Saturn
| |||||||||||||
| Designations | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Wymowa |
/ _ s æ t ər n / (  słuchaj )
|
||||||||||||
Nazwany po |
Saturn | ||||||||||||
| Przymiotniki | Saturnian / / s ə t ɜːr n ja ə n / , Cronian / Kronian / ˈ k r oʊ n ja ə n | ||||||||||||
| Charakterystyka orbity | |||||||||||||
| Epoka J2000.0 | |||||||||||||
| Aphelium | 1514,50 mln km (10,1238 AU) | ||||||||||||
| Peryhelium | 1352,55 mln km (9,0412 AU) | ||||||||||||
| 1433,53 mln km (9,5826 AU) | |||||||||||||
| Ekscentryczność | 0,0565 | ||||||||||||
|
|||||||||||||
| 378,09 dni | |||||||||||||
Średnia prędkość orbitalna
|
9,68 km/s (6,01 mil/s) | ||||||||||||
| 317,020° | |||||||||||||
| Nachylenie |
|
||||||||||||
| 113,665° | |||||||||||||
| 2032-lis-29 | |||||||||||||
| 339,392° | |||||||||||||
| Znane satelity | 83 z oznaczeniami formalnymi; niezliczone dodatkowe księżyce . | ||||||||||||
| Charakterystyka fizyczna | |||||||||||||
Średni promień |
58232 km (36184 mil) 9,1402 Ziemi |
||||||||||||
Promień równikowy
|
|
||||||||||||
Promień biegunowy
|
|
||||||||||||
| Spłaszczenie | 0,097 96 | ||||||||||||
| Obwód |
|
||||||||||||
|
|||||||||||||
| Tom |
|
||||||||||||
| Masa |
|
||||||||||||
Średnia gęstość
|
0,687 g / cm 3 (0,0248 lb/cu in ) (mniej niż woda) 0,1246 Ziemie |
||||||||||||
| 0,22 | |||||||||||||
| 35,5 km/s (22,1 mil/s) | |||||||||||||
|
10 godz. 32 m 36 sek.; 10,5433 godziny |
|||||||||||||
|
10 godz. 33 m 38 s + 1 m 52 s - 1 m 19 s |
|||||||||||||
Równikowa prędkość obrotu |
9,87 km / s (6,13 mil / s; 35500 km / h) | ||||||||||||
| 26,73° (do orbity) | |||||||||||||
Rektascensja na biegunie północnym
|
40,589°; 2 godz. 42 m 21 sek | ||||||||||||
Deklinacja bieguna północnego
|
83,537° | ||||||||||||
| Albedo |
|
||||||||||||
| |||||||||||||
| -0,55 do +1,17 | |||||||||||||
| 14,5″ do 20,1″ (bez pierścieni) | |||||||||||||
| Atmosfera | |||||||||||||
Nacisk powierzchniowy
|
140 kPa | ||||||||||||
| 59,5 km (37,0 mil) | |||||||||||||
| Skład według objętości |
|
||||||||||||
Saturn jest szóstą planetą od Słońca i drugą co do wielkości w Układzie Słonecznym , po Jowiszu . Jest gazowym olbrzymem o średnim promieniu około dziewięć i pół razy większym niż Ziemia . Ma tylko jedną ósmą średniej gęstości Ziemi, ale jest ponad 95 razy masywniejsza.
Wnętrze Saturna najprawdopodobniej składa się ze skalistego jądra, otoczonego głęboką warstwą metalicznego wodoru , pośredniej warstwy ciekłego wodoru i ciekłego helu oraz gazowej warstwy zewnętrznej. Saturn ma bladożółty odcień z powodu amoniaku w jego górnej atmosferze. Uważa się, że prąd elektryczny w metalicznej warstwie wodoru powoduje powstanie planetarnego pola magnetycznego Saturna , które jest słabsze niż ziemskie, ale ma moment magnetyczny 580 razy większy niż Ziemia ze względu na większy rozmiar Saturna. Siła pola magnetycznego Saturna wynosi około jednej dwudziestej pola magnetycznego Jowisza. Zewnętrzna atmosfera jest na ogół nijaka i pozbawiona kontrastów, chociaż mogą pojawić się cechy długowieczne. Prędkość wiatru na Saturnie może osiągnąć 1800 kilometrów na godzinę (1100 mil na godzinę).
