Saturn

Unicode označenie: ♄

V poradí šiestou planétou od Slnka je Saturn a po Jupiteri je druhá najväčšia planéta slnečnej sústavy. Jeho meno pochádza z rímskej mytológie po bohovi Ssaturnovi, ktorý je obdobou gréckeho Krona. Planéta bola známa už v prehistorickom období.

Saturn patrí do skupiny joviálnych planét, takže nemá pevný povrch ale len hustú atmosféru pozvolne prechádzajúcu plášťa. Atmosféru planéty tvorí až 96,3% vodíka. Viditeľný povrch planéty je tvorený svetložltou vrstvou mrakov s nejasnými pásmi rôznych odtieňov. Je najvýraznejšie sploštenou planétou kvôli svojej nízkej hustote a vysokej rotačnej rýchlosti. Jeho rovníkový priemer je 120 660 km, pokým jeho polárny priemer iba 98 000 km, čiže jeho rovníkový priemer je väčší približne o 10%. Vysvetliť sa to dá rýchlou rotáciou a pravdepodobne tekutou fázou vodíka, ktorá sa v tejto fáze ostane vďaka pôsobeniu vnútorných tlakov a teploty až 6 727^oC. Saturn, rovnako ako Jupiter, vyžaruje viac tepla ako príjme zo Slnka.

Objem planéty tvorí až 75% vodíka a 25% hélia. Nachádzajú sa tu aj stopy metánu, vody a kryštalického amoniaku nachádzajúceho sa v horných vrstvách. Jadro je zložené pravdepodobne z kovového vodíka, čo je spôsobené tak veľkým tlakom, že inak plynný vodík sa správa ako kovový. Teplota jadra dosahuje pravdepodobne teplotu 11 727^oC. Vzdialenosť Saturnu od Slnka je 1 426,9 milióna km, čo je skoro dvojnásobok vzdialenosti Jupitera od Slnka. Jeho os sa odkláňa od kolmice na ekliptiku o 26,7^o, čo je o 4 stupne viac ako v prípade Zeme. Dráha Saturna predstavuje elipsu blízku kruhu, po ktorej sa premáva rýchlosťou 9,66 km/s ( 34 703 km/h ), čím sa radí na tretie miesto medzi najpomalšími planétami. Jeden deň na Saturne trvá 10,66 hodín a tým je jeho diferenciálna rotácia ( rýchlosť smerom od rovníka k pólom klesá ) okolo vlastnej osi druhá najrýchlejšia, prvenstvo v tomto smere má Jupiter. Saturn pravdepodobne vznikal rovnako ako Jupiter, v protoplanetárnom disku pred 4,6 – 4,7 miliardami rokov. Svoje pôvodne zloženie atmosféry nadobudnuté už pri svojom vzniku si ponechal kvôli únikovej rýchlosti 35,49 km/s, ktorá ďaleko prevyšuje tepelnú rýchlosť molekúl. Vznik Saturnových mesiacov mal pravdepodobne rovnaký priebeh ako vznik kamenných planét. Nakoľko je Saturn od Slnka dosť vzdialený, tak na základe modelových výpočtov sa dospelo k názoru, že v nijakej fáze jeho vnziku teplota nestúpla na hodnoty porovnateľné s Jupiterom. Preto sa ani ľahko tavitelné látky z pôvodného disku okolo vznikajúcej planéty nemohli vypariť.

Magnetické pole Saturna bolo objavené v roku 1979 sondou Voyager 11, ktorého intenzita je oveľa menšia ako magnetické pole Jupitera. Zároveň je naslabšie spomedzi magnetických polí všetkých plynných obrov. S hodnotou 21 μT je len o málo silnejši ako to zemské, no v porovnaní so Zemou má výraznejší dvojpólový charakter. Magnetické pole generuje pravdepodobne hydromagnetické dynamo. V ďaleko siahajúcej magnetosfére sa pohybujú všetky mesiace aj častice prstencov, ktoré súvisia s tvarom magnetosféry. Existencia magnetosféry spôsobuje príležitostné výskyty polárnej žiary viditelnej v ultrafialovej časti spektra. Táto polárna žiara je na základe pozorovaní sondou Cassini a Hubbleovým ďalekohľadom odlišná od polárnych žiar iných planét.

