w pierścieniach to prawdopodobnie lód wodny, a skalne bryły są również otoczone lodem. Temperatura w rejonie pierścieni wynosi zaledwie -200st.C. Główne pierścienie wyróżniające się odległością od planety, szerokością i jasnością, licząc od środka planety, otrzymały oznaczenia literowe: D, C, B, A, F, G, E.

Między pierścieniami B i A istnieje, dobrze widoczna z Ziemi, tzw. przerwa Cassiniego o szerokości blisko 4000 km. Najbliżej górnej warstwy chmur w atmosferze Saturna, ok.6600 km ponad nią, czyli w odległości 67000 km od centrum planety, znajduje się, odkryty z Ziemi przez Paula Guerina w 1969r, słaby pierścień D o szerokości kilku tysięcy kilometrów. Dalej, po wyraźnej przerwie w odległości 74500 km od centrum planety, rozpoczyna się szeroki na 17500 km pierścień C, nazywany czasami ze względu na swoją przezroczystość pierścieniem krepowym. Jest on pierwszym z trzech największych pierścieni oznaczonych symbolami C, B i A, a jednocześnie ma największą z nich masę. Od następnego pierścienia B dzieli go wąska przerwa szerokości 1000 km. Pierścień B jest najjaśniejszy i rozpościera się w odległości 92000-117500km od centrum globu Saturna. Zawiera prawdopodobnie ok.3/4 całkowitej masy materii skupionej we wszystkich pierścieniach. Za przerwą Cassiniego rozciąga się pierścień A w odległości 122000-139000km od centrum planety. Wewnątrz niego znajduje się przerwa Enckego. 141000 km od środka planety leży wąski pierścień F, a dalej (170000 km) wąski pierścień E, rozciągający się w odległości ponad 230000 km.

Oprócz pierścieni Saturn posiada wiele księżyców. Dokładna ich liczba nie jest dotychczas znana. Ciągle odkrywane są nowe. Liczba dotychczas uznanych i potwierdzonych księżyców wynosi 18.Dziesięć z nich: Janus, Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Tytan, Hyperion, Iapetus oraz Phoebe znano już z obserwacji naziemnych, pozostałe: Epimetheus, Helene, Telesto, Calypso, Atlas, Prometheus, Pandora i Pan zostały odkryte przez sondy kosmiczne. Ich nazwy pochodzą z mitologii greckiej i nawiązują do imion tytanów-dzieci oraz wnuków Uranosa i Gai. Księżyce krążące najbliżej Saturna, odkryte przez sondy kosmiczne są niewielkimi ciałami o rozmiarach nie przekraczających 200km. Najbliżej Saturna porusza się ostatni spośród dotychczas odkrytych księżyców -Pan. Między zewnętrzną krawędzią pierścienia A i pierścieniem F poruszają się dwa księżyce :Atlas i Prometheus, natomiast w przerwie między pierścieniami F i G - Pandora, Epimetheus i Janus. Janus i Epimetheus, które obiegają planetę praktycznie po tej samej orbicie, pozostają stale po przeciwnych stronach Saturna - czyli w odległości 180 st.Dwa kolejne leżą wewnątrz pierścienia F, natomiast dwa pozostałe tuż poza nim. Księżyce Saturna znane z obserwacji naziemnych leżą poza jego pierścieniami, a ich rozmiary są większe niż krążących blisko planety. Ich powierzchnie tworzy wodny lód tak zimny, że w trakcie upadku meteoroidów zachowuje się jak sztywna, skalista powierzchnia i dlatego pozostają w nim widoczne ślady w postaci kraterów. Średnie gęstości wszystkich księżyców Saturna, oprócz Tytana, mieszczą się w granicach 1,0-1,5g/cm3.Oznacza to, że ciała te są zbudowane z lodu wodnego z niewielkim dodatkiem materiału skalnego znajdującego się w ich jądrach. Zaskakujące jest, że gęstości te wraz z odległością od macierzystej planety, podobne jak w wypadku księżyców Jowisza, czy planet oraz ich odległości względem Słońca, nie maleją. Księżyce Saturna, podobnie jak ziemski Księżyc i księżyce galileuszowe Jowisza, zawsze są zwrócone tą samą stroną do Saturna.

Największym, większym od planety Merkury jest Tytan o 5150 km średnicy. Jego średnia gęstość {1,9g/cm3}wskazuje, że prawdopodobnie w połowie składa się on z materiału skalnego, a w połowie z lodu. Jest to pierwszy księżyc, wokół którego stwierdzono obecność atmosfery. Brak jej przezroczystości jest spowodowany występowaniem wielu warstw mgieł i chmur. Wskutek tego powierzchnia tego satelity jest niewidoczna. Atmosfera Tytana składa się w 99% z molekularnego azotu,1% stanowi metan, a śladowo występują: argon, etan, etylen, acetylen i fosforowodór. Jej gęstość jest większa niż gęstość atmosfery ziemskiej. Ciśnienie na powierzchni Tytana jest o 50% większe niż na powierzchni Ziemi. Temperatura atmosfery przy powierzchni wynosi ok.-180st.C.Jest to temperatura, w pobliżu której metan może występować zarówno w stanie stałym, ciekłym lub gazowym. Metan na Tytanie może być więc tym, czym woda na Ziemi i bardzo prawdopodobne, że powierzchnię Tytana pokrywają jeziora metanu, a nawet może na niej występować metanowy śnie i lód. Największymi księżycami Saturna, oprócz Tytana są: Iapetus, Rhea, Dione i Tethys. Ich średnice wynoszą 1060-1530km,a powierzchnie pokrywają liczne kratery.

Ciekawostki

Pierścienie Saturna po raz pierwszy zostały dostrzeżone przez Galileusza w 1610 r.,który uznał je za kilka ciasno do siebie przylegających księżyców. Dopiero Christian Huygens w 1659 r. i kilka lat później Giovanni D.Cassini podali właściwą strukturę tych pierścieni.

Nazwa przerwa Cassiniego pochodzi właśnie od nazwiska włoskiego astronoma, wieloletniego dyrektora Obserwatorium Paryskiego-Giovani Domenico Cassiniego, który prowadził badania Saturna. W roku 1675 właśnie on prawidłowo zinterpretował ciemne pasmo w pierścieniu planety jako przerwę między dwoma częściami pierścienia.

Misje kosmiczne do Saturna

1.IX1979 - Pioneer 11- przelot 80400 km. od środka planety.
12.XI.1980 - Voyager 1- przelot 185200 km od środka planety.
12.VIII.1981 - Voyager 2- przelot 162300 km od środka planety.
15.X.1997 r.-z przylądka Canaveral na Florydzie wystartowała sonda Cassini, której celem jest zbadanie Saturna, jego pierścieni i księżyców, ze szczególnym uwzględnieniem Tytana. Na jej pokładzie znajduje się próbnik zwany Huygensen, którego czujnik do pomiaru temperatury i przewodnictwa cieplnego atmosfery oraz powierzchni Tytana został zbudowany w Polsce. Droga sondy Cassini podobnie jak sondy Galileo nie jest bezpośrednia. Najpierw dwukrotnie skorzystała z siły grawitacji Wenus (wiosna1998, lato1999), a następnie Ziemi (1999) i Jowisza (zima 2000). Przypuszcza się, że dotrze do Saturna w lipcu 2004 r. i stanie się jego sztucznym satelitą.

Księżyce Saturna odkryte przed misjami Pionieer i Voyager