SATURN: CHARAKTERISTIKA, SLOŽENÍ, ORBITA, STRUKTURA - ARTE - 2025

Saturn je po Jupiteru druhou největší planetou ve sluneční soustavě. Známý pro svůj prstencový systém, patří k planetám zvaným Jovians, které se nacházejí za pásem asteroidů, který je odděluje od skalnatých planet.

Galileo, známá od starověku, protože je jednou z 5 planet viditelných pouhým okem a nejdále od nich, byl první, kdo ji pozoroval dalekohledem v roce 1610. Přestože si všiml deformace způsobené prsteny, nedostatek rozlišení nástroje nezjistil dovolil mu rozlišit jeho tvar.

Plynná planeta Saturn, ve srovnání se Zemí, 95krát menší. Zdroj: Saturn obrázek: NASA / JPL / Space Science Institute Obrázek Země: NASA / Apollo 17 crew / Public Domain.

To bylo roky později, v 1659, křesťan Huygens vhodně popisoval slavné prsteny. Krátce nato si italský astronom Giovanni Cassini uvědomil, že prsteny mají divizi, která se nyní nazývá divize Cassini.

Ačkoli astronomové starověku nemohli podrobně popisovat prstencový systém, již tak nádherný výhled na planetu je musel zapůsobit natolik, aby mu dal chaldejské názvy jako „Alap Sahmas“ (hvězda Slunce), „Phaenon“ (jasný jako Slunce) pro Řeky nebo „Khima“ (zodpovědný za univerzální povodeň) pro Židé.

Staří Římané spojili planetu s řeckým bohem Cronosem, otcem Zeuse, kterému říkali Saturn. Na počest tohoto božstva byly v prosinci slaveny festivaly zvané Saturnalia, které se staří křesťané později spojovali s Vánocemi.

Jiné starověké kultury, jako jsou hinduisté, Číňané a Mayové, mají ve svých záznamech také pozorování planety. Pro Mayové byla data, kdy došlo ke spojům Saturn, Jupiter a Mars, slavnostní.

Obecné vlastnosti Saturn

Saturn není tak velký jako Jupiter, je to jen třetina jeho hmotnosti, zatímco jeho poloměr je o 16% menší.

Je to nejméně hustá planeta; při 687 kg / m ³ by ^se mohl vznášet na vodě, kdyby byl oceán dostatečně velký, aby ho mohl zadržet. Skládá se hlavně z vodíku a helia, nejlehčích známých prvků, ačkoli obsahuje další v mnohem menší míře.

Saturn má své vlastní magnetické pole, méně intenzivní než Jupiterovo, ale mnohem více než Země, s magnetickou osou rovnoběžnou s osou rotace. To je důvod, proč aurory jsou běžné ve formě soustředných kruhů, přímo v každé polární oblasti. Ty jsou tvořeny pohybem elektricky nabitých částic uprostřed intenzivního magnetického pole planety.

Dalším charakteristickým rysem Saturn je teplo, které chrlí do vesmíru a vyzařuje téměř dvakrát energii, kterou dostává od Slunce. Saturnův interiér je velmi horký a vědci se domnívají, že je to kvůli kondenzaci tekutého vodíku při vysokém tlaku..

Tlak uvnitř Saturn je milionkrát větší než atmosférický tlak Země. Kapičky kapalného vodíku zvyšují rychlost, když se pohybují směrem do středu planety a vytvářejí teplo.

Kapalný vodík se chová jako kov a není zodpovědný pouze za vyzařované teplo, ale také za dynamo efekt, který vytváří magnetické pole.

Saturnova atmosféra připomíná atmosféru Jupitera s podobným vzorem světlých a tmavých pruhů. Mraky se skládají z krystalů amoniaku, vody a hydrosulfidu amonného.

Na Zemi jsou silné větry a občasné bouře. Rovníkové větry na Saturn mohou dosáhnout 500 m / s.

Shrnutí hlavních fyzikálních charakteristik planety

- Hmotnost: 5,69 x 10 ²⁶ kg.

- Poloměr akvizice: 6,0 x 10 ⁴ km

-Polární poloměr: 5,4 x 104 ⁴ km

-Tvar: zploštělý.

- Nápojová vzdálenost ke slunci: 1,4 x 10 ⁹ km

- Sklon orbity: 2,5 ° vzhledem k ekliptiku.

