SATURNUS: KENMERKEN, SAMENSTELLING, BAAN, STRUCTUUR - ARTE - 2025

Saturnus is na Jupiter de grootste planeet in het zonnestelsel. Bekend om zijn ringsysteem, behoort het tot de planeten genaamd Jovians, die zich na de asteroïdengordel bevinden, die hen scheidt van de rotsachtige planeten.

Bekend sinds de oudheid, aangezien het een van de 5 planeten is die met het blote oog zichtbaar zijn en het verst van hen verwijderd zijn, was Galileo de eerste die het in 1610 met een telescoop waarnam. Hoewel hij de vervorming opmerkte die door de ringen werd veroorzaakt, deed het gebrek aan resolutie van stelde hem in staat zijn vorm te onderscheiden.

De gasvormige planeet Saturnus, vergeleken met de aarde, 95 keer kleiner. Bron: afbeelding Saturnus: NASA / JPL / Space Science Institute Afbeelding aarde: NASA / Apollo 17-bemanning / publiek domein.

Jaren later, in 1659, beschreef Christian Huygens de beroemde ringen treffend. Korte tijd later realiseerde de Italiaanse astronoom Giovanni Cassini zich dat de ringen een divisie hadden, die nu de Cassini-divisie wordt genoemd.

Hoewel astronomen uit de oudheid het ringsysteem niet konden detailleren, moet het toch al prachtige uitzicht op de planeet voldoende indruk op hen hebben gemaakt om het namen te geven als 'Alap Sahmas' (ster van de zon) voor de Chaldeeën, 'Phaenon' (helder als de Sun) voor de Grieken of "Khima" (verantwoordelijk voor de universele zondvloed) voor de Hebreeën.

De oude Romeinen associeerden de planeet met de Griekse god Cronos, de vader van Zeus, die ze Saturnus noemden. Ter ere van deze godheid werden in december de feesten genaamd Saturnalia gevierd, wat de oude christenen later met Kerstmis associeerden.

Andere oude culturen zoals de hindoes, Chinezen en Maya's hebben ook waarnemingen van de planeet in hun archieven. Voor de Maya's waren de data waarop de conjuncties van Saturnus, Jupiter en Mars optraden feestelijk.

Algemene kenmerken van Saturnus

Saturnus is niet zo groot als Jupiter, het is slechts een derde van zijn massa, terwijl zijn straal 16% kleiner is.

Het is de minst dichte van de planeten; met 687 kg / m ³ zou hij op water kunnen drijven als er een oceaan was die groot genoeg was om hem te bevatten. Het is voornamelijk samengesteld uit waterstof en helium, de lichtste bekende elementen, hoewel het andere in een veel kleinere hoeveelheid bevat.

Saturnus heeft zijn eigen magnetische veld, minder intens dan dat van Jupiter, maar veel meer dan dat van de aarde, met de magnetische as parallel aan de rotatieas. Daarom komen aurora's veel voor in de vorm van concentrische cirkels, precies in elk poolgebied. Deze worden gevormd door de beweging van elektrisch geladen deeltjes in het midden van het intense magnetische veld van de planeet.

Een ander onderscheidend kenmerk van Saturnus is de warmte die hij uitspuugt in de ruimte en bijna tweemaal zoveel energie uitstraalt als de zon. Het binnenste van Saturnus is erg heet en wetenschappers denken dat dit het gevolg is van de condensatie van vloeibare waterstof onder hoge druk. .

De druk in Saturnus is een miljoen keer groter dan de atmosferische druk op aarde. De vloeibare waterstofdruppels nemen snelheid op terwijl ze naar het midden van de planeet reizen en warmte produceren.

Vloeibare waterstof gedraagt ​​zich als een metaal en is niet alleen verantwoordelijk voor de uitgestraalde warmte, maar ook voor het dynamo-effect dat het magnetische veld creëert.

