SATURN: CHARAKTERYSTYKA, SKŁAD, ORBITA, STRUKTURA - ARTE - 2026

Saturn to druga po Jowiszu co do wielkości planeta w Układzie Słonecznym. Znany ze swojego układu pierścieni, należy do planet zwanych Jowianami, które znajdują się za pasem asteroid, który oddziela je od planet skalistych.

Znany od czasów starożytnych, ponieważ jest to jedna z 5 planet widocznych gołym okiem i najdalej od nich, Galileusz jako pierwszy obserwował ją przez teleskop w 1610 roku. Chociaż zauważył deformację spowodowaną przez pierścienie, brak rozdzielczości instrumentu nie zauważył pozwoliło mu wyróżnić jego kształt.

Gazowa planeta Saturn, w porównaniu z Ziemią, jest 95 razy mniejsza. Źródło: Saturn zdjęcie: NASA / JPL / Space Science Institute Zdjęcie Ziemi: NASA / załoga Apollo 17 / domena publiczna.

Dopiero wiele lat później, w 1659 roku, Christian Huygens trafnie opisał słynne pierścienie. Niedługo później włoski astronom Giovanni Cassini zdał sobie sprawę, że pierścienie mają podział, który obecnie nazywa się dywizją Cassiniego.

Chociaż starożytni astronomowie nie mogli szczegółowo opisać układu pierścieni, już wspaniały widok planety musiał wywrzeć na nich wrażenie na tyle, by nadać jej nazwy takie jak „Alap Sahmas” (gwiazda Słońca) dla Chaldejczyków, „Phaenon” (jasna jak Słońce) dla Greków lub „Khima” (odpowiedzialna za powszechną potop) dla Hebrajczyków.

Starożytni Rzymianie skojarzyli planetę z greckim bogiem Cronosem, ojcem Zeusa, którego nazywali Saturnem. Na cześć tego bóstwa w grudniu obchodzono święta zwane Saturnalia, które starożytni chrześcijanie później kojarzyli z Bożym Narodzeniem.

Inne starożytne kultury, takie jak Hindusi, Chińczycy i Majowie, również mają w swoich zapisach obserwacje planety. Dla Majów daty koniunkcji Saturna, Jowisza i Marsa były świąteczne.

Ogólna charakterystyka Saturna

Saturn nie jest tak duży jak Jowisz, stanowi tylko jedną trzecią jego masy, a jego promień jest o 16% mniejszy.

Jest to najmniej gęsta z planet; przy 687 kg / m ³ mógłby unosić się na wodzie, gdyby istniał wystarczająco duży ocean, aby go pomieścić. Składa się głównie z wodoru i helu, najlżejszych znanych pierwiastków, chociaż zawiera inne w znacznie mniejszej proporcji.

Saturn ma własne pole magnetyczne, mniej intensywne niż Jowisz, ale znacznie większe niż ziemskie, z osią magnetyczną równoległą do osi obrotu. Dlatego też zorze polarne są powszechne w postaci koncentrycznych okręgów w każdym regionie polarnym. Powstają one w wyniku ruchu naładowanych elektrycznie cząstek w środku intensywnego pola magnetycznego planety.

Inną charakterystyczną cechą Saturna jest ciepło, które wyrzuca w przestrzeń, emitując prawie dwa razy więcej energii niż otrzymuje od Słońca. Wnętrze Saturna jest bardzo gorące i naukowcy uważają, że jest to spowodowane kondensacją ciekłego wodoru pod wysokim ciśnieniem. .

Ciśnienie wewnątrz Saturna jest milion razy większe niż ciśnienie atmosferyczne na Ziemi. Kropelki ciekłego wodoru zwiększają prędkość, gdy przemieszczają się w kierunku środka planety, wytwarzając ciepło.

Ciekły wodór zachowuje się jak metal i jest odpowiedzialny nie tylko za wypromieniowane ciepło, ale także za efekt dynamo, który wytwarza pole magnetyczne.

