Saturn

Füüsilised omadused

Saturn on lapik sferoid, mis tähendab, et ta on pooluste juures lapik ja paisub ekvaatori ümber. Planeedi ekvaatori läbimõõt on 120,536 km, samas kui polaarläbimõõt (kaugus põhjapoolusest lõunapooluseni) on 108,728 km; see on 9% erinevus. Saturnil on väga kiire pöörlemise tõttu (üks kord 10,8 tunni järel) lamedam kuju.

Saturn on ainus Päikesesüsteemi planeet, mis on veest väiksema tihedusega. Kuigi planeedi tuum on väga tihe, on ta gaasilise atmosfääriga, nii et planeedi keskmine eritihedus on 0,69 g/cm3 . See tähendab, et kui Saturn asetataks suurde veepaaki, siis ujuks ta pinnal.

Atmosfäär

Saturni atmosfääri välimine osa koosneb umbes 96% vesinikust, 3% heeliumist, 0,4% metaanist ja 0,01% ammoniaagist. Väga väikestes kogustes leidub ka atsetüleeni, etaani ja fosfiini.

Saturni pilved on ribadeks jaotatud nagu Jupiteri pilvede ribad. Saturni pilved on palju nõrgemad ja ribad on ekvaatoril laiemad. Saturni madalaim pilvekiht koosneb vesijääst ja on umbes 10 km paksune. Temperatuur on siin üsna madal, 250 K (-10°F, -23°C). Teadlased ei ole selles osas siiski ühel meelel. Ülevalpool asuv, umbes 77 km (48 mi) paksune kiht koosneb ammooniumhüdrosulfiidijääst ja selle kohal on 80 km (50 mi) paksune ammoniaagijääpilvede kiht. Kõrgeim kiht koosneb vesinik- ja heeliumgaasidest, mis ulatub 200 km (124 mi) kuni 270 km (168 mi) kõrgusele veepilvede tippudest. Teadaolevalt tekivad Saturni mesosfääris ka auroorid. Saturni pilvede tippude temperatuur on äärmiselt madal, 98 K (-283 °F, -175 °C). Saturni sisemiste kihtide temperatuurid on palju kõrgemad kui väliskihid, sest Saturni sisemuses tekib soojust. Saturni tuuled on ühed kiireimad Päikesesüsteemis, ulatudes 1800 km/h (1118 mph), mis on kümme korda kiirem kui tuuled Maal.

Tormid ja laigud

On teada, et Saturni atmosfääris moodustuvad ka ovaalsed pilved, mis sarnanevad Jupiteri selgemate laikudega. Need ovaalsed laigud on tsüklonaalsed tormid, mis on samad, mis Maal nähtud tsüklonid. 1990. aastal leidis Hubble'i kosmoseteleskoop Saturni ekvaatori lähedal väga suure valge pilve. Sellised tormid nagu 1990. aastal olid tuntud kui suured valged laigud. Need ainulaadsed tormid eksisteerivad ainult lühikest aega ja ainult umbes iga 30 Maa aasta tagant, suvise pööripäeva ajal põhjapoolkeral. Suurt valget laiku leiti ka 1876., 1903., 1933. ja 1960. aastal. Kui see tsükkel jätkub, siis umbes 2020. aastal tekib järjekordne torm.

Kosmoseaparaat Voyager 1 leidis Saturni põhjapooluse lähedal umbes 78° N juures kuusnurkse pilvemustri. Cassini-Huygensi sond kinnitas seda hiljem 2006. aastal. Erinevalt põhjapoolusest ei ilmne lõunapoolusel ühtegi kuusnurkset pilvejoonist. Samuti avastas sond lõunapooluse juures orkaanilaadse tormi, millel oli selgelt näha silmamüür. Kuni selle avastamiseni oli silmamalle nähtud ainult Maal.

Sisustus

Saturni sisemus sarnaneb Jupiteri sisemusele. Selle keskmes on väike, umbes Maa-suurune kivine tuum. See on väga kuum, selle temperatuur ulatub 15 000 K (26 540 °F (14 727 °C)). Saturn on nii kuum, et annab kosmosesse rohkem soojusenergiat, kui ta Päikeselt saab. Selle kohal on paksem metallilise vesiniku kiht, mis on umbes 30 000 km sügavusel. Selle kihi kohal on vedela vesiniku ja heeliumi piirkond. Tuum on raske, selle mass on umbes 9-22 korda suurem kui Maa tuumal.