Najbardziej zauważalną cechą planety jest jej wyróżniający się system pierścieni , który składa się głównie z cząstek lodu, z mniejszą ilością skalnych szczątków i pyłu . Wiadomo , że co najmniej 83 księżyce krążą wokół Saturna, z których 53 mają oficjalne nazwy; nie obejmuje to setek księżyców w jego pierścieniach. Tytan , największy księżyc Saturna i drugi co do wielkości w Układzie Słonecznym, jest większy (chociaż mniej masywny) niż planeta Merkury i jest jedynym księżycem w Układzie Słonecznym, który ma znaczną atmosferę.
Nazwa i symbol
.svg){kind=small}
.png){kind=small}
Nazwa Saturn pochodzi od rzymskiego boga bogactwa i rolnictwa oraz ojca Jowisza. Jego symbol astronomiczny ( ) wywodzi się z greckiego Oxyrhynchus Papyri , gdzie można go zobaczyć jako grecki kapparho z poziomą kreską , jako skrót od Κρονος ( Cronus ), greckiej nazwy planety ( ) . Później zaczął wyglądać jak grecka eta pisana małą literą , z krzyżem dodanym u góry w XVI wieku w celu chrystianizacji tego pogańskiego symbolu.
Rzymianie nazwali siódmy dzień tygodnia sobotą , Sāturni diēs („Dzień Saturna”), na cześć planety Saturn.
Charakterystyka fizyczna
Saturn to gazowy olbrzym składający się głównie z wodoru i helu. Brakuje mu określonej powierzchni, chociaż prawdopodobnie ma solidny rdzeń. Obrót Saturna powoduje, że ma on kształt spłaszczonej sferoidy ; to znaczy jest spłaszczony na biegunach i wybrzuszony na równiku . Jej promienie równikowe i biegunowe różnią się o prawie 10%: 60 268 km w porównaniu z 54 364 km. Jowisz, Uran i Neptun, inne gigantyczne planety Układu Słonecznego, również są spłaszczone, ale w mniejszym stopniu. Połączenie wybrzuszenia i prędkości obrotowej oznacza, że efektywna grawitacja powierzchniowa wzdłuż równika, 8,96 m/s 2 , stanowi 74% grawitacji na biegunach i jest niższa niż grawitacja powierzchniowa Ziemi. Jednak równikowa prędkość ucieczki , wynosząca prawie 36 km/s, jest znacznie wyższa niż na Ziemi.
Saturn jest jedyną planetą Układu Słonecznego, która ma mniejszą gęstość niż woda — o około 30% mniej. Chociaż jądro Saturna jest znacznie gęstsze od wody, średnia gęstość właściwa planety wynosi 0,69 g/cm 3 ze względu na atmosferę. Jowisz ma 318 mas Ziemi , a Saturn jest 95 mas Ziemi. Razem Jowisz i Saturn posiadają 92% całkowitej masy planetarnej w Układzie Słonecznym.
Struktura wewnętrzna
Pomimo tego, że Saturn składa się głównie z wodoru i helu, większość masy Saturna nie znajduje się w fazie gazowej , ponieważ wodór staje się cieczą nieidealną , gdy gęstość przekracza 0,01 g/cm 3 , co osiąga się przy promieniu zawierającym 99,9% masy Saturna. . Temperatura, ciśnienie i gęstość wewnątrz Saturna stale rosną w kierunku jądra, co powoduje, że wodór jest metalem w głębszych warstwach.
Standardowe modele planetarne sugerują, że wnętrze Saturna jest podobne do Jowisza, z małym skalistym jądrem otoczonym wodorem i helem, ze śladowymi ilościami różnych substancji lotnych . Analiza zniekształceń pokazuje, że Saturn jest znacznie bardziej skondensowany centralnie niż Jowisz i dlatego zawiera znacznie większą ilość materii gęstszej niż wodór w pobliżu swojego centrum. Centralne obszary Saturna zawierają około 50% masy wodoru, podczas gdy obszary Jowisza zawierają około 67% wodoru.
Ten rdzeń ma podobny skład do Ziemi, ale jest bardziej gęsty. Badanie momentu grawitacyjnego Saturna w połączeniu z fizycznymi modelami wnętrza umożliwiło nałożenie ograniczeń na masę jądra Saturna. W 2004 roku naukowcy oszacowali, że jądro musi mieć masę 9–22 razy większą od masy Ziemi, co odpowiada średnicy około 25 000 km. Jednak pomiary pierścieni Saturna sugerują znacznie bardziej rozproszone jądro o masie równej około 17 masom ziemskim i promieniu równemu około 60% całego promienia Saturna. Jest to otoczone gęstszym ciekłym metalicznym wodorem wodoru cząsteczkowego nasyconego helem, która wraz ze wzrostem wysokości stopniowo przechodzi w gaz. Najbardziej zewnętrzna warstwa rozciąga się na 1000 km i składa się z gazu.
