Saturn – plinski velikan z obroči in 82 lunami

Saturn je ploščat sferoid, kar pomeni, da je na polih sploščen, na ekvatorju pa se izboči. Ekvatorialni premer planeta je 120.536 km (74.898 milj), medtem ko je njegov polarni premer (razdalja od severnega do južnega pola) 108.728 km (67.560 milj); razlika znaša 9 %. Saturn ima sploščeno obliko zaradi svojega zelo hitrega vrtenja, enkrat na 10,8 ure.

Saturn je edini planet v Osončju, ki ima manjšo gostoto od vode. Čeprav je jedro planeta zelo gosto, ima plinsko atmosfero, zato je povprečna specifična gostota planeta 0,69 g/cm3. To pomeni, da bi Saturn plaval, če bi ga postavili v velik bazen vode.

Atmosfera

Zunanji del Saturnove atmosfere je sestavljen iz približno 96 % vodika, 3 % helija, 0,4 % metana in 0,01 % amoniaka. Zelo majhne so tudi količine acetilena, etana in fosfina.

Saturnovi oblaki imajo pasast vzorec, podoben pasovom oblakov, ki jih vidimo na Jupitru. Saturnovi oblaki so veliko šibkejši, na ekvatorju pa so pasovi širši. Saturnovo najnižjo plast oblakov sestavlja vodni led in je debela približno 10 km. Temperatura je precej nizka, 250 K (-10 °F, -23 °C). Vendar se znanstveniki glede tega ne strinjajo. Plast zgoraj, debela približno 77 km (48 milj), je sestavljena iz ledu amonijevega hidrosulfida, nad njo pa je 80 km (50 milj) debela plast oblakov amonijevega ledu. Najvišjo plast sestavljajo vodikovi in helijevi plini, ki segajo od 200 km (124 milj) do 270 km (168 milj) nad vrhovi vodnih oblakov. Znano je tudi, da v Saturnu v mezosferi nastajajo zori. Temperatura na vrhovih Saturnovih oblakov je izredno nizka, 98 K (-283 °F, -175 °C). Temperature v notranjih plasteh so zaradi toplote, ki jo proizvaja Saturnova notranjost, veliko višje kot v zunanjih plasteh. Saturnovi vetrovi so med najhitrejšimi v Osončju, saj dosegajo hitrost 1.800 km/h, kar je desetkrat hitreje od vetrov na Zemlji.

Nevihte in madeži

Saturnova atmosfera je znana tudi po tem, da tvori ovalne oblake, podobne jasnejšim pikam, ki jih vidimo na Jupitru. Te ovalne pege so ciklonske nevihte, enake ciklonom na Zemlji. Leta 1990 je Hubblov vesoljski teleskop blizu Saturnovega ekvatorja odkril zelo velik bel oblak. Nevihte, kot je bila tista leta 1990, so znane kot Velike bele pege. Te edinstvene nevihte obstajajo le kratek čas in se zgodijo le približno vsakih 30 zemeljskih let, v času poletnega solsticija na severni polobli. Velike bele pege so bile najdene tudi leta 1876, 1903, 1933 in 1960. Če se bo ta cikel nadaljeval, bo nova nevihta nastala približno leta 2020.

Sonda Voyager 1 je v bližini Saturnovega severnega tečaja na približno 78° severne širine odkrila šesterokotni vzorec oblakov. Sonda Cassini-Huygens ga je leta 2006 potrdila. Za razliko od severnega pola na južnem polu ni šesterokotnega oblaka. Sonda je odkrila tudi nevihto, podobno orkanu, ki se je nahajala ob južnem polu in je jasno kazala očesni zid. Do tega odkritja so bile očesne stene vidne le na Zemlji.

