Saturn - Saturn

Saturn Symbol Saturna.svg
Saturn podczas równonocy.jpg
Na zdjęciu w naturalnym kolorze zbliżającym się do równonocy , sfotografowany przez Cassini w lipcu 2008; kropka w lewym dolnym rogu to Tytan
Oznaczenia
Wymowa / Y ć t ər n / ( słuchania )O tym dźwięku
Nazwany po
Saturn
Przymiotniki Saturna / s ə t ɜːr n i ə n / , Cronian / Kronian / K R n i ə n /
Charakterystyka orbity
Epoka J2000.0
Aphelion 1514,50 mln km (10,1238 j.a.)
Peryhelium 1,352,55 mln km (9,0412 j.a.)
1,433,53 mln km (9,5826 j.a.)
Ekscentryczność 0,0565
378,09 dni
9,68 km/s (6,01 mil/s)
317,020°
Nachylenie
113,665°
2032-29 listopada
339,392°
Znane satelity 82 z formalnymi oznaczeniami; niezliczone dodatkowe księżyce .
Charakterystyka fizyczna
Średni promień
58 232 km (36 184 mil)
Promień równikowy
Promień biegunowy
Spłaszczenie 0,097 96
Obwód
Tom
Masa
Średnia gęstość
0,687  g / cm 3 (0,0248  funta / Cu z ) (mniej niż woda)
0,22
35,5 km/s (22,1 mil/s)
10 h 32 m 36 s
( synodyczny; słoneczny dzień )
Okres rotacji gwiazdowej
10 godz. 33 m 38 s + 1 m 52 s
1 m 19 s
Równikowa prędkość obrotowa
9,87 km / s (6,13 mil / s; 35 500 km / h)
26,73° (do orbity)
rektascensja na biegunie północnym
40,589°; 2 godz. 42 m 21 s
Deklinacja bieguna północnego
83.537°
Albedo
Temperatura powierzchni min mieć na myśli maks
1 bar 134 tys
0,1 bara 88 tys 97 tys 151 tys
-0,55 do +1,17
14,5″ do 20,1″ (z wyłączeniem pierścieni)
Atmosfera
Ciśnienie powierzchniowe
140 kPa
59,5 km (37,0 mil)
Skład według objętości
96,3% ± 2,4% wodór ( H
2
)
3,25% ± 2,4% hel ( On )
0,45% ± 0,2% metan ( CH
4
)
0,0125% ± 0,0075% amoniak ( NH
3
)
0,0110% ± 0,0058% deuterek wodoru (HD)
0,0007% ± 0,00015% etan ( C
2
h
6
)
Lody :

Saturn jest szóstą planetą od Słońca i drugą co do wielkości w Układzie Słonecznym , po Jowiszu . Jest to gazowy olbrzym o średnim promieniu około dziewięć i pół razy większym niż Ziemia . Ma tylko jedną ósmą średniej gęstości Ziemi; jednak przy większej objętości Saturn jest ponad 95 razy masywniejszy. Saturn pochodzi od rzymskiego boga bogactwa i rolnictwa . Jego astronomiczny symbol (♄) wywodzi się z greckiego Oxyrhynchus Papyri , gdzie można zobaczyć grecki kappa - rho z poprzeczką, jako skrót od Κρονος (Cronos), greckiej nazwy planety. Później zaczął wyglądać jak mała grecka eta , z krzyżem dodanym u góry w XVI wieku.

Rzymianie nazwali siódmy dzień tygodnia sobotę , Sāturni dies ("Dzień Saturna") od planety Saturn.

Wnętrze Saturna najprawdopodobniej składa się z jądra żelazo-niklu i skał ( związków krzemu i tlenu ). Jego rdzeń otoczony jest głęboką warstwą metalicznego wodoru , pośrednią warstwą ciekłego wodoru i ciekłego helu , a na koniec gazową warstwą zewnętrzną. Saturn ma bladożółty odcień z powodu kryształów amoniaku w jego górnej atmosferze. Prąd elektryczny w warstwie metalicznej wodoru, że aby spowodować planetarnej Saturna pola magnetycznego , które jest słabsze niż Ziemię, ale która ma moment magnetyczny 580 razy większa od ziemi z powodu większych rozmiarów Saturna. Siła pola magnetycznego Saturna wynosi około jednej dwudziestej wartości Jowisza. Zewnętrzna atmosfera jest na ogół łagodny i brakuje w przeciwieństwie do tego, chociaż może pojawić długowieczne cechy. Prędkość wiatru na Saturnie może osiągnąć 1800 km/h (1100 mph; 500 m/s), wyżej niż na Jowiszu, ale nie tak wysoko jak na Neptunie .

Najbardziej znaną cechą planety jest jej wyraźny system pierścieni , który składa się głównie z cząsteczek lodu, z mniejszą ilością rumowiska skalnego i pyłu . Co najmniej 82 księżyce krążą wokół Saturna, z których 53 są oficjalnie nazwane; nie obejmuje to setek księżyców w jego pierścieniach. Tytan , największy księżyc Saturna i drugi co do wielkości w Układzie Słonecznym, jest większy od planety Merkury , chociaż mniej masywny, i jest jedynym księżycem w Układzie Słonecznym, który ma znaczną atmosferę.

