Saturnas

Fizinės savybės

Saturnas yra plokščias sferoidas, t. y. ties ašigaliais jis suplokštėjęs, o ties ekvatoriumi išsipūtęs. Planetos ekvatoriaus skersmuo yra 120 536 km (74 898 mylių), o poliarinis skersmuo (atstumas nuo šiaurės ašigalio iki pietų ašigalio) - 108 728 km (67 560 mylių), t. y. 9 % skirtumas. Saturnas yra plokščios formos dėl labai greito sukimosi - kartą per 10,8 valandos.

Saturnas yra vienintelė Saulės sistemos planeta, kurios tankis mažesnis už vandens tankį. Nors planetos branduolys labai tankus, ji turi dujinę atmosferą, todėl vidutinis planetos savitasis tankis yra 0,69 g/cm3. Tai reiškia, kad jei Saturną būtų galima patalpinti į didelį vandens baseiną, jis plūduriuotų.

Atmosfera

Išorinę Saturno atmosferos dalį sudaro apie 96 % vandenilio, 3 % helio, 0,4 % metano ir 0,01 % amoniako. Taip pat yra labai nedideli acetileno, etano ir fosfino kiekiai.

Saturno debesys yra dryžuoti, panašiai kaip Jupiterio debesų juostos. Saturno debesys daug blankesni, o ties ekvatoriumi juostos platesnės. Žemiausią Saturno debesų sluoksnį sudaro vandens ledas, jo storis - apie 10 km. Temperatūra čia gana žema - 250 K (-10°F, -23 °C). Tačiau mokslininkai dėl to nesutaria. Aukščiau esantis maždaug 77 km (48 mylių) storio sluoksnis sudarytas iš amonio hidrosulfido ledo, o virš jo yra 80 km (50 mylių) storio amoniako ledo debesų sluoksnis. Aukščiausią sluoksnį sudaro vandenilio ir helio dujos, kuris tęsiasi nuo 200 km (124 mylių) iki 270 km (168 mylių) virš vandens debesų viršūnių. Yra žinoma, kad Saturno mezosferoje taip pat susidaro auroros. Saturno debesų viršūnių temperatūra yra itin žema - 98 K (-283 °F, -175 °C). Vidiniuose sluoksniuose temperatūra yra daug aukštesnė nei išoriniuose sluoksniuose dėl Saturno vidaus išskiriamos šilumos. Saturno vėjai yra vieni sparčiausių Saulės sistemoje - jų greitis siekia 1 800 km/h (1 118 mph), t. y. dešimt kartų greičiau nei vėjai Žemėje.

Audros ir dėmės

Taip pat žinoma, kad Saturno atmosferoje susidaro ovalo formos debesys, panašūs į Jupiteryje matomas skaidresnes dėmes. Šios ovalios dėmės - tai cikloninės audros, tokios pat kaip Žemėje matomi ciklonai. 1990 m. Hubble'o kosminis teleskopas netoli Saturno ekvatoriaus aptiko labai didelį baltą debesį. Tokios audros, kaip 1990 m., buvo vadinamos Didžiosiomis baltosiomis dėmėmis. Šios unikalios audros egzistuoja tik trumpą laiką ir pasitaiko tik maždaug kas 30 Žemės metų, vasaros saulėgrįžos metu Šiaurės pusrutulyje. Didžiosios baltosios dėmės taip pat buvo aptiktos 1876, 1903, 1933 ir 1960 m. Jei šis ciklas tęsis, dar viena audra susiformuos maždaug 2020 m.

Kosminis aparatas "Voyager 1" netoli Saturno šiaurinio ašigalio, maždaug 78° šiaurės platumos, aptiko šešiakampį debesų raštą. Vėliau, 2006 m., zondas "Cassini-Huygens" jį patvirtino. Skirtingai nuo šiaurės ašigalio, pietiniame ašigalyje šešiakampio formos debesų bruožų nematyti. Zondas taip pat aptiko į uraganą panašią audrą, užkluptą prie pietų ašigalio, kurioje aiškiai matėsi akies sienelė. Iki šio atradimo akiduobės buvo pastebėtos tik Žemėje.

Interjeras

Saturno vidus panašus į Jupiterio vidų. Jo centre yra nedidelis uolinis branduolys, maždaug Žemės dydžio. Jis labai karštas; jo temperatūra siekia 15 000 K (26 540 °F (14 727 °C)). Saturnas toks karštas, kad į kosmosą atiduoda daugiau šiluminės energijos, nei gauna iš Saulės. Virš jo yra storesnis metalinio vandenilio sluoksnis, maždaug 30 000 km (18 641 mylios) gylyje. Virš šio sluoksnio yra skysto vandenilio ir helio sritis. Šerdis yra sunki, jos masė maždaug 9-22 kartus didesnė už Žemės branduolio masę.