De atmosfeer van Saturnus lijkt op die van Jupiter, met een soortgelijk patroon van lichte en donkere banden. De wolken bestaan ​​uit kristallen van ammoniak, water en ammoniumhydrosulfide.

Er zijn harde wind en af ​​en toe stormen die maanden aanhouden op aarde. Equatoriale winden op Saturnus kunnen 500 m / s bereiken.

Samenvatting van de belangrijkste fysieke kenmerken van de planeet

-Massa: 5,69 x 10 ²⁶ kg.

-Equatoriale straal: 6,0 x 10 ⁴ km

-Polaire straal : 5,4 x 10 ⁴ km

-Vorm: afgeplat.

-Gemiddelde afstand tot de zon: 1,4 x 10 ⁹ km

- Helling van de baan : 2,5º ten opzichte van de ecliptica.

-Temperatuur: tussen -139 en -189 ºC.

Zwaartekracht: 10,4 m / s ²

-Eigen magnetisch veld: Ja.

-Sfeer: Ja, voornamelijk waterstof.

- Dichtheid: 687 kg / m ³

-Satellieten: 82 formeel aangewezen, vele andere kleine manen, geen aanduiding.

-Ringen: Ja, een complex systeem.

De ringen van Saturnus

Het ringsysteem van Saturnus is uniek in het zonnestelsel vanwege zijn buitengewone schoonheid. Bron: Pixabay.

De ringen zijn het kenmerk van Saturnus, want hoewel de andere gasreuzen ze ook bezitten, zijn die van deze planeet zonder twijfel de meest spectaculaire.

De ringen bestaan ​​voornamelijk uit ijs en rotsen en worden in vorm gehouden dankzij de zwaartekracht van enkele gespecialiseerde satellieten: herdersatellieten.

Illustratie van de ringen van Saturnus

Aanvankelijk dachten astronomen, vanwege een gebrek aan resolutie in hun telescopen, dat de ringen een continue schijf van materie rond de planeet vormden. In ieder geval is de dikte van het systeem verwaarloosbaar, hooguit een kilometer, en kan in sommige regio's meters zijn.

De Italiaanse astronoom Giovanni Cassini was de eerste die het bestaan ​​van een scheidslijn tussen hen opmerkte, rond 1675.

Jaren later wees de Franse wiskundige Pierre de Laplace erop dat er in feite talloze dunne ringen waren. Ten slotte bouwde James Clerk Maxwell een model waarin hij voorstelde dat de ringen uit veel deeltjes bestaan, die elk een onafhankelijke baan volgen.

Astronomen onderscheiden ringen met letters van het alfabet. De 7 belangrijkste en helderste ringen zijn A, B, C en D, terwijl E, F en G bleker zijn.

Er zijn ook duizenden zwakkere ringen. De lichtste en buitenste werd gedetecteerd met een infraroodtelescoop en wordt de ring van Phoebe genoemd.

Artistieke weergave met de ringen van Saturnus en de grotere satellieten. Bron: photojournal.jpl.nasa.gov.

Cassini's divisie scheidt ring A van ring B, maar in dezelfde ring A bevindt zich een donker gebied genaamd de Encke-divisie, onderhouden door een van de satellieten van Saturnus: Pan Binnen het gebied bevindt zich ook een extreem dunne ring.

Er zijn divisies van verschillende breedtes, ook genoemd naar beroemde astronomen: Colombo, Huygens, Maxwell en Keeler.

Herkomst van de ringen

De ringen bestaan ​​uit deeltjes die in grootte variëren van een zandkorrel (micron) tot enorme rotsen van tientallen meters lang, maar astronomen zijn het erover eens dat ze niet op hetzelfde moment als de planeet zijn ontstaan, maar zeer recentelijk.

De hoofdringen A, B en C worden geschat op waarschijnlijk een paar honderd miljoen jaar oud, en dat is astronomisch gezien heel weinig. Wetenschappers zijn er zeker van dat alle planeten in het zonnestelsel op hetzelfde moment zijn gevormd, ongeveer 4,6 miljard jaar geleden.

