Saturn

Utożsamiany z greckim Kronosem ojciec Jowisza to rzymski bóg rolnictwa, zasiewów i czasu. Starożytni Rzymianie obchodzili jego święto od 17 do 23 grudnia jako uroczystość pojednania i równości. Wiele wskazuje na fakt, że właśnie to święto jest źródłem niektórych tradycji świąt Bożego Narodzenia, takich, jak na przykład obdarowywanie bliskich prezentami.

Charakterystyka fizyczna planety

Saturn jest szóstą planetą od Słońca i drugą co do wielkości planetą w Układzie Słonecznym. Podobnie jak Jowisz jest on gazowym olbrzymem. Ma najmniejszą gęstość spośród planet naszego Układu Słonecznego i dodatkowo – to jedyna planeta o  gęstości mniejszej niż gęstość wody. Pomimo to jego masa jest tylko o jeden rząd wielkości mniejsza od masy Jowisza i około 95 razy większa od masy Ziemi. Z kolei promień Saturna jest ponad 9 razy większy od promienia ziemskiego oraz jego odległość od Słońca jest prawie 9,5 razy większa niż Ziemi.

Ryc. 1. Porównanie wielkości pierwszych sześciu od Słońca planet z naszego układu

Wielkości fizyczne charakteryzujące Saturna w porównaniu z Ziemią (planetą skalistą) i Jowiszem (gazowym olbrzymem)

Saturn, jako gazowy gigant, nie ma prawdziwej powierzchni, ponieważ składa się głównie z wirujących gazów i cieczy. W środku planety panuje ogromne ciśnienie i jest bardzo wysoka temperatura. Dzięki temu znajduje się w niej gęsty rdzeń z metali (np. żelaza i niklu), który jest otoczony materiałem skalnym i innymi związkami w stanie stałym, jak na przykład wodór. Warstwa ta otoczona jest ciekłym wodorem. Jego zewnętrzna atmosfera składa się głównie z wodoru i helu oraz śladowych ilości amoniaku, acetylenu i etanu. Mamy tam również warstwy chmur, których skład zmienia się wraz ze zmianą odległości od środka planety oraz ciśnienia. Żółte i złote pasma widoczne w atmosferze Saturna są wynikiem superszybkich wiatrów w górnych warstwach atmosfery, które mogą osiągać szybkość nawet do 1800 km/h wokół równika.

Ryc. 2. Przekrój przez planetę Saturn

Planeta posiada również pole magnetyczne utworzone przez płynną warstwę metalicznego wodoru. Podobnie jak w przypadku innych planet wyróżniamy magnetyczne bieguny: północny i południowy planety, które w tym przypadku pokrywają się z biegunami geograficznymi Saturna (na odwrót niż w przypadku Ziemi).

Ryc. 3. Pole magnetyczne wokół Ziemi, Jowisza i Saturna. Rysunki pod planetami przedstawiają linie pola magnetycznego tych planet oraz ich zwroty

Pierścienie Saturna

Saturn jest planetą widoczną gołym okiem, dzięki czemu znano go już od czasów starożytnych. Pierwszą osobą, która rozpoczęła obserwacje Saturna za pomocą teleskopu był Galileusz. W 1610 r. dostrzegł on obiekty wokół niego i przyjął, że są to księżyce Saturna. Ze względu na prymitywność skonstruowanego przez siebie teleskopu, nie był w stanie określić, z czym tak naprawdę ma do czynienia.

Ryc. 4. Wykonane przez Galileusza rysunki Saturna

Dwa lata później Galileusz ponownie obserwował Saturna i zauważył, że „księżyce” zniknęły, a po kolejnych dwóch latach powróciły. Założył on wówczas, że są to swego rodzaju „ramiona” planety. Prawie 50 lat później holenderski astronom Christiaan Huygens rozwiązał zagadkę „ramion”. Ulepszywszy optykę teleskopu, poprawie określił, że anomalia wokół Saturna to w rzeczywistości system pierścieni wokół niego.

Ryc. 5. Artystyczna wizja pierścieni Saturna

Czym zatem są tajemnicze pierścienie, które stanowią najbardziej charakterystyczną cechę tej planety? Nie wiemy do końca, w jaki sposób tworzą się układu pierścieniowe. Uważa się, że są one pozostałością z komet, asteroid lub rozbitych księżyców, które rozpadły się w wyniku działania ogromnej siły grawitacji pochodzącej od tej planety. Są zbudowane z miliardów małych kawałków lodu i skał pokrytych innymi materiałami, takimi jak na przykład kurz. Ich wielkość waha się od maleńkich ziarenek po ogromne skały przypominające góry. Gdybyśmy spojrzeli na pierścienie z perspektywy chmur Saturna, dostrzeglibyśmy, że ich kolor jest w większości biały oraz każdy z nich porusza się z inną szybkością.