- Teplota: mezi -139 a -189 ° C.

-Gravita: 10,4 m / s ²

- Vlastní magnetické pole: Ano.

- Atmosféra: Ano, většinou vodík.

-Density: 687 kg / m ³

-Satellite: 82 formálně určených, mnoho dalších malých měsíců, žádné označení.

-Kruhy: Ano, složitý systém.

Prsteny Saturn

Saturnův prstencový systém je ve sluneční soustavě jedinečný pro svou mimořádnou krásu. Zdroj: Pixabay.

Prsteny jsou charakteristickým znakem Saturn, protože ačkoli je vlastní i další plynní obři, ty z této planety jsou bezpochyby nejúžasnější.

Kroužky se skládají převážně z ledu a hornin a jsou udržovány ve formě díky gravitační akci některých specializovaných satelitů: pastýřských satelitů.

Ilustrace Saturnových prstenů

Nejprve si astronomové kvůli nedostatku rozlišovací schopnosti ve svých dalekohledech mysleli, že prstence vytvářejí nepřetržitý disk hmoty kolem planety. V každém případě je tloušťka systému zanedbatelná, nanejvýš sotva kilometr a v některých oblastech může být metrů.

Italský astronom Giovanni Cassini si jako první všiml existence dělicí čáry mezi nimi kolem roku 1675.

O několik let později francouzský matematik Pierre de Laplace zdůraznil, že ve skutečnosti existuje mnoho tenkých prstenů. Nakonec James Clerk Maxwell postavil model, ve kterém navrhoval, aby prsteny byly tvořeny mnoha částicemi, z nichž každá sledovala nezávislou oběžnou dráhu.

Astronomové rozlišují prsteny písmeny abecedy. Sedm hlavních a nejjasnějších kruhů jsou A, B, C a D, zatímco E, F a G jsou bledší.

Existují také tisíce slabších prstenů. Nejbláznivější a nejvzdálenější byl detekován infračerveným dalekohledem a nazývá se Phoebeho prsten.

Umělecké ztvárnění ukazující prsteny Saturn a větších satelitů. Zdroj: photojournal.jpl.nasa.gov.

Cassiniho rozdělení odděluje kruh A od kruhu B, ale ve stejném kruhu A je temná oblast zvaná Encke split, udržovaná jedním ze Saturnových satelitů: Pan. V oblasti je také extrémně tenký kruh.

Existují divize různých šířek, pojmenované také podle slavných astronomů: Colombo, Huygens, Maxwell a Keeler.

Původ prstenů

Kroužky jsou tvořeny částicemi velikosti od zrna písku (mikrony) po obrovské kameny dlouhé desítky metrů, ale astronomové souhlasí s tím, že nepocházeli ve stejnou dobu jako planeta, ale velmi nedávno.

Odhaduje se, že hlavní prsteny A, B a C budou pravděpodobně staré několik stovek milionů let, a to je astronomicky velmi málo. Vědci si jsou jisti, že všechny planety ve sluneční soustavě vznikly současně, asi před 4,6 miliardami let.

Materiál, který tvoří prsteny, mohl pocházet z komety, meteoru nebo měsíce, roztříštěný kvůli gravitaci planety. V žádném případě to nejsou zbytky formace planety.

Původ prstenů je v tuto chvíli nejistý, ale obecná shoda spočívá v tom, že jsou spíše nestabilní, takže jakmile se vytvoří, mohou během několika milionů let zmizet.

Překladové hnutí

Orbit Saturn. Průměrná vzdálenost mezi Saturnem a Sluncem je více než 1 400 000 000 km (9 AU). Při průměrné orbitální rychlosti 9,69 km / s potřebuje Saturn kolem Slunce 10 759 dní Země. Zdroj: Todd K. Timberlake autor Snadné simulace Java = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0)

Saturn trvá 29 let a 167 dní, než procestuje svou oběžnou dráhu kolem Slunce. Zvědavě jsou Saturn a Jupiter v orbitální rezonanci, protože mezi nimi existuje gravitační interakce. Přitažlivost Slunce je samozřejmě mnohem větší, ale také vliv Jupiteru.

Když mezi astronomickými objekty existuje orbitální rezonance, jejich orbitální periody si zachovávají určitý podíl, vždy s malým počtem. V případě Saturn-Jupiteru se tento otočí o 5 otáček za každé 2 otáčky Saturn a tato rezonance má stabilizační účinky na oběžné dráhy obou planet.