Magnetinis laukas

Saturno natūralus magnetinis laukas yra silpnesnis nei Jupiterio. Kaip ir Žemės, Saturno laukas yra magnetinis dipolis. Saturno laukas unikalus tuo, kad, kitaip nei bet kurios kitos žinomos planetos, yra visiškai simetriškas. Tai reiškia, kad laukas tiksliai sutampa su planetos ašimi. Saturnas generuoja radijo bangas, tačiau jos yra per silpnos, kad būtų aptiktos iš Žemės. Mėnulis Titanas skrieja išorinėje Saturno magnetinio lauko dalyje ir į lauką skleidžia plazmą iš jonizuotų dalelių, esančių Titano atmosferoje.

Saturnas, palyginti su Žemės dydžiu


Saturno piešinys, kurį 1666 m. nupiešė Robertas Hukas


Šiaurės poliarinis šešiakampis debesis, kurį pirmą kartą aptiko "Voyager 1", o vėliau - "Cassini

Sukimasis ir orbita

Vidutinis Saturno atstumas nuo Saulės yra daugiau nei 1 400 000 000 km, t. y. maždaug devynis kartus didesnis už atstumą nuo Žemės iki Saulės. Saturnas aplink Saulę apskrieja per 10 759 dienas, t. y. maždaug per 29,8 metų. Tai vadinama Saturno orbitos periodu.

"Voyager 1" išmatavo, kad Saturnas sukasi 10 valandų 14 minučių ties ekvatoriumi, 10 valandų 40 minučių arčiau ašigalių ir 10 valandų 39 minučių 24 sekundės planetos viduje. Tai vadinamasis sukimosi periodas.

"Cassini" išmatavo, kad Saturnas sukasi 10 valandų 45 minučių 45 sekundes ± 36 sekundes. Tai maždaug šešiomis minutėmis, arba vienu procentu, ilgesnis apsisukimo periodas nei "Voyager 1" ir "Voyager 2" kosminių aparatų, kurie 1980 ir 1981 m. praskriejo pro Saturną, išmatuotas radijo bangomis.

Saturno sukimosi periodas apskaičiuojamas pagal planetos skleidžiamų radijo bangų sukimosi greitį. Kosminis aparatas "Cassini-Huygens" nustatė, kad radijo bangos sulėtėjo, o tai rodo, kad sukimosi periodas padidėjo. Kadangi mokslininkai nemano, kad Saturno sukimasis iš tikrųjų lėtėja, paaiškinimas gali slypėti radijo bangas sukeliančiame magnetiniame lauke.

Planetų žiedai

Saturnas geriausiai žinomas dėl savo planetos žiedų, kuriuos lengva pamatyti teleskopu. Yra septyni žiedai: A, B, C, D, E, F ir G žiedai. Jie buvo pavadinti tokia tvarka, kokia buvo atrasti, t. y. kitokia nei jų eiliškumas nuo planetos. Iš planetos žiedai yra tokie: D, C, B, A, F, G ir E.

Mokslininkai mano, kad žiedai yra medžiaga, likusi po mėnulio skilimo. Nauja idėja teigia, kad tai buvo labai didelis mėnulis, kurio didžioji dalis sudužo į planetą. Dėl to liko daug ledo, iš kurio ir susidarė žiedai, taip pat kai kurie mėnuliukai, pavyzdžiui, Enceladas, kurie, kaip manoma, yra sudaryti iš ledo.

Istorija

Pirmą kartą žiedus 1610 m. savo teleskopu atrado Galileo Galilėjus. Galilėjui jie neatrodė kaip žiedai, todėl jis juos pavadino "rankenomis". Jis manė, kad Saturnas yra trys atskiros planetos, kurios beveik liečiasi viena su kita. 1612 m., kai žiedai buvo atsukti į Žemę kraštu, žiedai išnyko, o 1613 m. vėl pasirodė, dar labiau suklaidindami Galilėjų. 1655 m. Kristijanas Hiūgenas (Christiaan Huygens) pirmasis pripažino, kad Saturną supa žiedai. Naudodamas daug galingesnį teleskopą nei Galilėjus, jis pastebėjo, kad Saturną "supa plonas, plokščias, niekur nesiliečiantis žiedas...". 1675 m. Džovanis Domenikas Kasinis (Giovanni Domenico Cassini) atrado, kad planetos žiedai iš tikrųjų sudaryti iš mažesnių žiedų su tarpais. Didžiausias žiedų tarpas vėliau buvo pavadintas Kasinio skyriumi. 1859 m. Džeimsas Klerkas Maksvelas (James Clerk Maxwell) įrodė, kad žiedai negali būti vientisi, o yra sudaryti iš mažų dalelių, kurių kiekviena skrieja aplink Saturną savarankiškai, nes priešingu atveju jie taptų nestabilūs arba subyrėtų. Džeimsas Kileris 1895 m. ištyrė žiedus naudodamas spektroskopą, kuris patvirtino Maksvelo teoriją.