Magnetväli

Saturni looduslik magnetväli on nõrgem kui Jupiteri oma. Sarnaselt Maa omaga on Saturni väli magnetiline dipool. Saturni magnetväli on ainulaadne, sest see on täiesti sümmeetriline, erinevalt kõigist teistest teadaolevatest planeetidest. See tähendab, et väli on täpselt ühel joonel planeedi teljega. Saturn tekitab raadiolained, kuid need on liiga nõrgad, et neid Maa pealt tuvastada. Kuu Titan tiirleb Saturni magnetvälja välimises osas ja eraldab Titan'i atmosfääri ioniseeritud osakestest plasmat väljale.

Saturn võrreldes Maa suurusega


Robert Hooke'i joonistus Saturnist 1666. aastal


Põhja-polaarne kuusnurkne pilv, mille esimesena avastas Voyager 1 ja hiljem Cassini.

Pöörlemine ja orbiit

Saturni keskmine kaugus Päikesest on üle 1 400 000 000 km, mis on umbes üheksa korda suurem kui Maa ja Päikese vaheline kaugus. Saturni tiirlemine ümber Päikese võtab aega 10 759 päeva ehk umbes 29,8 aastat. Seda nimetatakse Saturni orbitaalperioodiks.

Voyager 1 mõõtis Saturni pöörlemiskiiruseks 10 tundi 14 minutit ekvaatoril, 10 tundi 40 minutit lähemal poolustele ja 10 tundi 39 minutit 24 sekundit planeedi sisemuses. Seda nimetatakse pöörlemisperioodiks.

Cassini mõõtis Saturni pöörlemise pikkuseks 10 tundi 45 minutit 45 sekundit ± 36 sekundit. See on umbes kuus minutit ehk ühe protsendi võrra pikem kui 1980. ja 1981. aastal Saturni juures lennanud kosmosesondide Voyager 1 ja Voyager 2 mõõdetud raadiopöörlemisperiood.

Saturni pöörlemisperioodi arvutatakse planeedi poolt väljastatud raadiolainete pöörlemiskiiruse järgi. Cassini-Huygensi kosmosesond avastas, et raadiolained aeglustuvad, mis viitab pöörlemisperioodi suurenemisele. Kuna teadlased ei usu, et Saturni pöörlemine tegelikult aeglustub, siis võib selgitus peituda raadiolainete tekitavas magnetväljas.

Planeedi rõngad

Saturn on kõige paremini tuntud oma planeetide rõngaste poolest, mida on lihtne näha teleskoobiga. Rõngaid on seitse: A-, B-, C-, D-, E-, F- ja G-rõngad. Need on nimetatud nende avastamise järjekorras, mis erineb nende järjekorrast planeedil. Planeedilt vaadatuna on rõngad järgmised: D, C, B, A, F, G ja E.

Teadlased usuvad, et rõngad on materjal, mis on jäänud pärast kuu lagunemist. Uus idee ütleb, et tegemist oli väga suure kuuga, millest suurem osa kukkus planeedile. See jättis suure koguse jääd, millest moodustusid rõngad ja ka mõned kuud, nagu Enceladus, mis arvatakse olevat jääst.

Ajalugu

Rõngad avastas esmakordselt Galileo Galilei 1610. aastal oma teleskoobi abil. Need ei näinud Galileo jaoks välja nagu rõngad, nii et ta nimetas neid "käepidemeteks". Ta arvas, et Saturn on kolm eraldi planeeti, mis peaaegu puudutavad üksteist. Aastal 1612, kui rõngad olid Maaga külg ees, kadusid need rõngad, kuid ilmusid uuesti 1613. aastal, mis ajas Galileo veelgi enam segadusse. 1655. aastal tunnistas Christiaan Huygens esimesena, et Saturn on ümbritsetud rõngastega. Kasutades palju võimsamat teleskoopi kui Galilei oma, täheldas ta, et Saturn "on ümbritsetud õhukese, lamedate rõngastega, mis ei puutu kuhugi...". 1675. aastal avastas Giovanni Domenico Cassini, et planeedi rõngad koosnevad tegelikult väiksematest lünkadega rõngastest. Suurimat rõngaste lõhet nimetati hiljem Cassini rajooniks. 1859. aastal näitas James Clerk Maxwell, et rõngad ei saa olla tahked, vaid koosnevad väikestest osakestest, millest igaüks tiirleb Saturni ümber eraldi, muidu muutuks see ebastabiilseks või laguneks. James Keeler uuris 1895. aastal rõngaid spektroskoobi abil, mis tõestas Maxwelli teooriat.