Charakterystyka fizyczna

Złożony obraz porównujący rozmiary Saturna i Ziemi

Saturn to gazowy gigant złożony głównie z wodoru i helu. Brakuje mu określonej powierzchni, chociaż może mieć solidny rdzeń. Obrót Saturna powoduje, że ma on kształt spłaszczonej sferoidy ; oznacza to, że jest spłaszczony na biegunach i wybrzuszony na równiku . Jego promienie równikowe i biegunowe różnią się o prawie 10%: 60 268 km w porównaniu do 54 364 km. Jowisz, Uran i Neptun, inne gigantyczne planety Układu Słonecznego, również są spłaszczone, ale w mniejszym stopniu. Połączenie wybrzuszenia i szybkości rotacji oznacza, że ​​efektywna grawitacja powierzchniowa wzdłuż równika,8,96 m/s 2 , to 74% tego, co jest na biegunach i jest niższa niż grawitacja powierzchniowa Ziemi. Jednak równikowa prędkość ucieczki prawie36 km/s jest znacznie wyższa niż na Ziemi.

Saturn jest jedyną planetą Układu Słonecznego, która jest mniej gęsta niż woda – około 30% mniej. Chociaż jądro Saturna jest znacznie gęstsze niż woda, średnia gęstość planety wynosi0,69 g/cm 3 ze względu na atmosferę. Jowisz ma masę 318 mas Ziemi , a Saturn ma masę 95 mas Ziemi. Razem Jowisz i Saturn posiadają 92% całkowitej masy planety w Układzie Słonecznym.

Struktura wewnętrzna

Schemat Saturna w skali

Pomimo tego, że składa się głównie z wodoru i helu, większość masy Saturna nie znajduje się w fazie gazowej , ponieważ wodór staje się nieidealną cieczą, gdy gęstość jest powyżej0,01 g/cm 3 , który jest osiągany przy promieniu zawierającym 99,9% masy Saturna. Temperatura, ciśnienie i gęstość wewnątrz Saturna stale rosną w kierunku jądra, co powoduje, że wodór staje się metalem w głębszych warstwach.

Standardowe modele planetarne sugerują, że wnętrze Saturna jest podobne do Jowisza, ma małe skaliste jądro otoczone wodorem i helem, ze śladowymi ilościami różnych substancji lotnych . Ten rdzeń ma podobny skład do Ziemi, ale jest bardziej gęsty. Badanie momentu grawitacyjnego Saturna w połączeniu z fizycznymi modelami wnętrza pozwoliło na nałożenie ograniczeń na masę jądra Saturna. W 2004 roku naukowcy oszacowali, że jądro musi mieć masę 9–22 mas Ziemi, co odpowiada średnicy około 25 000 km. Jednak pomiary pierścieni Saturna sugerują znacznie bardziej rozproszone jądro o masie około 17 mas Ziemi i promieniu równym około 60% całego promienia Saturna. Jest on otoczony grubszą warstwą ciekłego metalicznego wodoru , po której następuje ciekła warstwa wodoru cząsteczkowego nasyconego helem, który wraz ze wzrostem wysokości stopniowo przechodzi w gaz. Najbardziej zewnętrzna warstwa obejmuje 1000 km i składa się z gazu.

Saturn ma gorące wnętrze, osiągając 11 700 °C w swoim jądrze i emituje w kosmos 2,5 razy więcej energii niż otrzymuje od Słońca. Energia cieplna Jowisza jest generowana przez mechanizm Kelvina-Helmholtza powolnej kompresji grawitacyjnej , ale sam taki proces może nie wystarczyć do wyjaśnienia produkcji ciepła dla Saturna, ponieważ jest on mniej masywny. Alternatywnym lub dodatkowym mechanizmem może być generowanie ciepła poprzez „wylewanie” kropel helu głęboko we wnętrzu Saturna. Gdy kropelki opadają przez wodór o mniejszej gęstości, proces uwalnia ciepło przez tarcie i pozostawia zewnętrzne warstwy Saturna zubożone w hel. Te opadające kropelki mogły gromadzić się w otoczce helowej otaczającej rdzeń. Sugeruje się, że opady deszczu diamentów występują wewnątrz Saturna, a także na Jowiszu i lodowych olbrzymach Uranie i Neptunie.

Atmosfera

Pasma metanu okrążają Saturna. Księżyc Dione wisi pod pierścieniami po prawej stronie.

Zewnętrzna atmosfera Saturna zawiera 96,3% wodoru cząsteczkowego i 3,25% helu objętościowo. Udział helu jest znacznie ubogi w porównaniu z obfitością tego pierwiastka w Słońcu. Ilość pierwiastków cięższych od helu ( metaliczność ) nie jest dokładnie znana, ale zakłada się, że proporcje odpowiadają pierwotnym obfitościom z powstania Układu Słonecznego . Szacuje się, że całkowita masa tych cięższych pierwiastków jest 19–31 razy większa od masy Ziemi, przy czym znaczna część znajduje się w regionie jądra Saturna.