Saturn ma gorące wnętrze, osiągające 11 700 ° C w swoim jądrze i emituje 2,5 razy więcej energii w przestrzeń 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 na Saturnie, ponieważ jest on mniej masywny. Alternatywnym lub dodatkowym mechanizmem może być generowanie ciepła poprzez „wylewanie” kropelek helu głęboko we wnętrzu Saturna. Gdy kropelki opadają przez wodór o niższej gęstości, proces uwalnia ciepło tarcie i pozostawia zewnętrzne warstwy Saturna pozbawione helu. Te opadające kropelki mogły zgromadzić się w otoczce helu otaczającej rdzeń. deszcze diamentów występują na Saturnie, a także na Jowiszu i lodowych gigantach Urana i Neptuna.
Atmosfera
Zewnętrzna atmosfera Saturna zawiera 96,3% objętościowo wodoru cząsteczkowego i 3,25% helu. Proporcja helu jest znacznie niedostateczna w porównaniu z obfitością tego pierwiastka w Słońcu. Ilość pierwiastków cięższych od helu ( metaliczność ) nie jest dokładnie znana, ale zakłada się, że proporcje odpowiadają pierwotnej obfitości z okresu formowania się 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 rdzeniu Saturna.
W atmosferze Saturna wykryto śladowe ilości amoniaku, acetylenu , etanu , propanu , fosfiny i metanu . Górne chmury składają się z kryształów amoniaku, podczas gdy chmury niższego poziomu wydają się składać z wodorosiarczku amonu ( NH 4 SH ) lub wody. Promieniowanie ultrafioletowe ze Słońca powoduje fotolizę metanu w górnych warstwach atmosfery, prowadząc do serii węglowodorów reakcje chemiczne, w wyniku których powstające produkty są przenoszone w dół przez wiry i dyfuzję . Ten cykl fotochemiczny jest modulowany przez roczny cykl sezonowy Saturna. Cassini obserwował szereg cech chmur znalezionych na północnych szerokościach geograficznych, nazywanych „Sznurem Pereł”. Te cechy to prześwity chmur, które znajdują się w głębszych warstwach chmur.
Warstwy chmur
Atmosfera Saturna wykazuje wzór pasków podobny do Jowisza, ale pasy Saturna są znacznie słabsze i znacznie szersze w pobliżu równika. Nomenklatura używana do opisu tych pasm jest taka sama jak na Jowiszu. Drobniejsze wzory chmur Saturna zaobserwowano dopiero podczas przelotów Voyager w latach 80. Od tego czasu teleskop naziemny udoskonalił się do tego stopnia, że można prowadzić regularne obserwacje.
Skład chmur zmienia się wraz z głębokością i rosnącym ciśnieniem. W górnych warstwach chmur, przy temperaturze w zakresie 100-160 K i ciśnieniu w zakresie 0,5-2 bar , chmury składają się z lodu amoniakalnego. Chmury lodu wodnego zaczynają się na poziomie, przy ciśnieniu około 2,5 bara i rozciągają się do 9,5 bara, gdzie temperatura waha się od 185 do 270 K. W tej warstwie przemieszane jest pasmo lodu z wodorosiarczku amonu, leżące w zakresie ciśnień 3–6 barów z temperaturami 190-235 K. Wreszcie dolne warstwy, w których ciśnienie wynosi od 10 do 20 barów, a temperatura 270-330 K, zawiera obszar kropelek wody z amoniakiem w roztworze wodnym.
Zwykle nijaka atmosfera Saturna czasami ukazuje długowieczne owale i inne cechy typowe dla Jowisza. W 1990 Kosmiczny Teleskop Hubble'a sfotografował ogromną białą chmurę w pobliżu równika Saturna, której nie było podczas spotkań Voyagera , aw 1994 zaobserwowano kolejną, mniejszą burzę. Burza z 1990 roku była przykładem Wielkiej Białej Plamy , wyjątkowego, ale krótkotrwałego zjawiska, które pojawia się raz na rok Saturna, mniej więcej co 30 ziemskich lat, mniej więcej w czasie letniego przesilenia na półkuli północnej. . Poprzednie wielkie białe plamy obserwowano w latach 1876, 1903, 1933 i 1960, przy czym najbardziej znana była burza z 1933 roku. Jeśli okresowość zostanie utrzymana, kolejna burza nastąpi około 2020 roku. [ wymaga aktualizacji ]
Wiatry na Saturnie są drugimi najszybszymi wśród planet Układu Słonecznego, po Neptunie. Dane z sondy Voyager wskazują, że szczytowe wiatry wschodnie osiągają prędkość 500 m/s (1800 km/h). Na zdjęciach wykonanych w 2007 roku przez Cassini północna półkula Saturna miała jasnoniebieski 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 zwykle wynoszą -185 ° C, temperatury w wirze często sięgają nawet -122 ° C i prawdopodobnie jest to najcieplejsze miejsce na Saturnie.
