A Naprendszer elemei: Szaturnusz

Tamás Ferenc: Naprendszer elemei – Szaturnusz

A Szaturnusz a Naptól számítva a hatodik bolygó, belülről számítva a második gázóriás. A Földről szabad szemmel látható bolygók közül az utolsó. Nevét Szaturnuszról, a római istenről kapta. Kiterjedt gyűrűrendszere már egy kisebb csillagászati távcsővel is jól látható.

Szaturnusz

(Kép eredetije: https://solarsystem.nasa.gov/planets/saturn/overview/)

A szikár adatok:

  • Tömeg: 5,68*1026 kg (= 95,1-szerese a Földének).
  • Egyenlítői sugár: 58232 km (= 9,12-szere a Földnek).
  • Térfogat: 8,27*1014 km3 (= 763,6-szerese a Földnek).
  • Átlagos sűrűsége: 0,6873 g/cm3.
  • Átlagos távolság a Naptól: 1433 millió km. (= 9,58-szorosa a Földének)
  • Összetétele: (főleg) gázok.
  • Felszíni gravitáció: 10,4 m/s2 (földi nyomáson).
  • Keringési idő a Nap körül: 10756 nap (= 29,46 év).
  • Forgási idő (az ottani egyenlítőnél): 0,4494 nap (= 10,7 óra).
  • Tengely ferdesége: 26,73o, (a Földé: 23,5o, tehát vannak évszakok).
  • Holdja: 53 igazolt + 29 valószínűsített + gyűrűk.

A Szaturnusz jelenlegi adatai és (számítógépes) látképe: https://solarsystem.nasa.gov/planets/saturn/overview/

A Jupiterhez hasonlóan a Szaturnusz is lapított gömb. Lapultsága kb. 10% (az egyenlítői és a sarki átmérőt tekintve). A Szaturnusz a Naprendszer egyetlen bolygója, amelynek sűrűsége kisebb a víznél, bár a bolygó magja vélhetően sokkal sűrűbb a víznél. Mágneses tengelye gyakorlatilag egybeesik a forgástengelyével, ami szintén egyedivé teszi a Naprendszeren belül.

A Szaturnusz belső szerkezete a Jupiterhez hasonlóan valószínűleg egy sziklás központi magból áll (a képen belső narancs mag), felette folyékony fémes hidrogén van (szürke), kívül pedig gáznemű molekuláris hidrogén következik (barna). A bolygó belsejének hőmérséklete kb. 11700oC, mely a belső hőtermelésének köszönhető. A lenti képen ez a belső szerkezet látható kiegészítve a bolygó mágneses terének erővonalaival. (Cassini űrszonda 1997 és 2017 közötti mérései alapján.) További különlegesség: a bolygó forgástengelye kb. megegyezik a mágneses tengellyel.

Szaturnusz szerkezete

(Kép eredetije: https://saturn.jpl.nasa.gov/resources/7631/saturn-interior-cutaway-illustration/)

Gázóriásként a bolygónak nincsen valódi felszíne. Az igen ritka felső légkör hamar sűrűsödni kezd, majd a lentebbi rétegekben már meglehetősen nagy a nyomás.

A gyűrűs bolygó felső légköre a Jupiterhez hasonlóan sávos felépítésű, ám a Szaturnusz sávjai sokkal halványabban és szélesebbek, mint a bolygóóriásé. Jellemző színek: sárga, barna és szürke. Az első felhősávokat a Voyager-2 űrszonda képein észlelték még 1981 augusztusában, majd a földi teleszkóp-technológia fejlődésével már az anyabolygónkról is észlelhetővé váltak. Szintén a Voyager-2 szonda méréseiből következtethetünk arra is, hogy a Szaturnusz egyenlítői szelei igen gyorsak, kb. 500 m/s-ot (= 1800 km/h) is elérnek, ami sokszorosa a földi hurrikánok csúcssebességének. A szélviharok többnyire keleti irányba fújnak. Legerősebbek az egyenlítő környékén, míg a sarkok felé fokozatosan gyengülnek. A légkör összetétele: kb. 93% hidrogén, 5% hélium, nyomokban metán, vízpára, ammónia, stb. A bolygó légköre általában nyugodt, de vannak néha hosszú életű lokális vihargócok, ám egyik sem ér fel a Jupiter Nagy Vörös Foltjával. A lenti kép jól mutatja az egyik ilyen vihargócot még 2011 novemberéből a Cassini űrszonda felvételei alapján (hamis színekkel):

Szaturnusz felhői

(Kép eredetije: https://saturn.jpl.nasa.gov/resources/5410/storm-tail-in-false-color/)

Bár a Szaturnusz mágneses tere kisebb, mint a Jupiteré, de még így is mintegy 578-szorosa a Földének. Ennek köszönhetően a bolygó kiterjedt mágneses tere védi a holdakat, a gyűrűket, így ez a mágneses tér a napszéltől is védi az elektromosan töltött részecskéket. Sarki fény akkor fordulhat elő, ha egy töltött részecske belekerül a sarkok környékén a mágneses mezőbe. A Földön ezt mindig a napszél okozza. A Cassini űrszonda mérései szerint a Szaturnusz sarki fényjelenségeit a Jupiterhez hasonlóan nem a napszél okozza, hanem a bolygó holdjaiból kidobódott részecskék és a mágneses tér gyors forgásának kombinációja. Bár ezeket a "nem Napból eredő" részecskéket még nem értik teljesen a tudósok.