W atmosferze Saturna wykryto śladowe ilości amoniaku, acetylenu , etanu , propanu , fosfiny i metanu . Górne chmury składają się z kryształów amoniaku, podczas gdy chmury dolnego poziomu wydają się składać z wodorosiarczku amonu ( NH
4
SH
) lub woda. Promieniowanie ultrafioletowe ze Słońca powoduje fotolizę metanu w górnych warstwach atmosfery, prowadząc do szeregu reakcji chemicznych węglowodorów , w których powstałe produkty są przenoszone w dół przez wiry i dyfuzję . Ten cykl fotochemiczny jest modulowany przez roczny cykl sezonowy Saturna.

Warstwy chmur

Globalna burza opasuje planetę w 2011 roku. Burza przechodzi wokół planety, tak że jej głowa (jasny obszar) mija jej ogon.

Atmosfera Saturna wykazuje pasmowy wzór podobny do Jowisza, ale pasma Saturna są znacznie słabsze i znacznie szersze w pobliżu równika. Nomenklatura użyta do opisania tych pasm jest taka sama jak na Jowiszu. Drobniejsze układy chmur na Saturnie nie były obserwowane aż do przelotów sondy Voyager w latach 80. XX wieku. Od tego czasu teleskop naziemny poprawił się do punktu, w którym można prowadzić regularne obserwacje.

Skład chmur zmienia się wraz z głębokością i wzrostem ciśnienia. W górnych warstwach chmur, o temperaturze 100–160 K i ciśnieniu 0,5–2 bar , chmury składają się z lodu amoniakalnego. Chmury lodu wodnego zaczynają się na poziomie, gdzie ciśnienie wynosi około 2,5 bara i sięgają do 9,5 bara, gdzie temperatury wahają się od 185 do 270 K. W tej warstwie przemieszany jest pas lodu wodorosiarczkowego amonu, leżący w zakresie ciśnień 3–6 bar przy temperaturach 190-235 K. Wreszcie, dolne warstwy, w których ciśnienie wynosi od 10 do 20 bar, a temperatura wynosi 270-330 K, zawiera obszar kropel wody z amoniakiem w roztworze wodnym.

Zwykle nijaka atmosfera Saturna od czasu do czasu wykazuje długowieczne owale i inne cechy wspólne na Jowiszu. W 1990 roku Kosmiczny Teleskop Hubble'a sfotografował ogromny biały obłok w pobliżu równika Saturna, którego nie było podczas spotkań Voyagera , aw 1994 roku zaobserwowano kolejną mniejszą burzę. Burza z 1990 roku była przykładem Wielkiej Białej Plamy , unikalnego, ale krótkotrwałego zjawiska, które pojawia się raz na rok saturnowy, mniej więcej co 30 lat ziemskich, mniej więcej w czasie przesilenia letniego na półkuli północnej . Poprzednie Wielkie Białe Plamy zaobserwowano w latach 1876, 1903, 1933 i 1960, przy czym najsłynniejszy był sztorm z 1933 roku. Jeśli okresowość zostanie utrzymana, kolejna burza nastąpi około 2020 roku.

Wiatry na Saturnie są drugą najszybszą wśród planet Układu Słonecznego, po Neptunie. Dane Voyagera wskazują na szczytowe wschodnie wiatry o prędkości 500 m/s (1800 km/h). Na zdjęciach z sondy Cassini w 2007 roku północna półkula Saturna miała jasny niebieski odcień, podobny do Urana. Kolor był najprawdopodobniej spowodowany rozpraszaniem Rayleigha . Termografia wykazała, że ​​południowy biegun Saturna ma ciepły wir polarny , jedyny znany przykład takiego zjawiska w Układzie Słonecznym. Podczas gdy temperatury na Saturnie wynoszą zwykle −185 °C, temperatury w wirze często sięgają nawet −122 °C, przypuszczalnie najcieplejszym miejscu na Saturnie.

Sześciokątny wzór chmury bieguna północnego

Biegun północny Saturna ( animacja w podczerwieni )
Biegun południowy Saturna
Sześciokątny wzór burzy wokół bieguna północnego Saturna


Utrzymujący się sześciokątny wzór fal wokół północnego wiru polarnego w atmosferze na około 78°N po raz pierwszy zauważono na zdjęciach Voyagera . Boki sześciokąta mają długość około 14.500 km (9000 mil), czyli więcej niż średnica Ziemi. Cała konstrukcja obraca się z okresem 10 h 39 m 24 s (ten sam, co okres emisji radiowych planety), który zakłada się, że jest równy okresowi rotacji wnętrza Saturna. Sześciokątna cecha nie zmienia długości geograficznej jak inne chmury w widzialnej atmosferze. Pochodzenie wzoru jest przedmiotem wielu spekulacji. Większość naukowców uważa, że ​​jest to wzór fali stojącej w atmosferze. Kształty wielokątne zostały odtworzone w laboratorium poprzez różnicową rotację płynów.