Sześciokątne wzory chmur
Utrzymujący się sześciokątny wzór fal wokół północnego wiru polarnego w atmosferze na około 78°N został po raz pierwszy zauważony na zdjęciach z sondy Voyager . Boki sześciokąta mają długość około 14 500 km (9 000 mil), czyli więcej niż średnica Ziemi. Cała konstrukcja obraca się z okresem 10 h 39 m 24 s (ten sam okres, co emisje radiowe planety), który zakłada się, że jest równy okresowi obrotu 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 fali stojącej w atmosferze. Wielokątne kształty zostały odtworzone w laboratorium poprzez różnicową rotację płynów.
HST południowego regionu polarnego wskazuje na obecność strumienia strumieniowego , ale nie ma silnego wiru polarnego ani sześciokątnej fali stojącej. NASA poinformowała w listopadzie 2006 r., że Cassini zaobserwowała burzę „ podobną do huraganu ” blisko bieguna południowego, która miała wyraźnie zaznaczoną ścianę oczną . Chmury Eyewall nie były wcześniej widziane na żadnej innej planecie niż Ziemia. Na przykład obrazy ze Galileo nie pokazały ściany oka w Wielkiej Czerwonej Plamie Jowisza.
Burza na biegunie południowym mogła być obecna od miliardów lat. Ten wir jest porównywalny do wielkości Ziemi i wieje z prędkością 550 km/h.
Magnetosfera
Saturn ma wewnętrzne pole magnetyczne , które ma prosty, symetryczny kształt — dipol magnetyczny . Jego siła na równiku – 0,2 gausa ( µT ) – jest w przybliżeniu jedną dwudziestą siły pola wokół Jowisza i nieco słabsza niż ziemskie pole magnetyczne. W rezultacie magnetosfera Saturna jest znacznie mniejsza niż Jowisza. Kiedy Voyager 2 wszedł do magnetosfery, ciśnienie wiatru słonecznego było wysokie, a magnetosfera rozciągała 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 na Jowiszu – przez prądy w ciekłej warstwie metaliczno-wodorowej zwanej metalowo-wodorowym dynamem. Ta magnetosfera jest skuteczna w odchylaniu wiatru słonecznego ze 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 rotacja
Średnia odległość między Saturnem a Słońcem wynosi ponad 1,4 miliarda kilometrów (9 AU ). Przy średniej prędkości orbitalnej 9,68 km/s Saturn potrzebuje 10 759 dni ziemskich (czyli około 29 + 1 ⁄ 2 lat), aby zakończyć jeden obrót wokół Słońca. W konsekwencji tworzy rezonans ruchu średniego bliski 5: 2 z Jowiszem. Eliptyczna orbita Saturna jest nachylona pod kątem 2,48° względem płaszczyzny orbity Ziemi. Peryhelium i aphelium odległości wynoszą średnio odpowiednio 9,195 i 9,957 AU. Widoczne obiekty na Saturnie obracają się z różnymi prędkościami w zależności od szerokości geograficznej, a różnym regionom przypisano wiele okresów rotacji (jak w przypadku Jowisza).
Astronomowie używają trzech różnych systemów do określania prędkości obrotowej 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 północnych i południowych regionów polarnych, są oznaczone jako System II i przypisano im okres rotacji 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 , okres rotacji Układu III wynosi 10 h 39 m 22,4 s (810,8°/d). System III w dużej mierze wyparł System II.
Dokładna wartość okresu rotacji wnętrza pozostaje nieuchwytna. Zbliżając się do Saturna w 2004 roku, Cassini odkrył, że okres rotacji radiowej Saturna znacznie się wydłużył, do około 10 h 45 m 45 s ± 36 s . Oszacowana prędkość obrotowa Saturna (jako wskazana prędkość obrotowa całego Saturna) oparta na zestawieniu różnych pomiarów z sond Cassini , Voyager i Pioneer wynosi 10 h 32 m 35 sek . Z badań pierścienia C planety wynika, że okres obrotu planety wynosi 10 h 33 m 38 s
+ 1 m 52 s − 1 m 19 s .
W marcu 2007 roku stwierdzono, że zmienność emisji radiowych z planety nie odpowiada prędkości obrotu Saturna. Ta wariancja może być spowodowana aktywnością gejzeru na Enceladusie , księżycu Saturna . Para wodna emitowana na orbitę Saturna w wyniku tej aktywności zostaje naładowana i tworzy opór w polu magnetycznym Saturna, nieznacznie spowalniając jego obrót w stosunku do obrotu planety.