Atmosfera Saturna przypomina atmosferę Jowisza, z podobnym wzorem jasnych i ciemnych pasm. Chmury składają się z kryształów amoniaku, wody i wodorosiarczku amonu.

Na Ziemi występują silne wiatry i sporadyczne burze, które trwają miesiącami. Wiatry równikowe na Saturnie mogą osiągnąć 500 m / s.

Podsumowanie głównych cech fizycznych planety

-Masa: 5,69 x 10 ²⁶ kg.

-Równoważnik promień: 6,0 x 10 ⁴ km

-Promień biegunowy : 5,4 x 10 ⁴ km

-Kształt: spłaszczony.

-Średnia odległość do Słońca: 1,4 x 10 ⁹ km

- Nachylenie orbity : 2,5º względem ekliptyki.

-Temperatura : od -139 do -189 ºC.

-Grawitacja: 10,4 m / s ²

-Własne pole magnetyczne: tak.

-Atmosfera: Tak, głównie wodór.

-Gęstość: 687 kg / m ³

-Satelity: 82 formalnie wyznaczone, wiele innych małych księżyców, bez oznaczenia.

-Pierścienie: Tak, złożony system.

Pierścienie Saturna

Układ pierścieni Saturna jest wyjątkowy w Układzie Słonecznym ze względu na jego niezwykłe piękno. Źródło: Pixabay.

Pierścienie są znakiem rozpoznawczym Saturna, ponieważ chociaż inne gazowe giganty również je posiadają, bez wątpienia te z tej planety są najbardziej spektakularne.

Pierścienie składają się głównie z lodu i skał i utrzymują swój kształt dzięki działaniu grawitacyjnemu niektórych wyspecjalizowanych satelitów: satelitów pasterskich.

Ilustracja pierścieni Saturna

Początkowo, z powodu braku rozdzielczości w ich teleskopach, astronomowie myśleli, że pierścienie tworzyły ciągły dysk materii wokół planety. W każdym razie grubość systemu jest znikoma, co najwyżej zaledwie kilometr, aw niektórych regionach może wynosić metry.

Włoski astronom Giovanni Cassini jako pierwszy zauważył istnienie między nimi linii podziału około 1675 roku.

Wiele lat później francuski matematyk Pierre de Laplace zwrócił uwagę, że w rzeczywistości istnieje wiele cienkich pierścieni. Wreszcie James Clerk Maxwell zbudował model, w którym zaproponował, że pierścienie składają się z wielu cząstek, z których każda krąży po niezależnej orbicie.

Astronomowie rozróżniają pierścienie z literami alfabetu. Siedem głównych i najjaśniejszych pierścieni to A, B, C i D, a E, F i G są jaśniejsze.

Istnieją również tysiące słabszych pierścieni. Najjaśniejszy i najbardziej wysunięty na zewnątrz został wykryty przez teleskop na podczerwień i nazywany jest pierścieniem Phoebe.

Renderowanie artysty przedstawiające pierścienie Saturna i większych satelitów. Źródło: photojournal.jpl.nasa.gov.

Podział Cassiniego oddziela pierścień A od pierścienia B, ale w tym samym pierścieniu A znajduje się ciemny obszar zwany podziałem Enckego, utrzymywany przez jeden z satelitów Saturna: Pan. W tym regionie znajduje się również niezwykle cienki pierścień.

Istnieją podziały o różnej szerokości, nazwane również na cześć znanych astronomów: Colombo, Huygens, Maxwell i Keeler.

Pochodzenie pierścieni

Pierścienie składają się z cząstek o rozmiarach od ziarenek piasku (mikronów) do ogromnych skał o długości kilkudziesięciu metrów, ale astronomowie zgadzają się, że nie powstały w tym samym czasie co planeta, ale bardzo niedawno.

Szacuje się, że główne pierścienie A, B i C mają prawdopodobnie kilkaset milionów lat, a to bardzo mało z astronomicznego punktu widzenia. Naukowcy są pewni, że wszystkie planety Układu Słonecznego powstały w tym samym czasie, około 4,6 miliarda lat temu.