Orbitální rezonance, ke které dochází mezi částicemi, které tvoří Saturnovy prstence, a satelity, které mezi nimi obíhají, má silný vliv na strukturu prstenců, například na existenci Cassiniho rozdělení.

Saturn je planeta sluneční soustavy s největším počtem satelitů, 6 z nich má související orbitální období, podívejme se:

-Mimas a Tethys, v poměru 1: 2. Pro 1 kolo Mimas se Tethys otočí 2krát.

-Encélado a Dione, ve vztahu 1: 2.

-Hyperion a Titan, v poměru 4: 3.

Konečně je pozoruhodné, že 85% momentu hybnosti sluneční soustavy je soustředěno v Jupiteru a Saturnu, dvou největších planetách, na rozdíl od Slunce, které má i přes nejvyšší procento hmotnosti malý moment hybnosti.

Úhlová hybnost systému je zajímavou fyzickou veličinou, protože je zachována při absenci vnějších interakcí. Aby ke změně došlo, je vyžadován čistý točivý moment zevnitř.

Data pohybu Saturn

Následující data stručně popisují pohyb Saturn:

- Střední poloměr oběžné dráhy: 1,43 x 109 km

- Sklon orbity: 2,5 ° vzhledem k rovině ekliptiky

- Excentricita: 0,056

- Průměrná orbitální rychlost: 9,6 km / s

- Období převodu : 29,46 let

- Doba rotace: 10,66 hodin

Kdy a jak pozorovat Saturn

Planeta Saturn je považována za nadřazenou planetu, protože její orbita je mimo orbitu Země. Vyšší planety jsou Jupiter, Saturn, Uran a Neptun. Naopak planety, jejichž orbita je nejblíže ke Slunci, se nazývají nižší planety: Merkur a Venuše.

Nejlepší čas pozorovat nadřazenou planetu je, když Země přijde mezi ní a Slunce. Na druhé straně je obtížnější vidět, kdy je ve spojení, protože je dále od Země a blízko Slunce, které ji zakrývá. Situace je graficky popsána na následujícím obrázku:

Opozice a spojení vnější planety. Zdroj: Maran, S. Astronomy for Dummies.

Jedním z hlavních cílů kteréhokoli pozorovatele oblohy je samozřejmě prohlížet prsteny, pro které stačí malý dalekohled. Je však třeba vzít v úvahu, že prsteny jsou někdy na okraji vzhledem k Zemi, a proto jsou neviditelné.

Úhel, ve kterém jsou prsteny pozorovány, se mění v průběhu 30 let, což je čas, kdy Saturn obíhá kolem Slunce.

Další protiklady Saturn jsou:

-2020: 20. července

-2021: 2. srpna

-2022: 14. srpna

-2023: 27. srpna

-2024: 8. září

-2025: 21. září

Rotační pohyb

Saturn trvá v průměru 10,66 hodin, než dokončí jednu otáčku na své vlastní ose otáčení, i když ne všechny její zóny se otáčí stejnou rychlostí. Například v rovníku je rychlost rotace 10,25 hodin, zatímco uvnitř planety je to přibližně 10,65 hodin.

Tento jev je známý jako diferenciální rotace a je to kvůli skutečnosti, že planeta není pevná, jak jsme řekli. Rovněž díky své kapalně-plynné povaze dochází k deformaci planety rotačním pohybem, který se na pólech zplošťuje.

Složení

Složení Saturn je v zásadě stejné jako složení Jupiteru a dalších plynných planet: vodík a hélium, pouze na Saturn je podíl vodíku vzhledem k nízké hustotě vyšší.

Protože se Saturn tvořil ve vnější oblasti mlhoviny, která pocházela ze sluneční soustavy, byla planeta schopna rychle růst a zachytit velké množství vodíku a helia přítomného v mlhovině.

Vzhledem k obrovským tlakům a teplotám, které se s postupujícím hloubkou zvyšují, se molekulární vodík na povrchu mění na kovový vodík.

Přestože je planeta plynná, v jejím jádru je menší podíl těžších prvků, které jsou alespoň částečně skalnaté, jako je hořčík, železo a křemík.

Kromě těchto prvků existuje mnoho druhů ledu, jako je amoniak, voda a led metanu, které mají tendenci se hromadit směrem ke středu planety, která je při vysoké teplotě. Z tohoto důvodu je materiál ve skutečnosti kapalný, spíše než plynný.