Ionosféra Saturnu siaha až po prstenec, označený ako C ( prstence sú označené veľkými písmenami ). Hmlistý opar vzniká absorbciou ultrafilového žiarenia v najvrchnejšej vrstve atmosféry a vzniká na pologuli, ktorá je práve priklonená k Slnku. Teplota horných mrakov sa pohybuje v teplote -140^oC a s hĺbkou postupne rastie. Ovplyvňuje to skupenstvo rôznych chemických zlúčenin obsiahnutých v atmosfére a tým vznikajú mraky rôzneho zloženia v rôznych výškových hladinách. Najvyššia vrstva je tvorená ľadovými čpavkovými kryštálikmi, pod ktorou je vrstva mrakov zo siričitanu amónneho. Najnižšiu vrstvu mrakov tvorí pravdepodobne vodný ľad. K jadru planéty padajú kvapky héliového dažďa, čo spôsobuje premenu ich pohybovej energie na tepelnú. To je dôvod prečo Saturn vyžaruje približne dva krát viac energie ako dostané zo Slnka. Žltú farbu planéty spôsobuje odraz slnečného svetla od vrchných mrakov, pokým podrobné zábery sondy Cassini ukazujú modrú farbu atmosféry.

Vetry na Saturne v oblasti rovníka dosahujú rýchlosť až 480 m/s. Vo väčších výškach je rýchlosť prúdenia pomalšia – 160 m/s. Prevažná časť vetrov vejúcich východným smerom predbieha rotáciu jadra.

Striedavé svetlejšie a tmavšie pruhy v atmosfére spôsobené polárnym sploštením, obiehajú rovnobežne rovník.

Saturn má dve ročné obdobia – leto a zimu, ktoré sa striedajú približne každých 15 rokov, no na planéte sa však nijako neprejavujú. Periodicita sa prejavuje vo výskyte mohutných búrkových útvarov. Doteraz boli pozorované len tri útvary a medzi nimi ubehlo 57 rokov, čo sú približne dva obehy Saturnu okolo Slnka. Leto na Saturne nastáva vtedy keď je naklonený k Slnku v rovine so svojimi prstencami a lúče dopadajúce na jeho povrch sú pod menším uhlom ako v zime.

Tlak a teplota priamo úmerne vzrastá s hĺbkou. Atmosféra, povrch, plášť a jadro nemajú zreteľné hranice. Vodík prechádza do kvapalného skupenstva už 500 km pod vrcholkami marakov a vytvára tak globálny vodíkový oceán a bližšie k jadru nadobúda čoraz viac vlastnosti kovu. Vrstva tekutého kovového vodíka sa začína asi 25 000 – 33 000 km pod vrcholkami mrakov a jeho hrúbka je približne 20 000 km. Kovový vodík je tekutá látka so zvláštnymi vlastnosťami, medzi ktoré patrí aj dobrá elektrická vodivosť. Tento rozsiahly objem kovového vodíka vytvára magnetické pole. Jadro s priemerom 20 000 km a teplotou 12 000^oC je pravdepodobne tvorené okrem skalnatého materiálu aj ľadom. Jadro je od toho nášho asi 2,5 krát väčšie a 25 krát ťažšie ako Zem.

Saturn obieha 61 mesiacov pomenovaných k januáru 2011. Najbližším mesiacom Saturnu je Pan, ktorý planétu obieha vo vzdialenosti 133 583 km a najvzdialenejší je Ymir, vzdialený 23 100 000 km. Všetky až na 4 či 6 z nich sú nepravidelného tvaru. Zdokonalovanie prístrojov a pozorovacích techník ma za následok pribúdanie známych mesiacov, ktorých počet sa za posledných 20 rokov viac ako zdvojnásobil. Najväčším a zároveň najznámejším mesiacom Saturnu je Titan s polomerom 2 575 km a má vlastnú veľmi hustú atmosféru zloženú z molekulárneho dusíka a metánu. Po Ganymede je druhým najväčším mesiacom slnečnej sústavy. Má pevný povrch s minimálne jedným potvrdeným uhľovodíkovým jazerom. Povrchové teploty Titanu dosahujú -178^oC a tlak 160 kPa. Sonda Huygens bola prvou sondou ktorá pristála na povrchu mesiaca okrem Mesiaca. Najväčší známy mesiac bez atmosféry a zároveň druhý najväčší Saturnov mesiac je Rhea. Jeho zloženie tvorí zmes vodného ľadu a kremičitanov. Nie je vylúčené, že má malé kamenné jadro. Je viditeľný spolu s mesiacom Japetus už malým ďalekohľadom. Zvláštnosťou Japetusu je, že jednu pologuľu má svetlú a druhú tmavú. Podobnou zvláštnosťou je známy aj mesiac Dione. Kráter Herschel radiaci sa k najväčším impaktným kráterom v pomere k veľkosti telesa sa nachádza na mesiaci Mimas.