Materiał, z którego składają się pierścienie, mógł pochodzić z komety, meteoru lub księżyca, które zostały rozdrobnione pod wpływem grawitacji planety. W każdym razie nie jest to pozostałość po formacji planety.

Z pewnością pochodzenie pierścieni jest obecnie niepewne, ale panuje powszechna zgoda co do tego, że są one raczej niestabilne, więc tak szybko, jak się uformowały, mogą zniknąć w ciągu kilku milionów lat.

Ruch tłumaczeniowy

Orbita Saturna. Średnia odległość między Saturnem a Słońcem wynosi ponad 1 400 000 000 km (9 AU). Przy średniej prędkości orbitalnej 9,69 km / s Saturn potrzebuje 10 759 ziemskich dni, aby okrążyć Słońce. Źródło: Todd K. Timberlake, autor Easy Java Simulation = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0)

Saturn potrzebuje 29 lat i 167 dni, aby podróżować po swojej orbicie wokół Słońca. Co ciekawe, Saturn i Jowisz są w rezonansie orbitalnym, ponieważ zachodzi między nimi oddziaływanie grawitacyjne. Oczywiście przyciąganie Słońca jest znacznie większe, ale wpływa również na Jowisza.

Kiedy istnieje rezonans orbitalny między obiektami astronomicznymi, ich okresy orbitalne zachowują pewną proporcję, zawsze z małymi liczbami. W przypadku Saturna-Jowisza ten ostatni obraca się o 5 zwojów na każde 2 obroty Saturna i uważa się, że rezonans ten ma stabilizujący wpływ na orbity obu planet.

Rezonans orbitalny zachodzący między cząstkami tworzącymi pierścienie Saturna a satelitami krążącymi między nimi wywiera potężny wpływ na strukturę pierścieni, na przykład na istnienie rozszczepienia Cassiniego.

Saturn to planeta w Układzie Słonecznym z największą liczbą satelitów, 6 z nich ma powiązane okresy orbitalne, zobaczmy:

-Mimas i Tethys, w stosunku 1: 2. Za 1 turę Mimasa Tethys obraca się 2 razy.

-Encélado i Dione, w stosunku 1: 2.

-Hyperion i Titan w stosunku 4: 3.

Wreszcie godne uwagi jest to, że 85% pędu kątowego Układu Słonecznego koncentruje się na Jowiszu i Saturnie, dwóch największych planetach, w przeciwieństwie do Słońca, które pomimo największego udziału masy ma niewielki moment pędu.

Moment pędu systemu jest interesującą wielkością fizyczną, ponieważ jest zachowywany przy braku interakcji zewnętrznych. Aby nastąpiła zmiana, wymagany jest moment obrotowy netto od wewnątrz.

Dane ruchu Saturna

Poniższe dane krótko opisują ruch Saturna:

-Średni promień orbity: 1,43 x 109 km

- Nachylenie orbity : 2,5 ° w stosunku do płaszczyzny ekliptyki

-Mimośrodowość: 0,056

- Średnia prędkość orbitalna : 9,6 km / s

- Okres transferu : 29,46 lat

- Okres rotacji: 10,66 godziny

Kiedy i jak obserwować Saturna

Planeta Saturn jest uważana za lepszą planetę, ponieważ jej orbita znajduje się poza orbitą Ziemi. Wyższe planety to Jowisz, Saturn, Uran i Neptun. Wręcz przeciwnie, planety, których orbita jest najbliżej Słońca, nazywane są planetami gorszymi: Merkury i Wenus.

Najlepszym momentem na obserwację lepszej planety jest moment, gdy Ziemia znajduje się między nią a Słońcem. Z drugiej strony trudniej jest zobaczyć, gdy jest w koniunkcji, ponieważ znajduje się dalej od Ziemi i blisko Słońca, które ją przesłania. Sytuację przedstawia graficznie poniższy obrazek:

Opozycja i koniunkcja zewnętrznej planety. Źródło: Maran, S. Astronomy for Dummies.