Pozorną osobliwością Saturna jest to, że nie ma on żadnych znanych planetoid trojańskich . Są to mniejsze planety krążące wokół Słońca w stabilnych punktach Lagrange'a , oznaczonych jako 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 saturnowych trojanów są mechanizmy rezonansu orbitalnego , w tym rezonans świecki .
Naturalne satelity
Saturn ma 83 znanych księżyców , z których 53 ma oficjalne nazwy. Szacuje się, że istnieje jeszcze 100 ± 30 zewnętrznych nieregularnych księżyców o średnicy większej niż 3 km (2 mil). Ponadto istnieją dowody na obecność dziesiątek do setek księżyców o średnicy 40–500 metrów w pierścieniach Saturna, które nie są uważane za prawdziwe księżyce. Tytan , największy księżyc, zawiera ponad 90% masy na orbicie wokół Saturna, wliczając w to pierścienie. Drugi co do wielkości księżyc Saturna, Rhea , może mieć własny, cienki system pierścieni wraz z niepewną atmosferą .
Wiele innych księżyców jest małych: 34 ma mniej niż 10 km średnicy, a kolejne 14 ma średnicę od 10 do 50 km. Tradycyjnie większość księżyców Saturna została nazwana na cześć Tytanów z mitologii greckiej. Tytan jest jedynym satelitą w Układzie Słonecznym z główną atmosferą , w której zachodzi złożona chemia organiczna . Jest to jedyny satelita z jeziorami węglowodorowymi .
W dniu 6 czerwca 2013 r. naukowcy z IAA-CSIC poinformowali o wykryciu wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w górnych warstwach atmosfery Tytana, możliwego prekursora życia . W dniu 23 czerwca 2014 r. NASA twierdziła, że ma mocne dowody na to, że azot w atmosferze Tytana pochodzi z materiałów w chmurze Oorta , związanych z kometami , a nie z materiałów, które utworzyły Saturna we wcześniejszych czasach.
Księżyc Saturna, Enceladus , który pod względem składu chemicznego wydaje się podobny do komet, był często uważany za potencjalne siedlisko życia drobnoustrojów . Dowodem na tę możliwość są bogate w sól cząsteczki satelity o składzie „podobnym do oceanu”, co wskazuje, że większość wyrzucanego lodu z Enceladusa pochodzi z parowania płynnej słonej wody. Przelot sondy Cassini w 2015 r . przez pióropusz na Enceladusie znalazł większość składników niezbędnych do podtrzymania form życia, które żyją dzięki metanogenezie .
W kwietniu 2014 roku naukowcy z NASA poinformowali o możliwym początku nowiu w pierścieniu A , który został sfotografowany przez sondę Cassini 15 kwietnia 2013 roku.
Pierścienie planetarne
.jpg)
Saturn jest prawdopodobnie najbardziej znany z układu pierścieni planetarnych , który czyni go wizualnie wyjątkowym. Pierścienie rozciągają się od 6630 do 120 700 kilometrów (4120 do 75 000 mil) na zewnątrz od równika Saturna i mają średnio około 20 metrów (66 stóp) grubości. Składają się głównie z lodu wodnego, ze śladowymi ilościami tholinem i pieprzową powłoką zawierającą około 7% amorficznego węgla . Cząsteczki tworzące pierścienie mają rozmiary od drobinek kurzu do 10 m. Podczas gdy inne gazowe olbrzymy również mają układy pierścieni, Saturn jest największy i najbardziej widoczny.
Istnieją dwie główne hipotezy dotyczące pochodzenia pierścieni. Jedna z hipotez głosi, że pierścienie są pozostałością po zniszczonym księżycu Saturna, dla którego zespół badawczy z MIT zaproponował nazwę „ Chrysalis ”. Druga hipoteza głosi, że pierścienie są pozostałością pierwotnej mgławicy , z której powstał Saturn. Część lodu w pierścieniu E pochodzi z gejzerów księżyca Enceladusa. Obfitość wody w pierścieniach zmienia się promieniowo, przy czym najbardziej zewnętrzny pierścień A jest najczystszy w wodzie lodowej. Tę zmienność obfitości można wytłumaczyć bombardowaniem meteorytów.
Poza głównymi pierścieniami, w odległości 12 milionów km od planety, znajduje się rzadki pierścień Phoebe. Jest nachylona pod kątem 27° do innych pierścieni i podobnie jak Phoebe krąży po orbicie wstecznej .