Notranjost

Saturnova notranjost je podobna Jupitrovi. V njenem središču je majhno kamnito jedro v velikosti Zemlje. Je zelo vroče; njegova temperatura doseže 15.000 K (26.540 °F (14.727 °C)). Saturn je tako vroč, da v vesolje odda več toplotne energije, kot je prejme od Sonca. Nad njim je debelejša plast kovinskega vodika, globoka približno 30.000 km (18.641 milj). Nad to plastjo je območje tekočega vodika in helija. Jedro je težko, njegova masa je približno 9- do 22-krat večja od mase Zemljinega jedra.

Magnetno polje

Saturn ima naravno magnetno polje, ki je šibkejše od Jupitrovega. Podobno kot Zemljino je tudi Saturnovo polje magnetni dipol. Saturnovo polje je edinstveno, saj je popolnoma simetrično, za razliko od vseh drugih znanih planetov. To pomeni, da je polje natančno v liniji s planetovo osjo. Saturn ustvarja radijske valove, ki pa so prešibki, da bi jih lahko zaznali z Zemlje. Luna Titan kroži v zunanjem delu Saturnovega magnetnega polja in oddaja plazmo v polje iz ioniziranih delcev v Titanovi atmosferi.

Saturnova povprečna oddaljenost od Sonca je več kot 1.400.000.000 km, kar je približno devetkrat več od razdalje med Zemljo in Soncem. Saturn okoli Sonca obkroži v 10.759 dneh ali približno 29,8 leta. To je znano kot Saturnova obhodna doba.

Voyager 1 je izmeril, da je Saturnovo vrtenje na ekvatorju 10 ur in 14 minut, bližje poloma 10 ur in 40 minut, v notranjosti planeta pa 10 ur in 39 minut ter 24 sekund. To je znana rotacijska perioda.

Cassini je izmeril, da je Saturnovo vrtenje 10 ur 45 minut 45 sekund ± 36 sekund. To je približno šest minut ali en odstotek več od radijskega časa vrtenja, ki sta ga izmerili sondi Voyager 1 in Voyager 2, ki sta v letih 1980 in 1981 preleteli Saturn.

Saturnovo rotacijsko periodo izračunamo na podlagi hitrosti vrtenja radijskih valov, ki jih sprošča planet. Sonda Cassini-Huygens je odkrila, da so se radijski valovi upočasnili, kar kaže na to, da se je rotacijska perioda povečala. Ker znanstveniki menijo, da se Saturnovo vrtenje dejansko ne upočasnjuje, se razlaga morda skriva v magnetnem polju, ki povzroča radijske valove.

Saturn je najbolj znan po svojih planetarnih obročih, ki jih lahko opazimo s teleskopom. Obstaja sedem prstanov: A, B, C, D, E, F in G. Poimenovani so po vrstnem redu, v katerem so bili odkriti, kar se razlikuje od njihovega vrstnega reda na planetu. S planeta so prstani naslednji: D, C, B, A, F, G in E.

Znanstveniki menijo, da so prstani material, ki je ostal po razpadu lune. Nova ideja pravi, da je bila to zelo velika luna, katere večji del je padel na planet. Pri tem je ostala velika količina ledu, iz katere so nastali obroči, pa tudi nekatere lune, kot je Encelad, ki naj bi bile iz ledu.

Zgodovina

Obroče je leta 1610 s svojim teleskopom prvi odkril Galileo Galilei. Galileiju se niso zdeli podobni obročem, zato jih je poimenoval "ročice". Mislil je, da so Saturn trije ločeni planeti, ki se skoraj dotikajo drug drugega. Leta 1612, ko so bili obroči obrnjeni proti Zemlji, so izginili, nato pa so se leta 1613 spet pojavili, kar je Galileja še bolj zmedlo. Leta 1655 je Christiaan Huygens kot prvi ugotovil, da Saturn obdajajo obroči. Z veliko močnejšim teleskopom od Galilejevega je opazil, da Saturn "obdaja tanek, raven obroč, ki se nikjer ne dotika ...". Leta 1675 je Giovanni Domenico Cassini odkril, da so planetovi obroči v resnici sestavljeni iz manjših obročev z vrzelmi. Največjo vrzel v obroču so pozneje poimenovali Cassinijeva razdelitev. Leta 1859 je James Clerk Maxwell dokazal, da obroči ne morejo biti trdni, temveč so sestavljeni iz majhnih delcev, ki vsak zase krožijo okoli Saturna, sicer bi postali nestabilni ali razpadli. James Keeler je leta 1895 s spektroskopom preučeval prstane in s tem potrdil Maxwellovo teorijo.

