Szaturnusz – a Naprendszer hatodik gázóriása: gyűrűk, Titán és holdak

A Szaturnusz egy lapított szferoid, ami azt jelenti, hogy a pólusainál lapos, az egyenlítője körül pedig kidudorodik. A bolygó egyenlítői átmérője 120 536 km (74 898 mi), míg a sarki átmérője (az északi pólus és a déli pólus közötti távolság) 108 728 km (67 560 mi); ez 9%-os különbség. A Szaturnusz lapos alakú, mivel nagyon gyorsan, 10,8 óránként egyszer forog.

A Szaturnusz az egyetlen olyan bolygó a Naprendszerben, amelynek sűrűsége kisebb, mint a vízé. Bár a bolygó magja nagyon sűrű, a légkör gáznemű, így a bolygó átlagos fajlagos sűrűsége 0,69 g/cm3 . Ez azt jelenti, hogy ha a Szaturnuszt egy nagy víztócsába helyeznénk, akkor lebegne.

Atmoszféra

A Szaturnusz légkörének külső része körülbelül 96% hidrogénből, 3% héliumból, 0,4% metánból és 0,01% ammóniából áll. Nagyon kis mennyiségben acetilén, etán és foszfin is található benne.

A Szaturnusz felhői sávos mintázatot mutatnak, hasonlóan a Jupiteren látható felhősávokhoz. A Szaturnusz felhői sokkal halványabbak, és a sávok szélesebbek az egyenlítőnél. A Szaturnusz legalsó felhőrétege vízjégből áll, és körülbelül 10 km vastag. A hőmérséklet itt meglehetősen alacsony, 250 K (-10°F, -23°C). A tudósok azonban ebben nem értenek egyet. A fölötte lévő, mintegy 77 km (48 mi) vastagságú réteg ammónium-hidroszulfid jégből áll, felette pedig egy 80 km (50 mi) vastagságú ammóniás jégfelhőréteg található. A legfelső réteget hidrogén- és héliumgázok alkotják, amely 200 km (124 mi) és 270 km (168 mi) magasságban húzódik a vízfelhők teteje felett. A Szaturnuszban a mezoszférában is kialakulnak sarki fények. A Szaturnusz felhőcsúcsainak hőmérséklete rendkívül alacsony, 98 K (-283 °F, -175 °C). A belső rétegekben a Szaturnusz belseje által termelt hő miatt a hőmérséklet sokkal magasabb, mint a külső rétegekben. A Szaturnusz szelei a Naprendszerben a leggyorsabbak közé tartoznak, elérik az 1800 km/h-t, ami tízszer gyorsabb, mint a földi szelek.

Viharok és foltok

A Szaturnusz légköréről is ismert, hogy ovális alakú felhőket képez, hasonlóan a Jupiteren látható tisztább foltokhoz. Ezek az ovális foltok ciklonális viharok, ugyanolyanok, mint a Földön látható ciklonok. 1990-ben a Hubble űrteleszkóp egy nagyon nagy fehér felhőt talált a Szaturnusz egyenlítője közelében. Az 1990-eshez hasonló viharokat Nagy Fehér Foltoknak nevezték el. Ezek az egyedülálló viharok csak rövid ideig léteznek, és csak körülbelül 30 földi évente fordulnak elő, az északi féltekén a nyári napforduló idején. Nagy Fehér Foltokat találtak 1876-ban, 1903-ban, 1933-ban és 1960-ban is. Ha ez a ciklus folytatódik, körülbelül 2020-ban újabb vihar alakul ki.

A Voyager 1 űrszonda a Szaturnusz északi pólusa közelében, az ÉSZ 78° körül hatszögletű felhőzetet talált. A Cassini-Huygens szonda később, 2006-ban megerősítette ezt. Az északi pólussal ellentétben a déli póluson nem látható hatszögletű felhőzet. A szonda egy hurrikánszerű vihart is felfedezett a déli pólushoz rögzítve, amely egyértelműen szemfalat mutatott. E felfedezésig a szemfalakat csak a Földön látták.