Wir bieguna południowego

Obrazowanie HST regionu bieguna południowego wskazuje na obecność strumienia strumieniowego , ale brak silnego wiru polarnego ani heksagonalnej fali stojącej. NASA poinformowała w listopadzie 2006 r., że Cassini zaobserwowała burzę „podobną do huraganu ” umieszczoną na biegunie południowym, która miała wyraźnie zaznaczoną ścianę oka . Chmury Eyewall nie były wcześniej widziane na żadnej innej planecie poza Ziemią. Na przykład zdjęcia z sondy Galileo nie ukazywały ściany oka w Wielkiej Czerwonej Plamie Jowisza.

Burza na biegunie południowym mogła trwać od miliardów lat. Ten wir jest porównywalny z wielkością Ziemi i wieje z prędkością 550 km/h.

Inne funkcje

Cassini zaobserwował szereg cech chmur znalezionych na północnych szerokościach geograficznych, nazywanych „sznurem pereł”. Te funkcje to usuwanie chmur, które znajdują się w głębszych warstwach chmur.

Magnetosfera

Polarne zorze polarne na Saturnie
Światła zorzy polarnej na północnym biegunie Saturna
Emisje radiowe wykryte przez Cassini

Saturn posiada wewnętrzne pole magnetyczne, które ma prosty, symetryczny kształt – dipol magnetyczny . Jego siła na równiku – 0,2  gausa (20  µT ) – wynosi w przybliżeniu jedną dwudziestą mocy pola wokół Jowisza i jest nieco słabsza niż pole magnetyczne Ziemi. W rezultacie magnetosfera Saturna jest znacznie mniejsza niż magnetosfera Jowisza. Kiedy Voyager 2 wszedł w magnetosferę, ciśnienie wiatru słonecznego było wysokie, a magnetosfera rozciągnęła się tylko na 19 promieni Saturna, czyli 1,1 miliona km (712 000 mil), chociaż powiększyła się w ciągu kilku godzin i pozostała taka przez około trzy dni. Najprawdopodobniej pole magnetyczne jest generowane podobnie jak Jowisz – przez prądy w warstwie ciekłego wodoru metalicznego, zwanej dynamem wodoru metalicznego. Ta magnetosfera skutecznie odbija cząstki wiatru słonecznego od Słońca. Księżyc Tytan krąży w zewnętrznej części magnetosfery Saturna i dostarcza plazmę ze zjonizowanych cząstek w zewnętrznej atmosferze Tytana. Magnetosfera Saturna, podobnie jak ziemska , wytwarza zorze polarne .

Orbita i obrót

Saturn i pierścienie widziane przez sondę Cassini (28 października 2016)

Średnia odległość między Saturnem a Słońcem wynosi ponad 1,4 miliarda kilometrów (9  AU ). Przy średniej prędkości orbitalnej 9,68 km/s Saturnowi zajmuje 10 759 ziemskich dni (czyli około 29+12  lata), aby zakończyć jeden obrót wokół Słońca. W konsekwencji tworzyz Jowiszem rezonans o średnim ruchu zbliżonym do 5:2. Eliptyczna orbita Saturna jest nachylona 2,48° w stosunku do płaszczyzny orbity Ziemi. Odległości peryhelium i aphelium wynoszą średnio odpowiednio 9,195 i 9,957 AU. Widoczne cechy na Saturnie obracają się w różnym tempie w zależności od szerokości geograficznej, a różnym regionom przypisano wiele okresów rotacji (tak jak w przypadku Jowisza).

Astronomowie używają trzech różnych systemów do określania szybkości rotacji Saturna. System I ma okres 10 h 14 m 00 s (844,3°/d) i obejmuje strefę równikową, południowy pas równikowy i północny pas równikowy. Uważa się, że regiony polarne mają tempo rotacji podobne do Systemu I . Wszystkie inne szerokości geograficzne Saturna, z wyjątkiem obszarów polarnych północnych i południowych, są oznaczone jako System II i mają przypisany okres obrotu wynoszący 10 h 38 m 25,4 s (810,76°/d). System III odnosi się do wewnętrznego tempa rotacji Saturna. W oparciu o emisje radiowe z planety wykryte przez sondy Voyager 1 i Voyager 2 , System III ma okres obrotu 10 godz. 39 m 22,4 s (810,8°/d). System III w dużej mierze zastąpił System II.

Dokładna wartość okresu rotacji wnętrza pozostaje nieuchwytna. Podczas zbliżania się do Saturna w 2004 roku Cassini odkrył, że okres rotacji radiowej Saturna znacznie się zwiększył, do około 10 h 45 m 45 s ± 36 s . Szacunkowa rotacja Saturna (jako wskazana prędkość rotacji Saturna jako całości) oparta na zestawieniu różnych pomiarów z sond Cassini , Voyager i Pioneer wynosi 10 h 32 m 35 s . Badania pierścienia C planety dają okres rotacji 10 h 33 m 38 s + 1 m 52 s
1 m 19 s
.

W marcu 2007 roku odkryto, że zmienność emisji radiowych z planety nie zgadza się z tempem rotacji Saturna. Ta rozbieżność może być spowodowana aktywnością gejzeru na księżycu Saturna Enceladusie . Para wodna wyemitowana na orbitę Saturna w wyniku tej aktywności zostaje naładowana i wywiera opór na pole magnetyczne Saturna, spowalniając nieco jego obrót w stosunku do obrotu planety.