Het materiaal waaruit de ringen bestaan, kan afkomstig zijn van een komeet, een meteoor of een maan, gefragmenteerd door de zwaartekracht van de planeet. Het zijn in ieder geval niet de overblijfselen van de formatie van de planeet.

De oorsprong van de ringen is op dit moment zeker onzeker, maar de algemene consensus is dat ze nogal onstabiel zijn, dus hoe snel ze zich hebben gevormd, ze kunnen in de loop van een paar miljoen jaar verdwijnen.

Vertaalbeweging

Baan van Saturnus. De gemiddelde afstand tussen Saturnus en de zon is meer dan 1.400.000.000 km (9 AU). Met een gemiddelde baansnelheid van 9,69 km / s heeft Saturnus 10.759 aardse dagen nodig om rond de zon te gaan. Bron: Todd K. Timberlake, auteur van Easy Java Simulation = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0)

Saturnus heeft 29 jaar en 167 dagen nodig om zijn baan rond de zon af te leggen. Vreemd genoeg bevinden Saturnus en Jupiter zich in orbitale resonantie, aangezien er een gravitatie-interactie tussen hen is. De aantrekkingskracht van de zon is natuurlijk veel groter, maar die van Jupiter heeft ook invloed.

Wanneer er orbitale resonantie is tussen astronomische objecten, behouden hun baanperioden een bepaalde verhouding, altijd met kleine getallen. In het geval van Saturnus-Jupiter, draait de laatste 5 windingen voor elke 2 omwentelingen van Saturnus en deze resonantie wordt geacht stabiliserende effecten te hebben voor de banen van beide planeten.

De orbitale resonantie die optreedt tussen de deeltjes waaruit de ringen van Saturnus bestaan ​​en de satellieten die ertussen draaien, oefent een krachtig effect uit op de structuur van de ringen, bijvoorbeeld het bestaan ​​van de Cassini-splitsing.

Saturnus is de planeet in het zonnestelsel met het grootste aantal satellieten, 6 daarvan hebben verwante baanperioden, laten we eens kijken:

-Mimas en Tethys, in een verhouding van 1: 2. Voor 1 beurt van Mimas draait Tethys 2 keer.

-Encélado en Dione, in relatie 1: 2.

-Hyperion en Titan, in een verhouding van 4: 3.

Ten slotte is het opmerkelijk dat 85% van het impulsmoment van het zonnestelsel geconcentreerd is in Jupiter en Saturnus, de twee grootste planeten, in tegenstelling tot de zon, die ondanks het hoogste massapercentage weinig impulsmoment heeft.

Het impulsmoment van een systeem is een interessante fysieke grootheid, omdat het behouden blijft bij afwezigheid van externe interacties. Om een ​​verandering te laten plaatsvinden, is een nettokoppel van binnenuit vereist.

Bewegingsgegevens van Saturnus

De volgende gegevens beschrijven in het kort de beweging van Saturnus:

- Gemiddelde straal van de baan: 1,43 x 109 km

- Helling van de baan : 2,5º ten opzichte van het vlak van de ecliptica

-Excentriciteit: 0,056

- Gemiddelde baansnelheid : 9,6 km / s

- Overdrachtstermijn : 29,46 jaar

- Rotatieperiode: 10,66 uur

Wanneer en hoe Saturnus te observeren

De planeet Saturnus wordt beschouwd als een superieure planeet, omdat zijn baan buiten de baan van de aarde ligt. De hogere planeten zijn Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus. Integendeel, de planeten waarvan de baan het dichtst bij de zon ligt, worden inferieure planeten genoemd: Mercurius en Venus.

De beste tijd om een ​​superieure planeet te observeren, is wanneer de aarde tussen haar en de zon komt. Aan de andere kant is het moeilijker om te zien wanneer deze in conjunctie is, omdat deze verder van de aarde verwijderd is en dicht bij de zon, waardoor deze verduisterd wordt. De situatie wordt grafisch beschreven in de volgende afbeelding:

Oppositie en conjunctie van een buitenplaneet. Bron: Maran, S. Astronomy for Dummies.