Beltér

A Szaturnusz belseje hasonló a Jupiter belsejéhez. A középpontjában egy kis, körülbelül Föld méretű kőzetmag található. Nagyon forró, hőmérséklete eléri a 15 000 K (26 540 °F (14 727 °C)). A Szaturnusz olyan forró, hogy több hőenergiát ad le az űrbe, mint amennyit a Naptól kap. Fölötte egy vastagabb, mintegy 30 000 km (18 641 mi) mélységű, fémes hidrogénből álló réteg található. E réteg felett folyékony hidrogén és hélium található. A mag nehéz, tömege körülbelül 9-22-szer nagyobb, mint a Föld magjának tömege.

Mágneses mező

A Szaturnusz természetes mágneses mezeje gyengébb, mint a Jupiteré. A Földhöz hasonlóan a Szaturnusz mezeje is mágneses dipólus. A Szaturnusz mezeje egyedülálló abban, hogy tökéletesen szimmetrikus, ellentétben bármely más ismert bolygóval. Ez azt jelenti, hogy a mező pontosan egy vonalban van a bolygó tengelyével. A Szaturnusz rádióhullámokat generál, de ezek túl gyengék ahhoz, hogy a Földről észlelni lehessen őket. A Titán hold a Szaturnusz mágneses mezejének külső részén kering, és a Titán légkörében lévő ionizált részecskékből plazmát bocsát ki a mezőbe.

A Szaturnusz átlagos távolsága a Naptól több mint 1 400 000 000 km (869 000 000 000 mi), ami körülbelül kilencszerese a Föld és a Nap távolságának. A Szaturnusz 10 759 nap, azaz körülbelül 29,8 év alatt kerüli meg a Napot. Ezt nevezik a Szaturnusz keringési idejének.

A Voyager 1 mérései szerint a Szaturnusz forgása az egyenlítőnél 10 óra 14 perc, a pólusokhoz közelebb 10 óra 40 perc, a bolygó belsejében pedig 10 óra 39 perc 24 másodperc. Ezt nevezik a forgási periódusnak.

A Cassini 10 óra 45 perc 45 másodperc ± 36 másodpercet mért a Szaturnusz forgásából. Ez körülbelül hat perccel, azaz egy százalékkal hosszabb, mint a Voyager 1 és Voyager 2 űrszondák által mért rádiós forgási idő, amelyek 1980-ban és 1981-ben repültek el a Szaturnusz mellett.

A Szaturnusz forgási periódusát a bolygó által kibocsátott rádióhullámok forgási sebességéből számítják ki. A Cassini-Huygens űrszonda felfedezte, hogy a rádióhullámok lelassultak, ami a forgási periódus növekedésére utal. Mivel a tudósok szerint a Szaturnusz forgása valójában nem lassul, a magyarázat a rádióhullámokat kiváltó mágneses mezőben rejlik.

A Szaturnusz leginkább a bolygó gyűrűiről ismert, amelyek távcsővel könnyen láthatók. Hét gyűrűje van: A, B, C, D, E, F és G gyűrű. Nevüket felfedezésük sorrendjében kapták, ami eltér a bolygóról való sorrendtől. A bolygóról nézve a gyűrűk a következők: D, C, B, A, F, G és E.

A tudósok úgy vélik, hogy a gyűrűk egy hold szétesése után visszamaradt anyagból származnak. Egy új elképzelés szerint ez egy nagyon nagy hold volt, amelynek nagy része a bolygóba zuhant. Ez nagy mennyiségű jeget hagyott hátra, amelyből a gyűrűk és néhány hold, mint például az Enceladus, amelyről úgy gondolják, hogy jégből áll.

Történelem

A gyűrűket először Galileo Galilei fedezte fel 1610-ben, távcsövével. Galilei számára nem tűntek gyűrűknek, ezért "fogantyúknak" nevezte őket. Úgy gondolta, hogy a Szaturnusz három különálló bolygó, amelyek majdnem összeérnek egymással. 1612-ben, amikor a gyűrűk széle a Földdel szemben állt, a gyűrűk eltűntek, majd 1613-ban újra megjelentek, ami még jobban összezavarta Galileit. 1655-ben Christiaan Huygens volt az első, aki felismerte, hogy a Szaturnuszt gyűrűk veszik körül. Galileiénél sokkal erősebb távcsövet használva megállapította, hogy a Szaturnuszt "vékony, lapos, sehol sem érintkező gyűrű veszi körül...". 1675-ben Giovanni Domenico Cassini felfedezte, hogy a bolygó gyűrűi valójában kisebb, hézagos gyűrűkből állnak. A legnagyobb gyűrűhézagot később Cassini-osztálynak nevezték el. 1859-ben James Clerk Maxwell kimutatta, hogy a gyűrűk nem lehetnek szilárdak, hanem apró részecskékből állnak, amelyek mindegyike külön-külön kering a Szaturnusz körül, különben instabillá válna vagy szétszakadna. James Keeler 1895-ben spektroszkóp segítségével tanulmányozta a gyűrűket, ami igazolta Maxwell elméletét.