Füüsilised omadused

Rõngad ulatuvad 6 630 km kuni 120 700 km kõrgusele planeedi ekvaatorist. Nagu Maxwell tõestas, on rõngad, kuigi ülalt vaadatuna näivad tahked ja katkematud, valmistatud väikestest kivimi- ja jääosakestest. Nende paksus on vaid umbes 10 m (33 jalga); need koosnevad ränikivist, raudoksiidist ja jääosakestest. Väikseimad osakesed on vaid tolmupiiskad, samas kui suurimad on maja suurused. Ka C- ja D-rõngad näivad olevat "lainelised", nagu lained vees. Need suured lained on 500 m kõrged, kuid liiguvad aeglaselt ainult umbes 250 m päevas. Mõned teadlased usuvad, et laine on põhjustatud Saturni kuudest. Teine idee on, et lained tekitas komeet, mis tabas Saturni 1983. või 1984. aastal.

Suurimad lüngad rõngastes on Cassini ja Encke diviis, mis on mõlemad Maalt vaadatuna nähtavad. Cassini rajoon on suurim, olles 4800 km lai. Kui Voyager-aparaadid külastasid 1980. aastal Saturni, avastasid nad siiski, et rõngad on keerulise struktuuriga, mis koosneb tuhandetest õhukestest lõhedest ja rõngakestest. Teadlased usuvad, et see on põhjustatud mõnede Saturni kuude gravitatsioonijõududest. Väike kuu Pan tiirleb Saturni rõngaste sees, tekitades rõngastesse lõhe. Teised rõngakesed säilitavad oma struktuuri karjassatelliitide, näiteks Prometheuse ja Pandora gravitatsioonijõu tõttu. Teised tühimikud tekivad kaugemal asuva suure kuu gravitatsioonijõu tõttu. Kuu Mimas vastutab Cassini lõhe tühjendamise eest.

Hiljutised andmed kosmosesondilt Cassini on näidanud, et rõngastel on oma atmosfäär, mis ei ole seotud planeedi atmosfääriga. Rõngaste atmosfäär koosneb hapnikugaasist ja see tekib, kui Päikese ultraviolettvalgus lõhustab rõngaste veejää. Ultraviolettvalguse ja veemolekulide vahel toimub ka keemiline reaktsioon, mille käigus tekib vesinikgaas. Hapniku- ja vesinikugaasi atmosfäärid on rõngaste ümber väga laialt levinud. Lisaks hapniku- ja vesinikgaasile on rõngastel ka õhuke atmosfäär, mis koosneb hüdroksiidist. See anioon avastati Hubble'i kosmoseteleskoobiga.

Spokes

Kosmosesond Voyager avastas kiirte kujuga tunnused, mida nimetatakse spiraalideks. Neid nägi hiljem ka Hubble'i teleskoop. Sond Cassini pildistas 2005. aastal neid spiraale. Päikesevalguse käes on need tumedad, kuid valgustamata poolel tunduvad nad heledad. Esialgu arvati, et spiraalid on valmistatud mikroskoopilistest tolmuosakestest, kuid uued tõendid näitavad, et need on valmistatud jääst. Nad pöörlevad samaaegselt planeedi magnetosfääriga, mistõttu arvatakse, et neil on seos elektromagnetismiga. Siiski ei ole veel teada, mis põhjustab spiraalide tekkimist. Nad näivad olevat hooajalised, kadudes pööripäeva ajal ja ilmudes uuesti pööripäeva ajal.