Een van de belangrijkste doelstellingen van elke hemelwaarnemer is natuurlijk om de ringen te bekijken, waarvoor een kleine telescoop voldoende is. Maar het is noodzakelijk om er rekening mee te houden dat de ringen soms op de rand staan ​​ten opzichte van de aarde en daarom onzichtbaar zijn.

De hoek waaronder de ringen worden bekeken, verandert gedurende 30 jaar, de tijd dat Saturnus om de zon draait.

De volgende opposities van Saturnus zijn:

-2020 : 20 juli

-2021 : 2 augustus

-2022 : 14 augustus

-2023 : 27 augustus

-2024 : 8 september

-2025 : 21 september

Roterende beweging

Saturnus heeft gemiddeld 10,66 uur nodig om één omwenteling om zijn eigen rotatieas te voltooien, hoewel niet alle zones met dezelfde snelheid draaien. Op de evenaar is de rotatiesnelheid bijvoorbeeld 10,25 uur, terwijl dat binnen de planeet ongeveer 10,65 uur is.

Dit fenomeen staat bekend als differentiële rotatie en is te wijten aan het feit dat de planeet niet solide is, zoals we al zeiden. Mede vanwege zijn vloeibaar-gasvormige aard ervaart de planeet vervorming als gevolg van de rotatiebeweging en wordt hij afgeplat aan de polen.

Samenstelling

De samenstelling van Saturnus is fundamenteel dezelfde als die van Jupiter en de andere gasvormige planeten: waterstof en helium, alleen dat op Saturnus het aandeel waterstof hoger is gezien de lage dichtheid.

Omdat Saturnus zich vormde in het buitenste gebied van de nevel waaruit het zonnestelsel ontstond, kon de planeet snel groeien en een grote hoeveelheid waterstof en helium in de nevel opvangen.

Door de enorme drukken en temperaturen die toenemen naarmate je dieper gaat, wordt de moleculaire waterstof aan het oppervlak omgezet in metallische waterstof.

Hoewel de planeet gasvormig is, is er een kleiner aandeel van zwaardere elementen in de kern, die op zijn minst gedeeltelijk rotsachtig is, zoals magnesium, ijzer en silicium.

Naast deze elementen zijn er verschillende soorten ijs in overvloed, zoals ammoniak-, water- en methaanijs, die de neiging hebben zich op te hopen naar het centrum van de planeet, die op hoge temperatuur is. Om deze reden is het materiaal eigenlijk vloeibaar in plaats van gasvormig.

De wolken van Saturnus bestaan ​​uit ammoniak en waterijs, terwijl in de atmosfeer, naast deze stoffen, acetyleen, methaan, propaan en sporen van andere gassen zijn gedetecteerd.

Interne structuur

Interne en externe structuur van Saturnus. Bron: Kelvinsong / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Hoewel gedomineerd door waterstof en helium, wordt aangenomen dat Saturnus een rotsachtige kern in de natuur bevat. Tijdens het proces van vorming van de planeten van het zonnestelsel condenseerden gassen rond deze kern, in een snel proces waardoor het snel kon groeien.

De kern van Saturnus bevat, zoals we al zeiden, rotsen en vluchtige elementen en verbindingen, omgeven door een laag vloeibare waterstof. Wetenschappers schatten dat deze kern tussen de 9 en 22 keer groter is dan de aarde: ongeveer 25.000 km in straal.

Deze laag vloeibare waterstof wordt op zijn beurt omgeven door lagen vloeibare waterstof en helium, die uiteindelijk in de buitenste lagen gasvormig worden. De Frenkel-lijn is een thermodynamische grens die de gasvormige vloeistof van de vloeistof scheidt.