Oczywiście jednym z głównych celów każdego obserwatora nieba jest oglądanie pierścieni, do czego wystarczy mały teleskop. Należy jednak wziąć pod uwagę, że czasami pierścienie są na krawędzi w stosunku do Ziemi i dlatego są niewidoczne.

Kąt, pod jakim patrzy się na pierścienie, zmienia się w ciągu 30 lat, czyli czasu, w którym Saturn okrąża Słońce.

Kolejne opozycje Saturna to:

-2020 : 20 lipca

-2021 : 2 sierpnia

-2022 : 14 sierpnia

-2023 : 27 sierpnia

-2024 : wrzesień 08

-2025 : 21 września

Ruch obrotowy

Saturn potrzebuje średnio 10,66 godziny na wykonanie jednego obrotu wokół własnej osi obrotu, chociaż nie wszystkie jego strefy obracają się w tym samym tempie. Na przykład na równiku prędkość obrotu wynosi 10,25 godziny, podczas gdy wewnątrz planety wynosi około 10,65 godziny.

Zjawisko to jest znane jako rotacja różnicowa i wynika z faktu, że planeta nie jest stała, jak powiedzieliśmy. Również ze względu na swój gazowo-ciekły charakter planeta ulega deformacji w wyniku ruchu obrotowego, spłaszczając się na biegunach.

Kompozycja

Skład Saturna jest zasadniczo taki sam jak skład Jowisza i innych planet gazowych: wodór i hel, tyle że na Saturnie udział wodoru jest wyższy, biorąc pod uwagę małą gęstość.

Ponieważ Saturn uformował się w zewnętrznym rejonie mgławicy, z której powstał Układ Słoneczny, planeta była w stanie szybko rosnąć i wychwytywać duże ilości wodoru i helu obecnych w mgławicy.

Z powodu ogromnych ciśnień i temperatur, które rosną w miarę zagłębiania się, wodór cząsteczkowy na powierzchni przekształca się w wodór metaliczny.

Chociaż planeta jest gazowa, w jej jądrze, które jest przynajmniej częściowo skaliste, znajduje się mniejszy odsetek cięższych pierwiastków, takich jak magnez, żelazo i krzem.

Oprócz tych pierwiastków występuje wiele różnych rodzajów lodu, takich jak lód amoniakalny, woda i lód metanowy, które mają tendencję do gromadzenia się w kierunku centrum planety, w którym panuje wysoka temperatura. Z tego powodu materiał jest w rzeczywistości płynny, a nie gazowy.

Obłoki Saturna składają się z amoniaku i lodu wodnego, natomiast w atmosferze oprócz tych substancji wykryto acetylen, metan, propan i ślady innych gazów.

Struktura wewnętrzna

Struktura wewnętrzna i zewnętrzna Saturna. Źródło: Kelvinsong / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Chociaż zdominowany przez wodór i hel, uważa się, że Saturn zawiera w naturze skaliste jądro. Podczas procesu formowania się planet Układu Słonecznego wokół tego jądra skondensowały się gazy w szybkim procesie, który pozwolił mu na szybki wzrost.

Jądro Saturna zawiera, jak powiedzieliśmy, skały oraz lotne pierwiastki i związki otoczone warstwą ciekłego wodoru. Naukowcy szacują, że ten rdzeń jest od 9 do 22 razy większy niż Ziemia: około 25 000 km w promieniu.

Ta warstwa ciekłego wodoru jest z kolei otoczona warstwami ciekłego wodoru i helu, które ostatecznie stają się gazowe w najbardziej zewnętrznych warstwach. Linia Frenkla to granica termodynamiczna, która oddziela płyn gazowy od cieczy.

Naturalne satelity Saturna

Według najnowszych danych Saturn ma 82 wyznaczone satelity i wiele małych księżyców, którym wciąż brakuje. To sprawia, że ​​Saturn jest planetą z jak dotąd największą liczbą satelitów.