Fizikai jellemzők

A gyűrűk a bolygó egyenlítője felett 6 630 km és 120 700 km között mozognak. Maxwell bizonyította, hogy bár a gyűrűk felülről nézve szilárdnak és töretlennek tűnnek, a gyűrűk apró kőzet- és jégrészecskékből állnak. Mindössze kb. 10 m (33 láb) vastagok; szilikakőzetből, vasoxidból és jégszemcsékből állnak. A legkisebb részecskék csak porszemek, míg a legnagyobbak házméretűek. A C és D gyűrűk is úgy tűnik, mintha "hullámok" lennének bennük, mint a vízben a hullámok. Ezek a nagy hullámok 500 m magasak, de csak lassan, naponta kb. 250 m-rel mozognak. Egyes tudósok úgy vélik, hogy a hullámot a Szaturnusz holdjai okozzák. Egy másik elképzelés szerint a hullámokat egy üstökös okozta, amely 1983-ban vagy 1984-ben csapódott be a Szaturnuszba.

A gyűrűk legnagyobb hézagai a Cassini- és az Encke-osztály, mindkettő látható a Földről. A Cassini-szakasz a legnagyobb, szélessége 4800 km. Amikor azonban a Voyager űrhajók 1980-ban ellátogattak a Szaturnuszra, felfedezték, hogy a gyűrűk összetett szerkezetűek, több ezer vékony résből és gyűrűkből állnak. A tudósok szerint ezt a Szaturnusz néhány holdjának gravitációs ereje okozza. Az aprócska Pan hold a Szaturnusz gyűrűi között kering, és ezzel rést hoz létre a gyűrűkben. Más gyűrűk a pásztorszatellitek, például a Prometheus és a Pandora gravitációs ereje miatt tartják meg szerkezetüket. Más rések egy távolabbi nagy hold gravitációs ereje miatt alakulnak ki. A Mimas hold felelős a Cassini-hasadék kitisztításáért.

A Cassini űrszonda legújabb adatai azt mutatják, hogy a gyűrűknek saját, a bolygó légkörétől független légköre van. A gyűrűk légköre oxigéngázból áll, és akkor keletkezik, amikor a Nap ultraibolya fénye felbontja a gyűrűkben lévő vízjeget. Az ultraibolya fény és a vízmolekulák között kémiai reakció is lejátszódik, és hidrogéngáz keletkezik. Az oxigén- és hidrogénlégkör a gyűrűk körül nagyon nagy távolságra van egymástól. Az oxigén- és hidrogéngáz mellett a gyűrűknek vékony, hidroxidból álló légköre is van. Ezt az aniont a Hubble űrteleszkóp fedezte fel.

Spokes

A Voyager űrszonda sugár alakú, küllőknek nevezett vonásokat fedezett fel. Ezeket később a Hubble-teleszkóp is látta. A Cassini űrszonda 2005-ben lefényképezte a küllőket. Napfényben sötétnek, a megvilágítatlan oldalukkal szemben pedig világosnak tűnnek. Először azt hitték, hogy a küllők mikroszkopikus porszemcsékből állnak, de az új bizonyítékok azt mutatják, hogy jégből állnak. A bolygó magnetoszférájával egy időben forognak, ezért úgy gondolják, hogy kapcsolatuk van az elektromágnesességgel. Azt azonban még mindig nem tudni, hogy mi okozza a küllők kialakulását. Úgy tűnik, hogy szezonálisak, a napforduló idején eltűnnek, majd a napéjegyenlőség idején újra megjelennek.