Saturnové najväčšie mesiace

Saturn je planéta s najvýraznejšou sústavou prstencov, spomedzi všetkých planét. Pôvodne boli známe len jeho prstence a až v roku 1977 boli objavené nevyrázné prstence okolo planéty Urán a Neptún. Prstence Saturnu tvorí množstvo drobných čiastočiek, pravdepodobne sú to kúsky hornín obalené ľadom. Každá častica sa pri obehu okolo rovníka sa riadi Keplerovými zákonmi, čiže najbližšie častice obiehajú planétu najrýchlejšie a najvzdialenejšie najpomalšie. Pôvod týchto prstencov nie je dodnes známy. Delia sa smerom od planéty na D C B A F G E a sú od seba oddelené medzerou. Prstence tvoria komplex o šírke približne 250 000 km s hrúbkou 3 km.

Prvé historicky doložené pozorovanie planéty sa uskutočnilo v období okolo roku 650 pred Kr. a pochádza z oblasti Mezopotámie. Zachovalý text spomína zákryt planéty mesiacom. Znázornený bol aj v najstarších geocentrických modeloch nebeskej sféry bol najvzdialenejšou planétou od Zeme a obiehal ju medzi Jupiterom a konečnou sférou hviezd. Neobvyklý tvar planéty bol spozorovaný Galileom Galileim, ktorý však nedokázal rozlíšiť že ide o prstence a predpokladal že ide o trojplanétu. Na to, že sa jedná prstence prišiel až Christian Huygens v roku 1656, kedy ho začal pozorovať ďalekohľadom vlastnej výroby s 50-násobným zväčšením od roku 1655. Galileo Galilei mal ďalekohľad len s 32-násobným zväčšením. V apríli toho istého roku objavil mesiac Titan a podarilo sa mu pomerne presne určiť aj jeho obežnú dráhu. Japetus, Thetys, Rhea a Dione boli objavené v 70. a 80. rokoch 17.storočia. Rok 1675 znamenal pre Giovanniho Domenica Cassiniho objav tmavej medzery v prstenci, ktorá bola na jeho počesť pomenovaná Cassiniho delenie. Pierre Simone de Laplace  si myslel, že prstenec tvorí sústavu do seba zapadajúcich obrúči, ale v roku 1857 ho James Clerk Maxwell z tohto myľného predpokladu vyviedol a dokázal, že prstenec je obrovská sústava samostatne obiehajúcich telies. Sploštenie planéty zmeral v roku 1789 William Herschel kedy odhadol pomer rovníkoveho priemeru k polárnemu na 11:10.

Saturn je možné na nočnej oblohe pozorovať aj voľným okom. Žiari žltým neblikajúcim svetlom, narozdiel od hviezd, a je skoro tak jasný ako Jupiter. Jeho zdanlivá hviezdna veľkosť sa pohybuje od 1,5 do -0,5 magnitúd čo je porovnateľné s jasnejšími hviezdami. Vzdialenosť Saturnu od ekliptiky nie je nikdy väčšia ako 2,5^o, čo znamená že v súčastnosti sa nachádza na 48.rovnobežke ( oblasť južného Slovenska ) a je považovaný za poslednú planétu pozorovateľnú voľným okom. Jeho prstence nie sú voľným okom pozorovateľné. Urán je možné vidieť len za veľmi vhodných podmienok, keďže jeho jasnosť sa pohybuje na hranici pozorovateľnosti.

Pohyb planéty po oblohe je najpomalší zo všetkých plnét, čo vyplýva z tretieho Keplerovho zákona. Počas jedného siderického obehu Saturn na oblohe vykreslí 28,5 slučiek. Momentálne sa nachádza v súhvezdí Panny, kde ostane až do roku 2012. Potom sa presunie do súhvezdia Váhy.

Predmetom pozorovaní Hubbleovým vesmírnym ďalekohľadom sú jeho atmosférické zmeny a polárne žiary. Vďaka tomuto ďalekohľadu sa podarilo objaviť niekoľko Saturnových mesiacov a určiť hrúbku prstencov. Saturn pozorujú aj pozemské observátória ako napríklad Európske južné observatórium a observatórium na Mauna Kea, ktoré v rokoch 2000 – 2003 objavili niekoľko malých,  rektográdne obiehajúcich mesiacov.