Saturnovy mraky se skládají z amoniaku a vodních ledů, zatímco v atmosféře byly kromě těchto látek detekovány acetylen, metan, propan a stopy dalších plynů.

Vnitřní struktura

Vnitřní a vnější struktura Saturn. Zdroj: Kelvinsong / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Přestože dominuje vodík a hélium, má se za to, že Saturn v přírodě obsahuje skalnaté jádro. Během procesu vytváření planet sluneční soustavy kondenzovaly plyny kolem tohoto jádra rychlým procesem, který umožňoval rychlý růst.

Jádro Saturn obsahuje, jak jsme řekli, skály a těkavé prvky a sloučeniny, obklopené vrstvou tekutého vodíku. Vědci odhadují, že toto jádro je 9 až 22krát větší než Země: rádius asi 25 000 km.

Tato vrstva tekutého vodíku je zase obklopena vrstvami tekutého vodíku a helia, které se nakonec stávají plynnými v nejvzdálenějších vrstvách. Frenkelova linie je termodynamická hranice, která odděluje plynnou tekutinu od kapaliny.

Saturnovy přirozené satelity

Podle posledních údajů má Saturn 82 označených satelitů a množství mini měsíců, které tomu tak stále chybí. Díky tomu je Saturn planeta s dosud největšími satelity.

Saturnův satelitní systém je velmi složitý; například je známo, že mají přímou akci na prstencích: pastýřské satelity.

Kromě toho existují trojské satelity, které zůstávají na stabilní oběžné dráze v úhlu 60 ° před nebo za ostatními satelity. Například měsíce Telesto a Calypso jsou trojské koně Thetys, jeden z hlavních satelitů Saturn.

Hlavními satelity Saturn jsou Titan, Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Hyperion, Iapetus a Phoebe. Tyto satelity byly známy již před vesmírnými misemi, ale výzkumné sondy pro Saturn objevily mnohem více.

Vlevo Mimas a obrovský nárazový kráter. Vpravo povrch Titanu. Oba obrázky pocházejí ze sondy Cassini. Zdroj: Wikimedia Commons.

Největší ze všech Saturnových měsíců je Titan, který má také svou vlastní atmosféru a je druhým největším v celé sluneční soustavě, po Ganymedovi, velkém měsíci Jupiteru. Titan je dokonce větší než Merkur.

Na druhé straně Enceladus, šestý měsíc Saturn, je obrovská sněhová koule s překvapením: jeho jádro je pokryto oceánem horké kapalné vody.

Saturn a Titan, jeho nejdůležitější satelit

Zajímavým faktem mezi Saturnovými měsíci je to, že existují satelity, jejichž oběžné dráhy jsou stejné, ale podaří se jim srazit. Nejvýznamnějšími z těchto koorbitálních satelitů jsou Janus a Epimetheus.

Ne všechny měsíce Saturnu mají kulovitý tvar, existuje mnoho nepravidelných satelitů, obecně malých rozměrů a oběžných drah docela daleko od planety.

Titan a jeho atmosféra

Mozaika infračervených snímků Titanu pořízená sondou Cassini v roce 2015. Zdroj: NASA prostřednictvím Wikimedia Commons.

Je to největší a nejdůležitější ze satelitů Saturn, viditelný ze Země jako malý bod světla, pomocí dalekohledu. Nizozemský astronom Christian Huygens byl první, kdo to viděl kolem roku 1655, a John Herschel, již v 19. století, jej nazval Titan.

Jeho přibližná hustota je 1,9 g / cm ³ a přestože obsahuje skalnaté jádro, je to svět téměř úplně vyrobený z ledu.

Titan má hustou atmosféru, ve které dominuje dusík a malé procento metanu, stejně jako stopy uhlovodíků. To je pozoruhodná rarita ve sluneční soustavě, protože ostatní satelity nemají vlastní atmosféru.

Má také oceány a srážky, ale ne vodu, ale metan. Existence této sloučeniny je známa od poloviny 20. století díky spektroskopii astronoma Gerarda Kuipera. Později Voyagerova sonda tento objev potvrdila.