De natuurlijke satellieten van Saturnus

Volgens de meest recente tellingen heeft Saturnus 82 aangewezen satellieten en een groot aantal mini-manen die dit nog steeds missen. Dit maakt Saturnus de planeet met de meeste satellieten tot nu toe.

Het satellietsysteem van Saturnus is erg complex; het is bijvoorbeeld bekend dat ze een directe actie hebben op de ringen: herder-satellieten.

Daarnaast zijn er Trojaanse satellieten, die in een stabiele baan 60º voor of achter andere satellieten blijven. De manen Telesto en Calypso zijn bijvoorbeeld Trojaanse paarden van Thetys, een van de belangrijkste satellieten van Saturnus.

De belangrijkste satellieten van Saturnus zijn Titan, Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Hyperion, Iapetus en Phoebe. Deze satellieten zijn al bekend vóór ruimtemissies, maar onderzoekssondes naar Saturnus hebben er nog veel meer ontdekt.

Links Mimas en een enorme inslagkrater. Rechts het oppervlak van Titan. Beide afbeeldingen zijn afkomstig van de Cassini-sonde. Bron: Wikimedia Commons.

De grootste van alle manen van Saturnus is Titan, die ook een eigen atmosfeer heeft en de op een na grootste in het hele zonnestelsel is, na Ganymedes, de grote maan van Jupiter. Titan is zelfs groter dan Mercurius.

Aan de andere kant is Enceladus, de zesde maan van Saturnus groot, een enorme sneeuwbal met een verrassing: zijn kern is bedekt met een oceaan van heet vloeibaar water.

Saturnus en Titan, de belangrijkste satelliet

Een merkwaardig feit onder de manen van Saturnus is dat er satellieten zijn met dezelfde banen, maar ze slagen er niet in te botsen. De meest opvallende van deze coorbitale satellieten zijn Janus en Epimetheus.

Niet alle manen van Saturnus zijn bolvormig, er zijn veel onregelmatige satellieten, over het algemeen klein van formaat en cirkelen vrij ver van de planeet.

Titan en zijn atmosfeer

Mozaïek van infraroodbeelden van Titan, gemaakt door de Cassini-sonde in 2015. Bron: NASA via Wikimedia Commons.

Het is de grootste en belangrijkste van de satellieten van Saturnus, zichtbaar vanaf de aarde als een klein lichtpuntje, met behulp van de telescoop. De Nederlandse astronoom Christian Huygens was de eerste die het zag rond 1655 en John Herschel noemde het al in de 19e eeuw Titan.

De geschatte dichtheid is 1,9 g / cm ³ en hoewel het een rotsachtige kern bevat, het is een wereld bijna volledig gemaakt van ijs.

Titan heeft een dichte atmosfeer die wordt gedomineerd door stikstof en een klein percentage methaan, evenals sporen van koolwaterstoffen. Dit is een opmerkelijke zeldzaamheid in het zonnestelsel, aangezien de andere satellieten geen eigen atmosfeer hebben.

Het heeft ook oceanen en regen, maar geen water, maar methaan. Het bestaan ​​van deze verbinding is bekend sinds het midden van de 20e eeuw, dankzij de spectroscopie uitgevoerd door de astronoom Gerard Kuiper. Later bevestigde de Voyager-sonde deze ontdekking.

Het interessante aan Titan is dat er veel organische verbindingen zijn aangetroffen, naast methaan, dat voorlopers van leven zijn. Het mechanisme waarmee Titan deze eigenaardige atmosfeer heeft verworven, is nog onbekend, maar het is van groot belang, aangezien de overvloed aan koolwaterstoffen veel groter is dan die van de aarde.

Als onderdeel van de Cassini-missie naar Saturnus slaagde de Huygens-sonde erin om op het oppervlak van Titan te landen en vond een bevroren oppervlak, maar vol met landvormen.

Hoewel Titan een gevarieerde geologie en klimaat heeft, is het een onwelkome wereld voor mensen. De sfeer is erg dynamisch; Het is bijvoorbeeld bekend dat winden met hoge snelheid waaien, veel beter dan de grootste orkanen op het land.