Niektóre księżyce Saturna, w tym Pandora i Prometeusz , działają jak 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
Obserwację i eksplorację Saturna można podzielić na trzy fazy. Pierwsza faza to starożytne obserwacje (takie jak gołym okiem ), przed wynalezieniem nowoczesnych teleskopów . Druga faza rozpoczęła się w XVII wieku od obserwacji teleskopowych z Ziemi, które z czasem uległy poprawie. Trzecia faza to wizyty sond kosmicznych na orbicie lub w trakcie przelotu . 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 jego wycofanie w 2017 roku z orbitera Cassini wokół Saturna.
Starożytne obserwacje
Saturn był znany od czasów prehistorycznych, a we wczesnej historii pisanej był główną postacią w różnych mitologiach. Babilońscy astronomowie systematycznie obserwowali i rejestrowali ruchy Saturna. W starożytnej Grecji 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 Kronos — Κρόνος : Kronos .
Grecki naukowiec Ptolemeusz oparł swoje obliczenia orbity Saturna na obserwacjach poczynionych podczas jego opozycji . W astrologii hinduskiej istnieje dziewięć obiektów astrologicznych, znanych jako Navagrahas . Saturn jest znany jako „ Shani ” i ocenia każdego na podstawie dobrych i złych uczynków dokonanych w życiu. Starożytna chińska i japońska określała planetę Saturn jako „gwiazdę ziemi” ( 土星 ). Opierało się to na Pięciu Elementach które były tradycyjnie używane do klasyfikowania elementów naturalnych.
W starożytnym języku hebrajskim Saturn nazywa się Szabatai . Jej aniołem jest Cassiel . Jego inteligencją lub dobroczynnym duchem jest 'Agȋȇl ( hebr . אגיאל , zromanizowany : ʿAgyal ), a jego ciemniejszym duchem ( demonem ) jest Zȃzȇl ( hebr . זאזל , zlatynizowany : Zazl ). Zazel został opisany jako wielki anioł , przywoływany w magii salomońskiej , który jest „skuteczny w zaklęciach miłosnych ”. W osmańskim języku tureckim , urdu i malajskim nazwa Zazel to „Zuhal”, wywodząca się z języka arabskiego ( arab . زحل , zlatynizowany : Zuhal ).
Obserwacje europejskie (XVII – XIX wiek)
Pierścienie Saturna wymagają co najmniej 15-milimetrowego teleskopu do rozdzielenia i dlatego nie wiadomo było o ich istnieniu, dopóki Christiaan Huygens nie zobaczył ich w 1655 roku i nie opublikował o tym w 1659 roku . Galileusz ze swoim prymitywnym teleskopem w 1610 roku błędnie sądził, że całkiem okrągły jak dwa księżyce po bokach Saturna. Dopiero gdy Huygens użył większego powiększenia teleskopowego, ten pogląd został obalony, a pierścienie zostały naprawdę zauważone po raz pierwszy. Huygens odkrył także księżyc Saturna Tytan; Giovanni Domenico Cassini później odkrył cztery inne księżyce: Japet , Rea , Tethys i Dione . W 1675 roku Cassini odkrył lukę znaną obecnie jako Przedział Cassini .
Żadne dalsze znaczące odkrycia nie zostały dokonane aż do 1789 roku, kiedy William Herschel odkrył dwa kolejne księżyce, Mimasa i Enceladusa . Nieregularny satelita Hyperion , który ma rezonans z Tytanem, został odkryty w 1848 roku przez zespół brytyjski.
W 1899 roku William Henry Pickering odkrył Phoebe, bardzo nieregularnego satelitę , który nie obraca się synchronicznie z Saturnem, jak to robią większe księżyce. Phoebe była pierwszym znalezionym takim satelitą, a okrążenie Saturna po orbicie wstecznej zajmuje ponad rok . Na początku XX wieku badania Tytana doprowadziły w 1944 roku do potwierdzenia, że ma on gęstą atmosferę – cechę wyjątkową wśród księżyców Układu Słonecznego.
Nowoczesne sondy NASA i ESA
Przelot Pioneera 11
Pioneer 11 wykonał pierwszy przelot obok Saturna we wrześniu 1979 roku, kiedy minął 20 000 km od wierzchołków chmur planety. Zrobiono 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 szczeliny w pierścieniach są jasne, gdy patrzy się na nie pod wysokim kątem fazowym (w kierunku Słońca), co oznacza, że zawierają one drobny materiał rozpraszający światło. Ponadto Pioneer 11 zmierzył temperaturę Tytana.