Fizinės savybės

Žiedai išsidėstę nuo 6 630 km (4 120 mylių) iki 120 700 km (75 000 mylių) virš planetos ekvatoriaus. Kaip įrodė Maksvelas, nors žiūrint iš viršaus žiedai atrodo vientisi ir nesuardyti, jie sudaryti iš mažų uolienų ir ledo dalelių. Jie yra tik apie 10 m storio; sudaryti iš silicio uolienų, geležies oksido ir ledo dalelių. Mažiausios dalelės tėra tik dulkelės, o didžiausios - namo dydžio. Atrodo, kad C ir D žieduose taip pat yra "bangų", panašių į bangas vandenyje. Šios didelės bangos yra 500 m aukščio, tačiau kiekvieną dieną juda tik lėtai, maždaug 250 m atstumu. Kai kurie mokslininkai mano, kad bangas sukelia Saturno mėnuliai. Kita idėja - bangas sukėlė 1983 ar 1984 m. į Saturną pataikiusi kometa.

Didžiausi žiedų tarpai yra Cassini skyrius ir Encke skyrius, abu matomi iš Žemės. Kasinio skyrius yra didžiausias, jo plotis - 4800 km (2983 mylių). Tačiau kai 1980 m. Saturną aplankė kosminiai aparatai "Voyager", jie atrado, kad žiedai yra sudėtingos struktūros, sudarytos iš tūkstančių plonų tarpeklių ir žiedų. Mokslininkai mano, kad taip yra dėl kai kurių Saturno mėnulių gravitacinės jėgos. Mažytis mėnulis Panas skrieja Saturno žiedų viduje, sudarydamas tarpą žieduose. Kiti žiedai išlaiko savo struktūrą dėl gravitacinės jėgos, kurią sukelia pastarieji palydovai, pavyzdžiui, Prometėjas ir Pandora. Kiti tarpai susidaro dėl toliau esančio didelio mėnulio gravitacinės jėgos. Mėnulis Mimas yra atsakingas už Kasinio tarpo išvalymą.

Naujausi "Cassini" erdvėlaivio duomenys parodė, kad žiedai turi savo atmosferą, nepriklausomą nuo planetos atmosferos. Žiedų atmosferą sudaro deguonies dujos, kurios susidaro, kai Saulės ultravioletiniai spinduliai suardo žieduose esantį vandens ledą. Taip pat vyksta cheminė reakcija tarp ultravioletinių spindulių ir vandens molekulių, kurios metu susidaro vandenilio dujos. Deguonies ir vandenilio atmosferos aplink žiedus yra labai plačiai išsidėsčiusios. Be deguonies ir vandenilio dujų, žieduose yra plona atmosfera, sudaryta iš hidroksido. Šį anijoną atrado Hubble'o kosminis teleskopas.

Spokes

Kosminis zondas "Voyager" aptiko spindulių formos elementus, vadinamus stipinais. Vėliau juos pastebėjo ir "Hubble" teleskopas. Zondas "Cassini" stipinus nufotografavo 2005 m. Saulės šviesoje jie matomi tamsūs, o priešais neapšviestą pusę atrodo šviesūs. Iš pradžių manyta, kad stipinai sudaryti iš mikroskopinių dulkių dalelių, tačiau nauji įrodymai rodo, kad jie sudaryti iš ledo. Jie sukasi tuo pačiu metu kaip ir planetos magnetosfera, todėl manoma, kad turi ryšį su elektromagnetizmu. Tačiau kas lemia stipinų susidarymą, vis dar nežinoma. Atrodo, kad jie yra sezoniniai: išnyksta per saulėgrįžą ir vėl atsiranda per lygiadienį.