Fizične značilnosti

Obročki segajo od 6.630 km do 120.700 km nad ekvatorjem planeta. Kot je dokazal Maxwell, čeprav so obročki ob pogledu od zgoraj videti trdni in neprekinjeni, so sestavljeni iz majhnih delcev kamnin in ledu. Debeli so le približno 10 m; sestavljeni so iz kremenčeve kamnine, železovega oksida in ledenih delcev. Najmanjši delci so le drobci prahu, največji pa so veliki kot hiša. Zdi se, da imata tudi prstana C in D "valovanje", podobno kot valovi v vodi. Ti veliki valovi so visoki 500 m, vendar se vsak dan počasi premikajo le za približno 250 m (820 čevljev). Nekateri znanstveniki menijo, da valovanje povzročajo Saturnove lune. Druga ideja je, da je valove povzročil komet, ki je leta 1983 ali 1984 padel na Saturn.

Največji vrzeli v obročih sta Cassinijev in Enckejev del, ki sta vidna z Zemlje. Cassinijeva razdelitev je največja, saj je široka 4.800 km (2.983 milj). Ko so leta 1980 Saturn obiskala vesoljska plovila Voyager, pa so odkrila, da so obroči kompleksna struktura, sestavljena iz tisočih tankih vrzeli in obročev. Znanstveniki menijo, da je to posledica gravitacijske sile nekaterih Saturnovih lun. Majhna luna Pan kroži znotraj Saturnovih obročev in ustvarja vrzel v obročih. Drugi obroči ohranjajo svojo strukturo zaradi gravitacijske sile pastirskih satelitov, kot sta Prometej in Pandora. Druge vrzeli nastanejo zaradi gravitacijske sile velike lune, ki je bolj oddaljena. Luna Mimas je odgovorna za odstranitev Cassinijeve vrzeli.

Nedavni podatki sonde Cassini so pokazali, da imajo obročki lastno atmosfero, ki ni povezana z atmosfero planeta. Ozračje prstanov je sestavljeno iz plinastega kisika, ki nastane, ko Sončeva ultravijolična svetloba razbije vodni led v prstanih. Med ultravijolično svetlobo in molekulami vode pride tudi do kemične reakcije, pri čemer nastane vodikov plin. Kisikova in vodikova atmosfera okoli obročev sta zelo narazen. Poleg kisika in vodikovega plina imajo prstani tudi tanko atmosfero iz hidroksida. Ta anion je odkril Hubblov vesoljski teleskop.

Zobniki

Vesoljska sonda Voyager je odkrila značilnosti v obliki žarkov, imenovanih špice. Pozneje jih je opazil tudi Hubblov teleskop. Sonda Cassini je špice fotografirala leta 2005. Pod sončno svetlobo so videti temne, ob neosvetljeni strani pa so videti svetle. Sprva so mislili, da so špice sestavljene iz mikroskopskih prašnih delcev, vendar novi dokazi kažejo, da so iz ledu. Vrtijo se istočasno z magnetosfero planeta, zato menijo, da so povezane z elektromagnetizmom. Vendar pa še vedno ni znano, kaj je vzrok za nastanek špic. Zdi se, da so sezonske, saj izginejo ob solsticiju in se spet pojavijo ob enakonočju.