Pozorną osobliwością Saturna jest to, że nie ma na nim żadnych znanych asteroid trojańskich . Są to mniejsze planety krążące wokół Słońca w stabilnych punktach Lagrange'a , oznaczonych L 4 i L 5 , położonych pod kątem 60° do planety wzdłuż jej orbity. Asteroidy trojańskie zostały odkryte dla Marsa , Jowisza, Urana i Neptuna. Uważa się, że przyczyną zaginięcia trojanów saturnowych są mechanizmy rezonansu orbitalnego , w tym rezonans świecki .

Naturalne satelity

Montaż Saturna i jego głównych księżyców ( Dione , Tethys , Mimas , Enceladus , Rhea i Titan ; Iapetus nie pokazano). Ten obraz powstał ze zdjęć wykonanych w listopadzie 1980 roku przez sondę Voyager 1 .

Saturn ma 82 znane księżyce , z których 53 ma formalne nazwy. Ponadto, istnieją dowody z kilkudziesięciu do kilkuset moonlets o średnicach 40-500 metrów w pierścieniach Saturna, które nie są uważane za prawdziwe księżyce. Tytan , największy księżyc, zawiera ponad 90% masy na orbicie wokół Saturna, łącznie z pierścieniami. Drugi co do wielkości księżyc Saturna, Rhea , może mieć swój własny , wątły układ pierścieni wraz z delikatną atmosferą .

Możliwy początek nowiu (biała kropka) Saturna (zdjęcie wykonane przez Cassini 15 kwietnia 2013)

Wiele innych księżyców jest małych: 34 ma średnicę mniejszą niż 10 km, a kolejne 14 ma średnicę od 10 do 50 km. Tradycyjnie większość księżyców Saturna nosi nazwy tytanów z mitologii greckiej. Tytan jest jedynym satelitą w Układzie Słonecznym z dużą atmosferą , w której zachodzi złożona chemia organiczna . Jest to jedyny satelita z jeziorami węglowodorowymi .

6 czerwca 2013 r. naukowcy z IAA-CSIC poinformowali o wykryciu wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w górnej atmosferze Tytana, możliwego prekursora życia . 23 czerwca 2014 r. NASA twierdziła, że ​​ma mocne dowody na to, że azot w atmosferze Tytana pochodził z materiałów w obłoku Oorta , związanych z kometami , a nie z materiałów, które utworzyły Saturna we wcześniejszych czasach.

Księżyc Saturna Enceladus , który wydaje się podobny skład chemiczny do komet, często traktowany jako potencjalne siedlisko dla mikroorganizmów . Dowodem na tę możliwość są bogate w sól cząstki satelity o „podobnym do oceanu” składzie, który wskazuje, że większość wyrzuconego lodu z Enceladusa pochodzi z parowania płynnej słonej wody. Przelot Cassini w 2015 roku przez pióropusz na Enceladusie znalazł większość składników podtrzymujących formy życia, które żyją w procesie metanogenezy .

W kwietniu 2014 roku naukowcy NASA poinformowali o możliwym początku nowiu księżyca w pierścieniu A , który Cassini sfotografował 15 kwietnia 2013 roku.

Pierścienie planetarne

Te pierścienie Saturna (sfotografowane tu przez Cassini w 2007) są najbardziej masywna i dobrze widoczny w Układzie Słonecznym.
Obraz UV w fałszywych kolorach zewnętrznych pierścieni B i A Saturna ; brudniejsze loki w Dywizji Cassini i Encke Gap pokazują się na czerwono.

Saturn jest prawdopodobnie najbardziej znany z systemu pierścieni planetarnych, który czyni go wyjątkowym wizualnie. Pierścienie rozciągają się od 6630 do 120700 kilometrów (4120 do 75000 mil) na zewnątrz od równika Saturna i średnio około 20 metrów (66 stóp) grubości. Składają się głównie z lodu wodnego, ze śladowymi ilościami zanieczyszczeń tholinowych i otoczką pieprzową z około 7% węgla amorficznego . Cząsteczki tworzące pierścienie mają wielkość od drobinek kurzu do 10 m. Podczas gdy inne gazowe olbrzymy również mają systemy pierścieni, Saturn jest największym i najbardziej widocznym.

Istnieją dwie główne hipotezy dotyczące pochodzenia pierścieni. Jedna z hipotez głosi, że pierścienie są pozostałością zniszczonego księżyca Saturna. Druga hipoteza głosi, że pierścienie są pozostałością pierwotnego materiału mgławicy , z którego powstał Saturn. Trochę lodu w pierścieniu E pochodzi z gejzerów księżycowego Enceladusa. Ilość wody w pierścieniach zmienia się promieniście, przy czym najbardziej zewnętrzny pierścień A jest najczystszy w wodzie lodowej. Tę rozbieżność w obfitości można wytłumaczyć bombardowaniem meteorów.

Poza głównymi pierścieniami, w odległości 12 milionów km od planety, znajduje się nieliczny pierścień Phoebe. Jest nachylony pod kątem 27° do pozostałych pierścieni i, podobnie jak Phoebe , krąży w sposób wsteczny .