Przeloty Voyagera
W listopadzie 1980 roku sonda Voyager 1 odwiedziła układ Saturna. Odesłał pierwsze wysokiej rozdzielczości zdjęcia planety, jej pierścieni i satelitów. Po raz pierwszy zaobserwowano cechy powierzchni różnych księżyców. Voyager 1 przeleciał blisko Tytana, poszerzając wiedzę o atmosferze księżyca. Udowodnił, że atmosfera Tytana jest nieprzenikalna w zakresie widzialnym ; dlatego nie widziano 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 obrotowa platforma kamery sondy utknęła na kilka dni i część zaplanowanych zdjęć została utracona. Grawitacja Saturna została wykorzystana do skierowania trajektorii statku kosmicznego w kierunku Urana.
Sondy odkryły i potwierdziły istnienie kilku nowych satelitów krążących w pobliżu pierścieni planety lub w ich obrębie, a także małą szczelinę Maxwella (przerwa w pierścieniu C ) i szczelinę Keelera (przerwa o szerokości 42 km w pierścieniu A ).
Sonda Cassini-Huygens
Sonda kosmiczna Cassini-Huygens weszła na orbitę wokół Saturna 1 lipca 2004 r. W czerwcu 2004 r. przeleciała blisko Phoebe , przesyłając zdjęcia i dane w wysokiej rozdzielczości. Przelot sondy Cassini obok największego księżyca Saturna, Tytana, wykonał zdjęcia radarowe dużych jezior i ich wybrzeży z licznymi wyspami i górami. Orbiter wykonał dwa przeloty obok Tytana przed wypuszczeniem sondy Huygens 25 grudnia 2004 r. Huygens zszedł na powierzchnię Tytana 14 stycznia 2005 r.
Od początku 2005 roku naukowcy używali sondy Cassini do śledzenia błyskawic na Saturnie. Siła błyskawicy jest około 1000 razy większa niż siła błyskawicy na Ziemi.
W 2006 roku NASA poinformowała, że sonda Cassini znalazła dowody na istnienie zbiorników ciekłej wody znajdujących się nie więcej niż kilkadziesiąt metrów pod powierzchnią, które wybuchają w postaci gejzerów 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 r. Naukowcy z NASA poinformowali, że Enceladus „wyłania się jako najbardziej nadające się do zamieszkania miejsce poza Ziemią w Układzie Słonecznym dla życia, jakie znamy”.
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 znaleziono morza węglowodorowe, z których największe jest prawie wielkości Morza Kaspijskiego . W październiku 2006 roku sonda wykryła burzę podobną do cyklonu o średnicy 8 000 km ze ścianą oka na południowym biegunie Saturna.
Od 2004 do 2 listopada 2009 sonda odkryła i potwierdziła osiem nowych satelitów. W kwietniu 2013 Cassini przesłał zdjęcia huraganu na biegunie północnym planety, 20 razy większego niż na Ziemi, z wiatrem szybszym niż 530 km/h (330 mph). 15 września 2017 r. Cassini-Huygens wykonała „wielki finał” swojej misji: kilka przejść przez szczeliny między Saturnem a wewnętrznymi pierścieniami Saturna. Atmosferyczne wejście Cassini zakończyło misję .
Możliwe przyszłe misje
Kontynuacja eksploracji 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 Saturn Atmospheric Entry Probe oraz możliwe badania nad możliwością zamieszkania i możliwym odkryciem życia na księżycach Saturna Tytan i Enceladus przez Dragonfly .
Obserwacja
Saturn jest najbardziej odległą z pięciu planet łatwo widocznych gołym okiem z Ziemi, pozostałe cztery to Merkury , Wenus , Mars i Jowisz. (Uran i okazjonalnie 4 Westy są widoczne gołym okiem na ciemnym niebie). Saturn jawi się gołym okiem na nocnym niebie jako jasny, żółtawy punkt świetlny. Średnia pozorna wielkość Saturna wynosi 0,46 przy odchyleniu standardowym 0,34. Większość zmian jasności wynika z nachylenia układu pierścieni względem Słońca i Ziemi. Najjaśniejsza jasność, −0,55, pojawia się w czasie zbliżonym do momentu największego nachylenia płaszczyzny pierścieni, a najsłabsza, 1,17, występuje w czasie, gdy są one najmniej nachylone. Planeta potrzebuje około 29,5 roku na obieg całego okrążenia ekliptyki na tle gwiazdozbiorów zodiaku . Większość ludzi będzie potrzebować pomocy optycznej (bardzo dużej lornetki lub małego teleskopu), która powiększa co najmniej 30 razy, aby uzyskać obraz pierścieni Saturna z wyraźną rozdzielczością. Kiedy Ziemia przechodzi przez płaszczyznę pierścieni, co zdarza się dwa razy w roku Saturna (mniej więcej co 15 ziemskich lat), pierścienie na krótko znikają z pola widzenia, ponieważ są tak cienkie. Następne takie „zniknięcie” nastąpi w 2025 roku, ale Saturn będzie zbyt blisko Słońca, aby można było go obserwować.