Saturno žiedų stipinai, nufotografuoti "Voyager 2

Mėnuliai

Saturnas turi 53 pavadintus mėnulius ir dar devynis, kurie vis dar tiriami. Daugelis mėnulių yra labai maži: 33 mėnulių skersmuo yra mažesnis nei 10 km, o 13 mėnulių - mažesnis nei 50 km. Septyni mėnuliai yra pakankamai dideli, kad būtų beveik tobula sfera, kurią sukelia jų pačių gravitacija. Šie mėnuliai yra Titanas, Rėja, Iapetas, Dionė, Tetidė, Enceladas ir Mimas. Titanas yra didžiausias mėnulis, didesnis už Merkurijaus planetą, ir tai vienintelis Saulės sistemos mėnulis, turintis storą, tankią atmosferą. Hiperionas ir Febas yra kiti didžiausi mėnuliai, didesni nei 200 km (124 mylių) skersmens.

2004 m. gruodį ir 2005 m. sausį žmogaus sukurtas palydovas "Cassini-Huygens" padarė daugybę artimų Titano nuotraukų. Viena šio palydovo dalis, vadinamoji Huygenso zondas, nusileido ant Titano. Pavadintas olandų astronomo Christiaano Huygenso vardu, jis buvo pirmasis kosminis aparatas, nusileidęs išorinėje Saulės sistemos dalyje. Zondas buvo suprojektuotas taip, kad galėtų plūduriuoti tuo atveju, jei nusileistų skystyje. Encelado, šešto pagal dydį mėnulio, skersmuo yra apie 500 km (311 mylių). Tai vienas iš nedaugelio išorinės Saulės sistemos objektų, kuriuose pastebimas vulkaninis aktyvumas. 2011 m. mokslininkai atrado elektrinį ryšį tarp Saturno ir Encelado. Jį sukėlė mažojo mėnulio ugnikalnių jonizuotos dalelės, sąveikaujančios su Saturno magnetiniais laukais. Panašios sąveikos sukelia Šiaurės pašvaistę Žemėje.

Tyrimas

Pirmą kartą Saturną 1979 m. rugsėjį tyrinėjo kosminis aparatas "Pioneer 11". Jis praskrido net 20 000 km (12 427 mylių) atstumu virš planetos debesų viršūnių. Jis padarė planetos ir kelių jos mėnulių nuotraukų, tačiau jų raiška buvo maža. Jis aptiko naują ploną žiedą, vadinamą F žiedu. Jis taip pat nustatė, kad tamsūs žiedo tarpai, žiūrint į Saulę, atrodo šviesūs, o tai rodo, kad juose nėra tuščios medžiagos. Erdvėlaivis išmatavo Titano mėnulio temperatūrą.

1980 m. lapkritį "Voyager 1" aplankė Saturną ir padarė didesnės raiškos planetos, žiedų ir mėnulių nuotraukas. Šiose nuotraukose buvo galima matyti mėnulių paviršiaus ypatybes. Voyager 1 priartėjo prie Titano ir gavo daug informacijos apie jo atmosferą. 1981 m. rugpjūtį "Voyager 2" toliau tyrinėjo planetą. Kosminio zondo padarytos nuotraukos parodė, kad vyksta žiedų ir atmosferos pokyčiai. Erdvėlaiviai "Voyager" atrado nemažai mėnulių, skriejančių netoli Saturno žiedų, taip pat aptiko naujų žiedų tarpų.

2004 m. liepos 1 d. zondas "Cassini-Huygens" įskriejo į orbitą aplink Saturną. Prieš tai jis praskrido netoli Febės, darydamas labai didelės raiškos jos paviršiaus nuotraukas ir rinkdamas duomenis. 2004 m. gruodžio 25 d. zondas "Huygens" atsiskyrė nuo zondo "Cassini", po to nusileido Titano paviršiaus link ir 2005 m. sausio 14 d. ten nusileido. Jis nusileido ant sauso paviršiaus, tačiau nustatė, kad Mėnulyje esama didelių skysčio telkinių. Zondas "Cassini" toliau rinko duomenis iš Titano ir kelių ledinių mėnulių. Jis rado įrodymų, kad mėnulio Encelado geizeriuose trykšta vanduo. 2006 m. liepą "Cassini" taip pat įrodė, kad Titane yra angliavandenilių ežerų, esančių netoli jo šiaurinio ašigalio. 2007 m. kovo mėn. jis aptiko didelį angliavandenilių ežerą, kurio dydis prilygsta Kaspijos jūrai, netoli jo šiaurinio ašigalio.

Nuo 2005 m. pradžios "Cassini" stebėjo žaibus Saturne. Išmatuota, kad žaibo galia buvo 1000 kartų didesnė nei Žemėje. Astronomai mano, kad Saturne stebėtas žaibas yra stipriausias kada nors matytas.

Saturnas, matomas iš kosminio aparato "Cassini" 2007 m.


"Cassini", skriejančio aplink Saturną, piešinys

Susiję puslapiai

• Planetų sąrašas