Niektóre księżyce Saturna, w tym Pandora i Prometeusz , działają jako księżyce pasterskie, ograniczając pierścienie i zapobiegając ich rozprzestrzenianiu się. Pan i Atlas powodują słabe, liniowe fale gęstości w pierścieniach Saturna, które dały bardziej wiarygodne obliczenia ich mas.

Historia obserwacji i eksploracji

Galileo Galilei po raz pierwszy zaobserwował pierścienie Saturna w 1610 r

Obserwację i eksplorację Saturna można podzielić na trzy fazy. Pierwsza faza to obserwacje starożytne (takie jak gołym okiem ), przed wynalezieniem nowoczesnych teleskopów . Druga faza rozpoczęła się w XVII wieku obserwacjami teleskopowymi z Ziemi, które z czasem uległy poprawie. Trzecia faza to wizyty sond kosmicznych na orbicie lub w przelocie . W XXI wieku obserwacje teleskopowe są kontynuowane z Ziemi (w tym z obserwatoriów krążących wokół Ziemi, takich jak Kosmiczny Teleskop Hubble'a ) i, aż do wycofania się w 2017 r. , z orbitera Cassini wokół Saturna.

Starożytne obserwacje

Saturn był znany od czasów prehistorycznych, a we wczesnej historii był główną postacią w różnych mitologiach. Astronomowie babilońscy systematycznie obserwowali i rejestrowali ruchy Saturna. W starożytnej grece planeta była znana jako Φαίνων Phainon , aw czasach rzymskich była znana jako „gwiazda Saturna ”. W starożytnej mitologii rzymskiej planeta Phainon była święta dla tego rolniczego boga, od którego planeta wzięła swoją współczesną nazwę. Rzymianie uważali boga Saturnusa za odpowiednik greckiego boga Kronosa ; we współczesnej grece planeta zachowuje nazwę KronosΚρόνος : Kronos .

Grecki naukowiec Ptolemeusz oparł swoje obliczenia orbity Saturna na obserwacjach przeprowadzonych podczas jego opozycji . W astrologii hinduskiej istnieje dziewięć obiektów astrologicznych, znanych jako Navagrahas . Saturn jest znany jako " Shani " i osądza każdego na podstawie dobrych i złych uczynków dokonanych w życiu . Starożytna kultura chińska i japońska określała planetę Saturn jako „gwiazdę ziemską” (土星). Opierało się to na Pięciu Elementach, które tradycyjnie były używane do klasyfikowania elementów naturalnych.

W starożytnym języku hebrajskim Saturn nazywa się „Shabbathai”. Jej aniołem jest Cassiel . Jego inteligencja lub korzystne duch jest „Agȋȇl ( hebrajski : אגיאל , romanizowana'Agyal ), a jego duch ciemniejszy ( demon ) jest Zȃzȇl ( hebrajski : זאזל , romanizowanaZazl ). Zazel został opisany jako wielki anioł , przywoływany w magii Salomona , który jest „skuteczny w zaklęciach miłosnych ”. W Osmańskiego turecku , urdu i Malajski , nazwa Zazel jest „Zuhal”, pochodzi z języka arabskiego ( arabski : زحل , RomanizedZuhal ).

Obserwacje europejskie (XVII-XIX w.)

Robert Hooke zauważył cienie ( i b ) obsada zarówno globu i pierścienie na siebie na tym rysunku Saturna w 1666 roku.

Pierścienie Saturna wymagają do rozdzielenia co najmniej teleskopu o średnicy 15 mm, a zatem nie wiedziano o istnieniu ich, dopóki Christiaan Huygens nie zobaczył ich w 1655 i opublikował na ten temat w 1659. Galileusz , ze swoim prymitywnym teleskopem w 1610, błędnie sądził, że nie całkiem okrągłe jak dwa księżyce po bokach Saturna. Dopiero Huygens użył większego powiększenia teleskopowego, aby obalić ten pogląd, a pierścienie naprawdę po raz pierwszy widziano. Huygens odkrył także Tytana, księżyc Saturna; Giovanni Domenico Cassini odkrył później cztery inne księżyce: Iapetus , Rhea , Tethys i Dione . W 1675 Cassini odkrył lukę znaną obecnie jako Dywizja Cassini .

Nie dokonano dalszych znaczących odkryć aż do 1789 r., kiedy William Herschel odkrył dwa kolejne księżyce, Mimas i Enceladus . Satelita Hyperion o nieregularnym kształcie , który ma rezonans z Tytanem, został odkryty w 1848 roku przez brytyjski zespół.

W 1899 William Henry Pickering odkrył Phoebe, wysoce nieregularnego satelitę , który nie obraca się synchronicznie z Saturnem, jak robią to większe księżyce. Phoebe była pierwszym znalezionym takim satelitą, a okrążenie Saturna po orbicie wstecznej zajmuje ponad rok . Na początku XX wieku badania nad Tytanem doprowadziły w 1944 roku do potwierdzenia, że ​​posiada on gęstą atmosferę – cechę wyjątkową wśród księżyców Układu Słonecznego.