Saturn i jego pierścienie są najlepiej widoczne, gdy planeta znajduje się w opozycji lub jest w pobliżu konfiguracji planety, gdy ma wydłużenie 180°, a zatem pojawia się na niebie naprzeciw Słońca. Opozycja Saturna pojawia się co roku — mniej więcej co 378 dni — i powoduje, że planeta pojawia się z największą jasnością. Zarówno Ziemia, jak i Saturn krążą wokół Słońca po ekscentrycznych orbitach, co oznacza, że ich odległości od Słońca zmieniają się w czasie, a zatem zmieniają się również ich odległości od siebie, stąd zmiana jasności Saturna w zależności od opozycji. Saturn wydaje się również jaśniejszy, gdy pierścienie są ustawione pod takim kątem, że są bardziej widoczne. Na przykład podczas opozycji 17 grudnia 2002 r. Saturn pojawił się najjaśniejszy dzięki sprzyjającemu orientację jego pierścieni względem Ziemi, mimo że pod koniec 2003 roku Saturn znajdował się bliżej Ziemi i Słońca.
Od czasu do czasu Saturn jest przesłonięty przez Księżyc (czyli Księżyc zakrywa Saturna na niebie). Podobnie jak w przypadku wszystkich planet w Układzie Słonecznym, zakrycia Saturna występują w „porach roku”. Zakrycia Saturna będą miały miejsce co miesiąc przez okres około 12 miesięcy, po których nastąpi okres około pięciu lat, w którym taka aktywność nie zostanie zarejestrowana. Orbita Księżyca jest nachylona o kilka stopni w stosunku do orbity Saturna, więc zakrycia wystąpią tylko wtedy, gdy Saturn znajdzie się w pobliżu jednego z punktów na niebie, w którym przecinają się dwie płaszczyzny (zarówno długość roku Saturna, jak i precesja węzłowa 18,6 roku ziemskiego okres obiegu Księżyca wpływa na okresowość).
Zobacz też
Notatki
Dalsza lektura
- Aleksander, Arthur Francis O'Donel (1980) [1962]. Planeta Saturn - historia obserwacji, teorii i odkryć . Dover. ISBN 978-0-486-23927-9 .
- Gore, Rick (lipiec 1981). „Voyager 1 na Saturnie: Zagadki pierścieni” . National Geographic . Tom. 160, nr. 1. s. 3–31. ISSN 0027-9358 . OCLC 643483454 .
- Lovett, L.; i in. (2006). Saturn: nowy pogląd . Harry'ego N. Abramsa. ISBN 978-0-8109-3090-2 .
- Karttunen, H.; i in. (2007). Astronomia fundamentalna (wyd. 5). Skoczek. ISBN 978-3-540-34143-7 .
- Seidelmann, P. Kenneth; i in. (2007). „Raport grupy roboczej IAU/IAG ds. współrzędnych kartograficznych i elementów rotacyjnych: 2006” . Mechanika nieba i astronomia dynamiczna . 98 (3): 155–180. Bibcode : 2007CeMDA..98..155S . doi : 10.1007/s10569-007-9072-y .
- de Pater, Imke; Lissauer, Jack J. (2015). Planetary Sciences (2 zaktualizowane wydanie). Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge. P. 250. ISBN 978-0-521-85371-2 .
Linki zewnętrzne
- Przegląd Saturna przez Dyrekcję Misji Naukowych NASA
- Arkusz informacyjny Saturna w skoordynowanym archiwum NASA Space Science Data
- Terminologia systemu Saturna przez IAU Gazetteer of Planetary Nomenclature
- Starsza witryna Cassini-Huygens autorstwa Jet Propulsion Laboratory
- Interaktywna symulacja grawitacji 3D systemu Cronian Zarchiwizowano 17 sierpnia 2020 r. W Wayback Machine
.jpg)
| Przeszłość |
|
 .jpg)
|
|||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Zaplanowany |
|
||||||||
| proponowane |
|
||||||||
| |||||||||
| Gwiazda |  |
|
|---|---|---|
| Egzoplaneta | ||
| Planeta | ||
| Planeta krasnoludków | ||
| Satelita | ||
| Zobacz też | ||
| Ogólny | |
|---|---|
| Biblioteki Narodowe | |
| Inny | |