System satelitarny Saturna jest bardzo złożony; na przykład wiadomo, że mają bezpośredni wpływ na pierścienie: satelity pasterskie.

Ponadto istnieją satelity trojańskie, które pozostają na stabilnej orbicie 60 ° przed lub za innymi satelitami. Na przykład księżyce Telesto i Calypso to trojany z Thetys, jednego z głównych satelitów Saturna.

Głównymi satelitami Saturna są Tytan, Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Hyperion, Iapetus i Phoebe. Satelity te były znane jeszcze przed misjami kosmicznymi, ale sondy badawcze do Saturna odkryły o wiele więcej.

Po lewej Mimas i ogromny krater uderzeniowy. Po prawej powierzchnia Tytana. Oba obrazy pochodzą z sondy Cassini. Źródło: Wikimedia Commons.

Największym ze wszystkich księżyców Saturna jest Tytan, który również ma własną atmosferę i jest drugim co do wielkości w całym Układzie Słonecznym, po Ganimedesie, wielkim księżycu Jowisza. Tytan jest nawet większy niż Merkury.

Z drugiej strony Enceladus, szósty księżyc Saturna pod względem wielkości, to ogromna śnieżka z niespodzianką: jej jądro pokryte jest oceanem gorącej wody w stanie ciekłym.

Saturn i Tytan, jego najważniejszy satelita

Ciekawostką wśród księżyców Saturna jest to, że istnieją satelity, których orbity są takie same, ale udaje im się nie zderzyć. Najbardziej godnymi uwagi z tych satelitów koorbitalnych są Janus i Epimetheus.

Nie wszystkie księżyce Saturna mają kształt sferoidalny, istnieje wiele nieregularnych satelitów, zwykle małych i orbitujących dość daleko od planety.

Tytan i jego atmosfera

Mozaika zdjęć Tytana w podczerwieni wykonanych przez sondę Cassini w 2015 roku. Źródło: NASA za pośrednictwem Wikimedia Commons.

Jest to największy i najważniejszy z satelitów Saturna, widoczny z Ziemi jako mały punkt świetlny za pomocą teleskopu. Holenderski astronom Christian Huygens jako pierwszy go zobaczył około 1655 roku, a John Herschel już w XIX wieku nazwał go Tytanem.

Jego przybliżona gęstość wynosi 1,9 g / cm ³ i chociaż zawiera skaliste jądro, jest to świat prawie w całości zbudowany z lodu.

Tytan ma gęstą atmosferę, w której dominuje azot i niewielki procent metanu, a także śladowe ilości węglowodorów. Jest to niezwykła rzadkość w Układzie Słonecznym, ponieważ innym satelitom brakuje własnej atmosfery.

Ma też oceany i opady, ale nie wodę, ale metan. Istnienie tego związku było znane od połowy XX wieku dzięki spektroskopii przeprowadzonej przez astronoma Gerarda Kuipera. Później sonda Voyager potwierdziła to odkrycie.

Ciekawostką na temat Tytana jest to, że wykryto tam wiele związków organicznych, oprócz metanu, który jest prekursorem życia. Mechanizm, dzięki któremu Tytan uzyskał tę osobliwą atmosferę, jest wciąż nieznany, ale jest bardzo interesujący, ponieważ obfitość węglowodorów jest znacznie większa niż na Ziemi.

W ramach misji Cassini na Saturna, sonda Huygens zdołała wylądować na powierzchni Tytana i znalazła zamarzniętą powierzchnię, ale pełną form terenu.

Chociaż Tytan cieszy się zróżnicowaną geologią i klimatem, jest to nieprzyjazny świat dla ludzi. Jego atmosfera jest bardzo dynamiczna; Na przykład wiadomo, że wieją wiatry o dużej prędkości, znacznie przewyższające największe huragany lądowe.