Missies naar Saturnus

Pionier 11

Het werd gelanceerd door NASA in 1973 en bereikte enkele jaren later, in 1979, de baan van Saturnus. Deze missie legde beelden met een lage resolutie vast en vond ook onbekende satellieten en ringen die nog nooit vanaf de aarde waren gezien.

De sonde was in 1995 eindelijk op drift, maar met de plaquette met de beroemde boodschap van Carl Sagan en Frank Drake, voor het geval buitenaardse navigators hem tegenkwamen.

Voyager

Deze missie bestond uit de lancering van twee sondes: Voyager 1 en Voyager 2.

Hoewel Voyager 1 werd ontworpen om Jupiter en Saturnus te bereiken, heeft hij al de grenzen van het zonnestelsel overschreden en is hij in 2012 de interstellaire ruimte binnengegaan. Een van de belangrijkste bevindingen is de bevestiging van het bestaan ​​van de atmosfeer van Titan, evenals belangrijke gegevens van de atmosfeer van Saturnus en het ringsysteem.

Voyager 2 verzamelde informatie over de atmosfeer, de atmosferische druk van Saturnus en talloze afbeeldingen van hoge kwaliteit. Na een bezoek aan Saturnus bereikte de sonde Uranus en Neptunus, waarna hij de interstellaire ruimte binnenging, net als de zustersonde.

Cassini

De Cassini-missie was een gezamenlijk project van NASA, de European Space Agency en de Italian Space Agency. Het werd in 1997 gelanceerd vanaf Cape Canaveral en had tot doel de planeet Saturnus en zijn satellietsysteem te bestuderen.

De sonde bereikte Saturnus in 2004 en slaagde erin 294 keer rond de planeet te draaien tot 2017, toen de brandstof op was. De sonde werd vervolgens opzettelijk ondergedompeld in Saturnus, om te voorkomen dat hij tegen een van de satellieten botst en zo radioactieve besmetting te voorkomen.

Cassini droeg de Huygens-sonde, het eerste door mensen gemaakte object dat op een wereld buiten de asteroïdengordel landde: Titan, de grootste satelliet van Saturnus.

Huygens droeg afbeeldingen van het landschap van Titan bij, evenals de structuur van de ringen. Het kreeg ook beelden van Mimas, een andere satelliet van Saturnus die ringen schraapt. Ze tonen de enorme Herschel-krater, met een enorme berg in het midden.

Cassini bevestigde ook de aanwezigheid van water op Enceladus, de zesde ijzige maan van Saturnus, met een diameter van 500 km, die in orbitale resonantie is met Dione.

Enceladus, de ijzige maan van Saturnus met daarin een oceaan. Cassini sonde afbeelding. Bron: Wikimedia Commons. NASA / JPL / Space Science Institute / Openbaar domein.

Het water van Enceladus is heet en de planeet zit vol met geisers en fumarolen die waterdamp en organische verbindingen verdrijven, en daarom geloven velen dat er leven in kan leven.

Over Iapetus, een van de andere grote satellieten van Saturnus, toonden Cassini-beelden een verduisterde zijde waarvan de oorsprong nog niet bepaald is.

Referenties

1. De lucht van de maand. Conjuncties en opposities externe planeten. Hersteld van: elcielodelmes.com.
2. Maran, S. Astronomy for Dummies.
3. POT. Cassini-missies. Hersteld van: solarsystem.nasa.gov.
4. Powell, M. The Naked Eye Planets in the Night Sky (en hoe ze te identificeren). Hersteld van: nakedeyeplanets.com.
5. Seeds, M. 2011. Het zonnestelsel. Zevende editie. Cengage leren.
6. Wikipedia. Planetaire ring. Hersteld van: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Saturnus (planeet). Hersteld van: es.wikipedia.org.
8. Wikipedia. Saturnus (planeet). Hersteld van: en.wikipedia.org.