A Szaturnusznak 53 nevesített holdja van, és további kilenc, amelyek tanulmányozása még folyamatban van. A holdak közül sok nagyon kicsi: 33 hold átmérője 10 km-nél kisebb, 13 hold pedig 50 km-nél kisebb. Hét hold elég nagy ahhoz, hogy a saját gravitációjuk által okozott közel tökéletes gömb legyen. Ezek a holdak a Titán, a Rhea, az Iapetus, a Dione, a Tethys, az Enceladus és a Mimas. A Titán a legnagyobb hold, nagyobb, mint a Merkúr bolygó, és ez az egyetlen hold a Naprendszerben, amelynek vastag, sűrű légköre van. A Hyperion és a Phoebe a következő legnagyobb holdak, amelyek átmérője nagyobb, mint 200 km (124 mi).

2004 decemberében és 2005 januárjában egy ember alkotta műhold, a Cassini-Huygens szonda számos közeli felvételt készített a Titánról. A Huygens-szondaként ismert műhold egy része aztán leszállt a Titánra. A Christiaan Huygens holland csillagászról elnevezett űrszonda volt az első, amely a külső Naprendszerben landolt. A szondát úgy tervezték, hogy lebegjen arra az esetre, ha folyadékban landolna. Az Enceladus, a hatodik legnagyobb hold, átmérője körülbelül 500 km (311 mi). Egyike azon kevés külső Naprendszerbeli objektumnak, amely vulkáni tevékenységet mutat. 2011-ben a tudósok elektromos kapcsolatot fedeztek fel a Szaturnusz és az Enceladus között. Ezt a kis holdon található vulkánokból származó ionizált részecskék okozzák, amelyek kölcsönhatásba lépnek a Szaturnusz mágneses mezejével. Hasonló kölcsönhatások okozzák a Földön az északi fényt.

A Szaturnuszt először a Pioneer 11 űrszonda kutatta fel 1979 szeptemberében. Az űrszonda egészen 20 000 km-re repült a bolygó felhőzete fölött. Fényképeket készített a bolygóról és néhány holdjáról, de azok felbontása alacsony volt. Felfedezett egy új, vékony gyűrűt, az F-gyűrűt. Azt is felfedezte, hogy a sötét gyűrű rései a Nap felé nézve világosnak tűnnek, ami azt mutatja, hogy a rések nem üresek. Az űrszonda megmérte a Titan nevű hold hőmérsékletét.

1980 novemberében a Voyager 1 meglátogatta a Szaturnuszt, és nagyobb felbontású felvételeket készített a bolygóról, a gyűrűkről és a holdakról. Ezeken a fotókon a holdak felszíni jellegzetességei is láthatóvá váltak. A Voyager 1 közel ment a Titánhoz, és sok információt szerzett annak légköréről. 1981 augusztusában a Voyager 2 folytatta a bolygó tanulmányozását. Az űrszonda által készített fényképek azt mutatták, hogy változások történtek a gyűrűkben és a légkörben. A Voyager űrszondák számos, a Szaturnusz gyűrűi közelében keringő holdat fedeztek fel, valamint új gyűrűhézagokat fedeztek fel.

2004. július 1-jén a Cassini-Huygens űrszonda pályára állt a Szaturnusz körül. Ezt megelőzően a Phoebe közelében repült, nagyon nagy felbontású fényképeket készített a felszínéről és adatokat gyűjtött. 2004. december 25-én a Huygens-szonda elvált a Cassini-szondától, majd a Titán felszíne felé vette az irányt, és 2005. január 14-én landolt ott. Száraz felszínen szállt le, de megállapította, hogy a holdon nagy mennyiségű folyadék található. A Cassini-szonda folytatta az adatgyűjtést a Titánról és számos jeges holdról. Bizonyítékot talált arra, hogy az Enceladus hold gejzírjeiből víz tör elő. A Cassini 2006 júliusában azt is bebizonyította, hogy a Titánon szénhidrogén-tavak vannak, amelyek az északi pólus közelében találhatók. 2007 márciusában egy nagy, a Kaszpi-tenger nagyságú szénhidrogén-tavat fedezett fel az északi pólus közelében.

A Cassini 2005 eleje óta figyelt meg villámlásokat a Szaturnuszon. A villámok ereje a mérések szerint 1000-szer erősebb volt, mint a földi villámoké. A csillagászok úgy vélik, hogy a Szaturnuszban megfigyelt villámok a valaha látott legerősebbek.

• Bolygók listája