Saturn ima 53 poimenovanih lun in še devet, ki jih še preučujejo. Veliko lun je zelo majhnih: 33 lun ima premer manj kot 10 km, 13 lun pa manj kot 50 km. Sedem lun je dovolj velikih, da so zaradi lastne gravitacije skoraj popolna krogla. Te lune so Titan, Rhea, Iapetus, Dione, Tethys, Enceladus in Mimas. Titan je največja luna, večja od planeta Merkur, in je edina luna v Osončju, ki ima gosto in gosto atmosfero. Naslednji največji luni sta Hiperion in Feba, ki imata premer večji od 200 km (124 milj).

Decembra 2004 in januarja 2005 je sonda Cassini-Huygens, ki jo je izdelal človek, posnela veliko bližnjih fotografij Titana. Del tega satelita, znan kot Huygensova sonda, je nato pristal na Titanu. Poimenovana je bila po nizozemskem astronomu Christiaanu Huygensu in je bila prvo vesoljsko plovilo, ki je pristalo v zunanjem delu Osončja. Sonda je bila zasnovana tako, da je plavala, če bi pristala v tekočini. Encelad, šesta največja luna, ima premer približno 500 km. Je eno redkih teles zunanjega osončja, ki kaže vulkansko aktivnost. Leta 2011 so znanstveniki odkrili električno povezavo med Saturnom in Enceladom. Vzrok za to so ionizirani delci iz vulkanov na majhni luni, ki medsebojno vplivajo na Saturnova magnetna polja. Podobne interakcije povzročajo severni sij na Zemlji.

Saturn je septembra 1979 prvič raziskovalo vesoljsko plovilo Pioneer 11. Poletela je kar 20.000 km (12.427 milj) nad vrhovi oblakov planeta. Posnela je fotografije planeta in nekaj njegovih lun, ki pa so imele nizko ločljivost. Odkrila je nov tanek obroč, imenovan obroč F. Odkrila je tudi, da so temne vrzeli obroča videti svetle, ko jih gledamo proti Soncu, kar kaže, da vrzeli niso prazne. Sonda je izmerila temperaturo lune Titan.

Novembra 1980 je Voyager 1 obiskal Saturn in posnel fotografije planeta, obročev in lun v višji ločljivosti. Na teh fotografijah so bile vidne značilnosti površja lun. Voyager 1 se je približal Titanu in pridobil veliko informacij o njegovi atmosferi. Avgusta 1981 je Voyager 2 nadaljeval s preučevanjem planeta. Fotografije, ki jih je posnela sonda, so pokazale, da so se na obročih in v ozračju dogajale spremembe. Sonde Voyager so odkrile številne lune, ki krožijo blizu Saturnovih obročev, odkrile pa so tudi nove vrzeli v obročih.

1. julija 2004 je sonda Cassini-Huygens vstopila v orbito okoli Saturna. Pred tem se je približala Phoebe in posnela fotografije njene površine v zelo visoki ločljivosti ter zbirala podatke. 25. decembra 2004 se je Huygensova sonda ločila od Cassinijeve sonde, nato pa se je spustila proti Titanovi površini in tam pristala 14. januarja 2005. Pristala je na suhem površju, vendar je ugotovila, da so na luni velike količine tekočine. Sonda Cassini je še naprej zbirala podatke s Titana in številnih ledenih lun. Našla je dokaze, da na luni Enceladus iz gejzirjev bruha voda. Cassini je julija 2006 dokazal tudi, da ima Titan ogljikovodikova jezera, ki se nahajajo v bližini njegovega severnega pola. Marca 2007 je v bližini njegovega severnega pola odkril veliko ogljikovodikovo jezero v velikosti Kaspijskega morja.

Cassini je strele na Saturnu opazoval od začetka leta 2005. Izmerjena moč strele je bila 1000-krat močnejša od strele na Zemlji. Astronomi menijo, da je strela, ki so jo opazili na Saturnu, najmočnejša, kar so jih kdaj koli videli.

• Seznam planetov