Ryc. 6. Pierścienie Saturna widziane przez sondę Cassini NASA w sierpniu 2009 r.

Wraz ze wzrostem zaawansowania technologii służącej do badania ciał niebieskich odkryto, że Saturn w rzeczywistości ma wiele pierścieni. Wyróżniamy trzy główne, najgęstsze pierścienie oraz dwa mniej gęste, ale równie ważne, którym przyporządkowano kolejne litery alfabetu w zależności od czasu ich odkrycia. Pozostałe są to głównie rzadsze skupiska pyłu i kawałków lodu. 

Pierścienie Saturna

Ryc. 7. Pierścienie Saturna

Zwróćmy uwagę na brak w tabeli pierścienia E. Oznacza to, że został on odkryty wcześniej niż pierścień F, ale nie zalicza się go do gęstych.

Dzień i rok saturiański

Saturn ma drugi najkrótszy dzień w Układzie Słonecznym, ponieważ jego obrót wokół osi wynosi zaledwie 10 godzin 33 minuty i 38 sekund. Ponadto jego oś, podobnie jak oś Ziemi, nachylona jest w stosunku do Słońca, co oznacza, że doświadcza on pór roku. Duża odległość tej planety od Słońca sprawia, że rok na niej trwa aż 29,4 ziemskich lat, co daje nieco ponad 7 lat przypadających na każdą porę roku. Z powyższego wynika również, że saturiański rok liczy sobie 24 491 dni saturiańskich.

Ryc. 8. Nachylenie osi Jowisza i Saturna względem Słońca

Księżyce

Na dzień dzisiejszy przyjmuje się, że wokół Saturna krążą aż 83 księżyce. Są one bardzo zróżnicowane pod kątem budowy, rozmiarów i położenia. Za naturalne satelity tej planety uważamy te ciała, które nie są osadzone w jego pierścieniach.

Ryc. 9. Saturn wraz ze swoimi księżycami. Grafika przedstawia niektóre z naturalnych satelitów oraz ich orbity.

Sama planeta jest niezdatna do życia dla form organizmów, które znamy. Jednak niektóre z jej naturalnych satelitów mają warunki, w których istnieje hipotetyczna możliwość jego zaistnienia. Szczególną uwagę przykuwa lodowy księżyc Enceladus. Pod skorupą lodu, którą jest pokryty, znajduje się ocean, a na powierzchni obserwujemy szczeliny – z nich wyrzucane są strumienie pary i pyłu podobne do ziemskich gejzerów. Jak wiemy, woda jest bardzo dobrym środowiskiem do rozwoju życia.

Niektóre z księżyców, jak na przykład Tytan, są większe od planety Merkury, ale tylko 13 spośród naturalnych satelitów Saturna ma średnicę większą niż 50 km. Tytan jest otoczony gęstą atmosferą złożoną głównie z azotu z domieszką argonu, metanu, etanu i acetylenu, czemu zawdzięcza swój żółty kolor. Składa się w dużej mierze z lodu wodnego, a na jego powierzchni znajdują się jeziora z ciekłego metanu.

Zestawienie największych księżyców Saturna

Ciekawostki o planecie 

Saturn jest piątym co do jasności obiektem w całym Układzie Słonecznym. Był obserwowany oraz opisywany już od XVII w. przez znanych astronomów, jak np. Galileusz, Christiaan Huygens, Giovanni Cassini, czy William Henry Pickering. Ze względu na jego szybki obrót wokół własnej osi oraz bardzo małą gęstość, jest on najbardziej spłaszczoną planetą w naszym układzie.

Ryc. 10. Spłaszczenie Saturna

W zbadaniu Saturna oraz jego księżyców pomogły także misje kosmiczne, takie jak Pioneer 11, Voyager 1 i 2 oraz Cassini-Huygens. Ta ostatnia była specjalnie przygotowana w celu zbadania Saturna i jego księżyców. Sonda wykonała pierwsze zdjęcia 21 października 2002 r. Misja zakończyła się kontrolowanym zniszczeniem sondy w atmosferze tego gazowego olbrzyma. Dnia 15 września 2017 r. została zgnieciona przez ekstremalne ciśnienie tam panujące. Dzięki temu na Saturnie pozostały około 2 tony ziemskiej materii.

Materiały źródłowe