Nowoczesne sondy NASA i ESA

Przelot Pioneer 11

Pionier 11 obraz Saturna

Pioneer 11 wykonał pierwszy przelot obok Saturna we wrześniu 1979 roku, kiedy przeleciał w odległości 20 000 km od wierzchołków chmur planety. Wykonano zdjęcia planety i kilku jej księżyców, chociaż ich rozdzielczość była zbyt niska, aby dostrzec szczegóły powierzchni. Sonda zbadała również pierścienie Saturna, ujawniając cienki pierścień F oraz fakt, że ciemne przerwy w pierścieniach są jasne, gdy patrzy się na nie pod dużym kątem fazowym (w kierunku Słońca), co oznacza, że ​​zawierają drobną materię rozpraszającą światło. Ponadto Pioneer 11 zmierzył temperaturę Tytana.

Przelot Voyagera

W listopadzie 1980 sonda Voyager 1 odwiedziła układ Saturna. Odesłał pierwsze zdjęcia planety w wysokiej rozdzielczości, jej pierścieni i satelitów. Po raz pierwszy zaobserwowano cechy powierzchni różnych księżyców. Voyager 1 wykonał przelot w pobliżu Tytana, zwiększając wiedzę o atmosferze księżyca. Okazało się, że atmosfera Tytana jest nieprzenikniona w widzialnych długościach fal ; dlatego nie zaobserwowano żadnych szczegółów powierzchni. Przelot zmienił trajektorię statku kosmicznego z płaszczyzny Układu Słonecznego.

Prawie rok później, w sierpniu 1981 roku, Voyager 2 kontynuował badania układu Saturna. Uzyskano więcej zbliżeń księżyców Saturna, a także dowody na zmiany w atmosferze i pierścieniach. Niestety podczas przelotu platforma kamery obrotowej sondy utknęła na kilka dni i część planowanych zdjęć została utracona. Grawitacja Saturna została wykorzystana do kierowania trajektorii statku kosmicznego w kierunku Urana.

Sondy odkryły i potwierdziły kilka nowych satelitów krążących w pobliżu lub w obrębie pierścieni planety, a także małą przerwę Maxwella (przerwę w pierścieniu C ) i przerwę Keelera (przerwę w pierścieniu A o szerokości 42 km ).

Sonda Cassini-Huygens

Cassini-Huygens sonda weszła na orbitę wokół Saturna w dniu 1 lipca 2004 roku, w czerwcu 2004, to przeprowadził bliskiego przelotu z Phoebe , wysyłanie obrazów o wysokiej rozdzielczości i danych. Cassini „s flyby największego księżyca Saturna, Tytana, obrazach radarowych dużych jezior i ich linii brzegowych z licznych wysp i gór. Orbiter zakończył dwa przeloty obok Tytana przed wypuszczeniem sondy Huygens w dniu 25 grudnia 2004 r. Huygens zszedł na powierzchnię Tytana 14 stycznia 2005 r.

Od początku 2005 roku naukowcy wykorzystywali sondę Cassini do śledzenia błyskawic na Saturnie. Moc błyskawicy jest około 1000 razy większa niż błyskawica na Ziemi.

Na biegunie południowym Enceladusa gejzery rozpylają wodę z wielu miejsc wzdłuż tygrysich pasów .

W 2006 roku NASA poinformowała, że Cassini znalazła dowody na istnienie zbiorników wody w stanie ciekłym nie więcej niż kilkadziesiąt metrów pod powierzchnią, które wybuchają w gejzerach na księżycu Saturna Enceladusie . Te dżety lodowych cząstek są emitowane na orbitę wokół Saturna z otworów wentylacyjnych w południowym regionie polarnym Księżyca. Na Enceladusie zidentyfikowano ponad 100 gejzerów. W maju 2011 roku naukowcy NASA poinformowali, że Enceladus „wyłania się jako najbardziej nadające się do zamieszkania miejsce poza Ziemią w Układzie Słonecznym dla życia, jakie znamy”.

Fotografie Cassini ujawniły wcześniej nieodkryty pierścień planetarny, poza jaśniejszymi głównymi pierścieniami Saturna i wewnątrz pierścieni G i E. Przypuszcza się, że źródłem tego pierścienia jest zderzenie meteoroidu z Janusem i Epimeteuszem . W lipcu 2006 r. zwrócono zdjęcia jezior węglowodorowych w pobliżu bieguna północnego Tytana, których obecność potwierdzono w styczniu 2007 r. W marcu 2007 r. w pobliżu bieguna północnego odkryto morza węglowodorowe, z których największe jest prawie wielkości Morza Kaspijskiego . W październiku 2006 r. sonda wykryła przypominającą cyklon burzę o średnicy 8000 km ze ścianą oczną na południowym biegunie Saturna.

Od 2004 r. do 2 listopada 2009 r. sonda odkryła i potwierdziła osiem nowych satelitów. W kwietniu 2013 r. Cassini przesłała zdjęcia huraganu na północnym biegunie planety 20 razy większego niż te znalezione na Ziemi, z wiatrami przekraczającymi 530 km/h (330 mph). 15 września 2017 roku sonda Cassini-Huygens wykonała „Wielki Finał” swojej misji: kilka przejść przez szczeliny między wewnętrznymi pierścieniami Saturna i Saturna. Wpis atmosferyczny z Cassini zakończyła misję.