Voyager 2 poolt pildistatud Saturni rõngaste spiraalid

Moons

Saturnil on 53 nimetatud kuud ja veel üheksa, mida veel uuritakse. Paljud kuud on väga väikesed: 33 kuu läbimõõt on alla 10 km ja 13 kuu läbimõõt on alla 50 km. Seitse kuud on piisavalt suured, et olla omaenda gravitatsioonist põhjustatud peaaegu täiuslik kera. Need kuud on Titan, Rhea, Iapetus, Dione, Tethys, Enceladus ja Mimas. Titan on suurim kuu, suurem kui planeet Merkuur, ja see on ainus kuu Päikesesüsteemis, millel on paks ja tihe atmosfäär. Hyperion ja Phoebe on järgmised suurimad kuud, mille läbimõõt on suurem kui 200 km (124 mi).

2004. aasta detsembris ja 2005. aasta jaanuaris tegi inimese loodud satelliit Cassini-Huygens sond Titanist hulgaliselt lähifotosid. Selle satelliidi üks osa, mida tuntakse Huygens'i sondina, maandus seejärel Titaanil. Hollandi astronoomi Christiaan Huygensi järgi nime saanud sond oli esimene kosmoselaev, mis maandus Päikesesüsteemi välisküljel. Sond projekteeriti nii, et see hõljuks juhul, kui see maandub vedelikku. Enceladus, kuues suurim kuu, on umbes 500 km (311 mi) läbimõõduga. See on üks vähestest Päikesesüsteemi välistest objektidest, mis näitab vulkaanilist aktiivsust. 2011. aastal avastasid teadlased elektrilise ühenduse Saturni ja Enceladuse vahel. Selle põhjuseks on väikese kuu vulkaanide ioniseeritud osakesed, mis suhtlevad Saturni magnetväljadega. Sarnased vastastikmõjud põhjustavad ka Maa põhjavalguse.

Exploration

Saturni uuris esmakordselt kosmoseaparaat Pioneer 11 1979. aasta septembris. See lendas kuni 20 000 km (12 427 mi) kaugusele planeedi pilvede kohal. See tegi planeedist ja mõnest selle kuust fotosid, kuid nende lahutusvõime oli madal. See avastas uue, õhukese rõnga, mida nimetatakse F-rõngaks. Samuti avastati, et tumedad rõngaste lõhed paistavad Päikese poole vaadates heledad, mis näitab, et need lõhed ei ole materjalist tühjad. Kosmoseaparaat mõõtis Titani kuu temperatuuri.

1980. aasta novembris külastas Voyager 1 Saturni ja tegi planeedist, rõngastest ja kuudest kõrgema resolutsiooniga fotosid. Nendel fotodel oli võimalik näidata kuude pinnaomadusi. Voyager 1 läks Titani lähedale ja sai palju teavet selle atmosfääri kohta. Augustis 1981 jätkas Voyager 2 planeedi uurimist. Kosmosesondi tehtud fotod näitasid, et rõngaste ja atmosfääriga toimuvad muutused. Kosmoseaparaadid Voyager avastasid mitmeid Saturni rõngaste lähedal tiirlevaid kuule, samuti avastasid nad uusi rõngaste lünki.

1. juulil 2004 sisenes sond Cassini-Huygens Saturni ümber orbiidile. Enne seda lendas ta Phoebe lähedale, tehes selle pinnast väga kõrge resolutsiooniga fotosid ja kogudes andmeid. 25. detsembril 2004 eraldus Huygens sond Cassini sondist, enne kui ta liikus Titani pinna suunas ja maandus seal 14. jaanuaril 2005. aastal. See maandus kuivale pinnale, kuid leidis, et Kuu peal on suured vedelikud. Cassini sond jätkas andmete kogumist Titanilt ja mitmelt jäiselt kuult. Ta leidis tõendeid, et Kuu Enceladus on geisritest purskuv vesi. Samuti tõestas Cassini 2006. aasta juulis, et Titanil on selle põhjapooluse lähedal süsivesinike järved. Märtsis 2007 avastas ta põhjapooluse lähedal suure, Kaspia mere suuruse süsivesinike järve.

Cassini on täheldanud Saturnil toimuvaid välke alates 2005. aasta algusest. Mõõdeti, et välgu võimsus on 1000 korda suurem kui välk Maal. Astronoomid usuvad, et Saturnil täheldatud välgud on kõige tugevamad, mida kunagi on nähtud.

Saturn 2007. aastal kosmoseaparaadilt Cassini vaadatuna.


Joonis Cassini orbiidil ümber Saturni

Seotud leheküljed

• Planeetide nimekiri