Opozície Saturnu a jeho najmenšie vzdialenosti od Zeme v rokoch 2001-2020

Prvá sonda, ktorá navštívila Saturn bola sonda Pioneer 11 v roku 1979. Tá k nemu dorazila po štyroch rokoch letu medziplanetárnym priestorom, kedy ho 2.augusta 1979 začala študovať  spolu s jeho okolím. Sonda ukončila sledovanie planéty 15.septembra 1979 pretože pokračovala letom do vonkajších častí slnečnej sústavy.

Voyager 1 preletel nad Saturnom v roku 1980 a 13. novembra nastalo jeho najväčšie priblíženie. O necelý rok sonda Voyager 2  začala s výskumom horných vrstiev atmosféry pomocou radaru, ktorý prieniesol poznatky o jej teplote a hustote. Zistilo sa, že najvyššie oblasti majú pri tlaku 7 kPa teplotu -203^oC a najnižšie so vzrastajúcim tlakom až na 120 kPa teplotu -130^oC. Počas priblíženia sa k planéte, sonda vyhotovila a odoslala na Zem okolo 16 000 snímkov.

Prvou umelou družicou Saturnu sa stala sonda Cassini, ktorá odštartovala k planéte v roku 1997 a 1.júla 2004 bola navedená na jeho obežnú dráhu. Pristávací modul Huygens, navrhnutý Európskou kozmickou agentúrou sa od sondy oddelil 25.decembra kedy začal trojtýždňovú samostatnú cestu a 14.januára 2005 pristál na mesiaci Titan. Sonda Cassini, na ktorej palube je 12 vedeckých prístrojov určených na snímkovanie, mapovanie, meranie chemického zloženia, teploty, magnetického poľa a štúdia zloženia telies, pokračuje v skúmaní Saturnu ako aj jeho mesiacov.

Nakoľko plynní obri, medzi ktorých patrí aj Saturn, nemajú pevný povrch, tak život by sa mohol vyvíjať len v ich atmosfére v oblastiach s kvapôčkami vody a dostatkom slnečného žiarenia. Za najväčších kandidátov pre mimozemský život ( popri Marse a Jupiterových mesiacoch Europa a Io ) sa považujú jeho mesiace Titan a Enceladus.

Základné informácie

Objaviteľ:                                                    Mezopotámia

Dátum objavu:                                             650 pred Kr.

Veľká polos:                                               1 426,9 mil.km

Obvod dráhy:                                              8,958 Tm ( 59,879 AU )

Excentricita:                                                0,054 150 60

Perihélium:                                                 1 349 467 375 km

Afélium:                                                     1 503 983 449 km

Doba obehu:                                               10 756,1995 d

Synodická doba obehu:                               378,10 d

Priemerná obežná rýchlosť:                         9,639 km/s

Maximálna obežná rýchlosť:                       10,183 km/s

Minimálna obežná rýchlosť:                        9,137 km/s

Sklon dráhy:                                               2,484 46^o

Dĺžka výstupneho uzla:                               113,715 04°

Argument perihélia:                                    338,716 90°

Počet satelitov:                                            61 potvrdených

Rovníkový priemer:                                    120 535 km

Povrch:                                                       4x10²⁷ km²

Objem:                                                        8,27x10¹⁴ km³

Hmotnosť:                                                   5,684 6x10²⁶ kg

Hustota:                                                       0,687 3 g/cm³

Gravitácia na rovníku:                                 8,96 m/s²

Úniková rýchlosť:                                        35,49 km/s

Rotačná perióda:                                         0,439 294 d ( 10 h 32 min 35 s )

Rýchlosť rotácie:                                         9,87 km/s ( 35 500 km/h )

Sklon osi rotácie:                                        26,73^o

Rektascenzia severného pólu:                     40,59^o ( 2h 42 min 21 s )

Deklinácia:                                                  83,54^o

Albedo:                                                       0,47

Povrchová teplota:                                      -191,15^oC až -130,15^oC ( 82 K - 143 K )

Atmosféricky tlak:                                       140 kPa

Zloženie atmosféry:                                     vodík ( 89% - 98% )

                                                                    hélium ( 3% - 11% )

                                                                    metán ( 0,2% - 0,4% )

                                                                    vodná para ( 0,1% )

                                                                    amoniak ( 0,01% )

                                                                    etán ( 0,000 5% - 0,000 7% )

                                                                    molekulárny ťažký vodík ( 0,01% )

                                                                    fosfín ( 0,000 1% )