Możliwe przyszłe misje

Dalsza eksploracja Saturna jest nadal uważana za realną opcję dla NASA w ramach trwającego programu misji New Frontiers . NASA wcześniej poprosiła o przedstawienie planów misji na Saturna, która obejmowała sondę wlotową do atmosfery Saturna oraz możliwe badania nad możliwością zamieszkania i możliwym odkryciem życia na księżycach Saturna Tytanie i Enceladusie przez Dragonfly .

Obserwacja

Amatorski widok teleskopowy Saturna

Saturn jest najbardziej odległą z pięciu planet łatwo widocznych gołym okiem z Ziemi, pozostałe cztery to Merkury , Wenus , Mars i Jowisz. (Uran i czasami 4 Westa są widoczne gołym okiem na ciemnym niebie.) Saturn widziany jest gołym okiem na nocnym niebie jako jasny, żółtawy punkt świetlny. Średnia jasność pozorna Saturna wynosi 0,46 przy odchyleniu standardowym 0,34. Większość zmian wielkości wynika z nachylenia układu pierścieni względem Słońca i Ziemi. Najjaśniejsza, -0,55, pojawia się w czasie, gdy płaszczyzna pierścieni jest najbardziej nachylona, ​​a najsłabsza jasność, 1,17, pojawia się w czasie, gdy są one najmniej nachylone. Ukończenie całego obiegu ekliptyki na tle konstelacji zodiaku zajmuje planecie około 29,5 roku . Większość ludzi będzie potrzebować pomocy optycznej (bardzo dużej lornetki lub małego teleskopu), która powiększa co najmniej 30 razy, aby uzyskać obraz pierścieni Saturna o wyraźnej rozdzielczości. Kiedy Ziemia przechodzi przez płaszczyznę pierścieni, co ma miejsce dwa razy w ciągu roku saturnowego (mniej więcej co 15 lat ziemskich), pierścienie na krótko znikają z pola widzenia, ponieważ są tak cienkie. Takie „zniknięcie” nastąpi w 2025 roku, ale Saturn będzie zbyt blisko Słońca, by można było go obserwować.

Symulowany wygląd Saturna widziany z Ziemi (na opozycji) podczas orbity Saturna, 2001-2029
Saturn zaćmie Słońce, jak widać z Cassini . Widoczne są pierścienie, w tym pierścień F.

Saturn i jego pierścienie najlepiej widać, gdy planeta znajduje się w opozycji lub w jej pobliżu, w konfiguracji planety, gdy znajduje się na wydłużeniu o 180°, a zatem pojawia się na niebie naprzeciwko Słońca. Opozycja Saturna pojawia się co roku — mniej więcej co 378 dni — i powoduje, że planeta pojawia się najjaśniejsza. Zarówno Ziemia, jak i Saturn krążą wokół Słońca po ekscentrycznych orbitach, co oznacza, że ​​ich odległości od Słońca zmieniają się w czasie, a tym samym ich odległości od siebie, a tym samym zmieniają się jasność Saturna w zależności od opozycji. Saturn również wydaje się jaśniejszy, gdy pierścienie są ustawione pod takim kątem, że są bardziej widoczne. Na przykład podczas opozycji 17 grudnia 2002 r. Saturn pojawił się najjaśniej ze względu na korzystną orientację jego pierścieni względem Ziemi, mimo że Saturn był bliżej Ziemi i Słońca pod koniec 2003 r.

HST Portret Saturn z 20 czerwca 2019 r.

Od czasu do czasu Saturn jest zasłonięty przez Księżyc (czyli Księżyc zasłania Saturna na niebie). Podobnie jak w przypadku wszystkich planet Układu Słonecznego, zakrycia Saturna występują w „porach roku”. Okultacje saturniańskie będą miały miejsce co miesiąc przez około 12 miesięcy, a następnie przez okres około pięciu lat, w którym taka aktywność nie jest rejestrowana. Orbita Księżyca jest nachylona o kilka stopni w stosunku do Saturna, więc zakrycia wystąpią tylko wtedy, gdy Saturn znajdzie się w pobliżu jednego z punktów na niebie, gdzie przecinają się te dwie płaszczyzny (zarówno długość roku Saturna, jak i okres precesji węzłowej 18,6 roku ziemskiego orbita Księżyca wpływa na okresowość).

Pożegnanie Saturna i księżyców ( Enceladus , Epimetheus , Janus , Mimas , Pandora i Prometheus ), autor Cassini (21 listopada 2017).

Uwagi

Bibliografia

Dalsza lektura

Zobacz też

Zewnętrzne linki

Posłuchaj tego artykułu ( 40 minut )
Mówiona ikona Wikipedii
Ten plik audio został utworzony na podstawie rewizji tego artykułu z dnia 18 sierpnia 2013 r. i nie odzwierciedla kolejnych edycji. ( 2013-08-18 )