Zajímavé na Titanu je, že zde bylo detekováno mnoho organických sloučenin, kromě metanu, který je předchůdcem života. Mechanismus, kterým Titan získal tuto zvláštní atmosféru, je stále neznámý, ale je velmi zajímavý, protože hojnost uhlovodíků je mnohem větší než u Země.

Jako součást Cassiniho mise na Saturn se sondě Huygens podařilo přistát na povrchu Titanu a našla zmrzlý povrch, ale plný reliéfů.

Přestože Titan má různorodou geologii a podnebí, je to pro člověka nevítaný svět. Jeho atmosféra je velmi dynamická; Například je známo, že fouká vysokorychlostní vítr, mnohem lepší než největší pozemní hurikány.

Mise do Saturn

Průkopník 11

To bylo vypuštěno NASA v roce 1973 a dosáhl orbity Saturn několik roků pozdnější, v roce 1979. Tato mise zachytila ​​obrazy s nízkým rozlišením a také našla neznámé satelity a prsteny nikdy neviděné od Země.

Sonda byla konečně vyřazena v roce 1995, ale nesla pamětní desku se slavnou zprávou vytvořenou Carlem Saganem a Frankem Drakeem, v případě, že se s ní setkali mimozemští navigátoři.

Voyager

Tato mise spočívala ve spuštění dvou sond: Voyager 1 a Voyager 2.

Přestože byl Voyager 1 navržen tak, aby dosáhl Jupiteru a Saturnu, již překročil hranice sluneční soustavy, vstupuje do mezihvězdného prostoru v roce 2012. Mezi jeho nejdůležitější nálezy patří potvrzení existence Titanovy atmosféry, stejně jako důležitá data Saturnovy atmosféry a kruhového systému.

Voyager 2 shromažďoval informace o saturnově atmosféře, atmosférickém tlaku a mnoha kvalitních obrazech. Po návštěvě Saturn se sonda dostala k Uranu a Neptunu, poté vstoupila do mezihvězdného prostoru, stejně jako sesterská sonda.

Cassini

Mise Cassini byla společným projektem mezi NASA, Evropskou kosmickou agenturou a Italskou kosmickou agenturou. To bylo vypuštěno v roce 1997 od Cape Canaveral a jeho cílem bylo studovat planetu Saturn a jeho satelitní systém.

Sonda dosáhla na Saturn v roce 2004 a dokázala obíhat planetu 294krát do roku 2017, kdy jí došlo palivo. Sonda byla poté úmyslně ponořena do Saturn, aby se zabránilo nárazu do jednoho ze satelitů, a tak se zabránilo radioaktivní kontaminaci.

Cassini nesl sondu Huygens, první objekt vyrobený člověkem, který přistál na světě za asteroidním pásem: Titan, největší Saturnův satelit.

Huygens přispěl obrazy Titanovy krajiny a struktury prstenů. Získal také snímky Mimasu, dalšího satelitu Saturn, který pasou prsteny. Ukazují obrovský kráter Herschel s obrovskou horou uprostřed.

Cassini také potvrdil přítomnost vody na Enceladovi, Saturnově šestém ledovém měsíci, o průměru 500 km, který je v orbitální rezonanci s Dionou.

Enceladus, ledový měsíc Saturn, ve kterém je uvnitř oceán. Obrázek sondy Cassini. Zdroj: Wikimedia Commons. NASA / JPL / Space Science Institute / Public Domain.

Enceladova voda je horká a planeta je plná gejzírek a fumarolů, které vylučují vodní páru a organické sloučeniny, a proto mnozí věří, že by mohla zachránit život.

O Iapetovi, dalším ze Saturnových velkých satelitů, Cassiniho snímky odhalily potemnělou stranu, jejíž původ je stále neurčen.

Reference

1. Obloha měsíce. Spojení a opozice vnějších planet. Obnoveno z: elcielodelmes.com.
2. Maran, S. Astronomy for Dummies.
3. HRNEC. Cassini Missions. Obnoveno z: solarsystem.nasa.gov.
4. Powell, M. Planety pouhého oka na noční obloze (a jak je identifikovat). Obnoveno z: nakedeyeplanets.com.
5. Seeds, M. 2011. Sluneční soustava. Sedmé vydání. Cengage Learning.
6. Wikipedia. Planetární prsten. Obnoveno z: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Saturn (planeta). Obnoveno z: es.wikipedia.org.
8. Wikipedia. Saturn (planeta). Obnoveno z: en.wikipedia.org.