Misje na Saturna

Pioneer 11

Został wystrzelony przez NASA w 1973 roku i osiągnął orbitę Saturna kilka lat później, w 1979 roku. Podczas tej misji wykonano zdjęcia o niskiej rozdzielczości, a także znaleziono nieznane satelity i pierścienie, których nigdy nie widziano z Ziemi.

Sonda ostatecznie dryfowała w 1995 roku, ale miała tabliczkę ze słynną wiadomością stworzoną przez Carla Sagana i Franka Drake'a na wypadek, gdyby natknęli się na nią kosmiczni nawigatorzy.

Podróżnik

Misja ta polegała na wystrzeleniu dwóch sond: Voyager 1 i Voyager 2.

Chociaż Voyager 1 miał dotrzeć do Jowisza i Saturna, przekroczył już granice Układu Słonecznego, wkraczając w przestrzeń międzygwiazdową w 2012 roku. Wśród jego najważniejszych odkryć jest potwierdzenie istnienia atmosfery Tytana, a także ważne dane atmosfery Saturna i układu pierścieni.

Voyager 2 zebrał informacje o atmosferze Saturna, ciśnieniu atmosferycznym i wielu wysokiej jakości zdjęciach. Po odwiedzeniu Saturna sonda dotarła do Urana i Neptuna, po czym weszła w przestrzeń międzygwiazdową, podobnie jak sonda siostrzana.

Cassini

Misja Cassini była wspólnym projektem NASA, Europejskiej Agencji Kosmicznej i Włoskiej Agencji Kosmicznej. Został wystrzelony w 1997 roku z przylądka Canaveral, a jego celem było zbadanie planety Saturn i jej systemu satelitarnego.

Sonda dotarła do Saturna w 2004 roku i zdołała okrążyć planetę 294 razy, aż do 2017 roku, kiedy skończyło się paliwo. Sonda została następnie celowo zanurzona w Saturnie, aby nie zderzyć się z jednym z satelitów, a tym samym uniknąć skażenia radioaktywnego.

Cassini niósł sondę Huygens, pierwszy obiekt wykonany przez człowieka, który wylądował na świecie za pasem asteroid: Tytanie, największym satelicie Saturna.

Huygens dostarczył zdjęcia krajobrazu Tytana, a także strukturę pierścieni. Uzyskano również zdjęcia Mimasa, innego satelity Saturna, który otacza pierścienie. Pokazują ogromny krater Herschel z ogromną górą pośrodku.

Cassini potwierdziła również obecność wody na Enceladusie, szóstym lodowym księżycu Saturna o średnicy 500 km, który jest w rezonansie orbitalnym z Dione.

Enceladus, lodowy księżyc Saturna, w którym znajduje się ocean. Obraz sondy Cassini. Źródło: Wikimedia Commons. NASA / JPL / Space Science Institute / domena publiczna.

Woda Enceladusa jest gorąca, a planeta jest pełna gejzerów i fumaroli, które wydzielają parę wodną i związki organiczne, dlatego wielu uważa, że ​​może to być schronienie dla życia.

W przypadku Japeta, kolejnego z dużych satelitów Saturna, obrazy Cassini ujawniły ciemną stronę, której pochodzenie jest nadal nieokreślone.

Bibliografia

1. Niebo miesiąca. Koniunkcje i opozycje planet zewnętrznych. Odzyskany z: elcielodelmes.com.
2. Maran, S. Astronomy for Dummies.
3. GARNEK. Misje Cassini. Odzyskany z: solarsystem.nasa.gov.
4. Powell, M. The Naked Eye Planets in the Night Sky (i jak je zidentyfikować). Odzyskany z: nakedeyeplanets.com.
5. Nasiona, M. 2011, Układ Słoneczny. Wydanie siódme. Cengage Learning.
6. Wikipedia. Pierścień planetarny. Odzyskane z: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Saturn (planeta). Odzyskane z: es.wikipedia.org.
8. Wikipedia. Saturn (planeta). Odzyskane z: en.wikipedia.org.