A Szaturnusz legfőbb ismertetőjele a kiterjedt gyűrűrendszere, melyeket először Galileo Galilei figyelt meg 1610-ben, de ő még nem ismerte fel az alakzatot. A már jóval fejlettebb távcsövet használó Christiaan Huygens 1655-ben vetette fel először, hogy a Szaturnuszt gyűrűk veszik körül. Megfigyelése szerint ez a vékony, széles gyűrű sehol sem érinti a bolygót. 1675-ben Giovanni Domenico Cassini megállapította, hogy tulajdonképpen több kisebb gyűrűről van szó, köztük pedig rések vannak. Ezt nevezték később Cassini-réseknek. 1859-ben Maxwell bebizonyította, hogy ezek a gyűrűk nem lehetnek egy tömbből, hanem egymástól független kis részecskékből állhatnak.

Manapság a gyűrűk már elég jól láthatóak; többek között a rengeteg azóta elkészült űrfotó miatt is. A gyűrűk valójában 6630 és 120700 km között találhatók meg az ottani egyenlítő felett. Vastagságuk 10-20 métertől egészen 3-4 kilométerig is terjed. Anyaguk főleg kőzet, vas-oxid, por és vízjég, melyek mérete a mikroszkopikusan kicsitől a háztömb méretűig tart. A gyűrű kialakulására több elmélet is van, melyek közül az egyik szerint ez egy vagy több régen szétesett hold, esetleg üstökös maradványai. A régebben egységesnek gondolt gyűrűket belülről, illetve oldalról holdacskák söprik tisztára, azaz összetakarítják a nyomukba eső kisebb-nagyobb darabokat. A Szaturnusz felhői felől nézve a gyűrűk fehérnek tűnnének. Érdekes, hogy mindegyik gyűrű más sebességgel kering a bolygó körül. A Szaturnusz kiterjedt gyűrűrendszere akár 28 millió kilométernyire is eltávolodik a bolygótól, azonban a legvastagabb részeken is csak 10 méter az átlagos vastagság. A felfedezésük sorrendjében az ABC betűrendjében nevezték el az amúgy elég közel lévő gyűrűket; kivéve egy 4700 km széles részt, az úgynevezett Cassini-rést az A és B jelű gyűrű között. A főbb gyűrűk az A, B és C jelűek. A később felfedezett halványabbak: D, E, F és G jelűek.

Szaturnusz gyűrűi

(Képen: a Szaturnusz nagyobb gyűrűi. Kép eredetije:

Az alábbi összerakott kép a Szaturnusz gyűrűinek anyagát mutatja három különböző rádióhullámhosszon mérve. (Cassini szonda) A hamisan színezett képen az azonos színek egyforma méretű részecskéket jelölnek. Egyes elméletek szerint a gyűrűrendszer a maga kb. 400 millió éves korával jóval fiatalabb, mint maga a bolygó kb. 4,5 milliárd évével. Az is lehetséges, hogy egy régen szétesett vagy szétrobbant hold maradványaiból keletkeztek a látványos gyűrűk.

Szaturnusz gyűrűi

(Kép eredetije: https://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_1443.html)

A Szaturnusz óriási távolsága miatt kevés űrszonda látogatta meg. Elsőként a Pioneer-11 űrszonda még 1979. szept.1-én repült el kb. 20 ezer kilométerrel a bolygó mellett, majd sok mérés és még több fényképfelvétel elkészítése után távozott a Naprendszer pereme felé. A szonda legnagyobb mérési eredménye, hogy megmérte a Titán hold atmoszférájának hőmérsékletét, ami kb. 250 K, azaz -23oC.

Utána a Voyager-1 szonda 1980. nov.12-én halad el a gyűrűs óriás mellett kb. 124 ezer kilométer távolságban és további méréséket végzett tengernyi fénykép készítésével együtt. Legjobban a legnagyobb holdat, a Titánt vizsgálta meg, majd dolga végeztével elindult a Naprendszer pereme felé.

A Voyager-2 szonda 1981. aug.25-én közelítette meg kb. 100 ezer kilométernyire a bolygót, majd tudományos mérések után elindult az Uránusz felé. A Voyager-szondák viszont sok-sok meglepetéssel és éles fotók sokaságával szolgáltak.

Végül a szondák után jó 20 évvel a Cassini-Huygens 2004. jún.1-én ért a Szaturnuszhoz, ahol bolygó körüli pályára állt. Igen sok mindent kimért, majd 2005. jan. 14-én a szonda egy része tervezetten leszállt a Titán nevű óriási holdra. A szonda igen jól teljesített, így a tervezett pár éves működési idejét kétszer is meghosszabbították. A mérések alapján a NASA 2006-ban publikálta, hogy az Enceladus holdon vízgejzírek törnek fel. 2006. júliusában a Cassini bizonyítékot talált a Titán hold északi pólusánál lévő szénhidrogén-tavak létezésére, melyről számos fényképet is küldött. 2009-ben a szonda négy új holdat fedezett fel, ezzel befejezve eredeti küldetését (74 bolygó körüli repülést követően). Mivel az üzemanyaga szinte teljesen elfogyott, így 2017.szept.15-én a Szaturnusz légkörébe irányították, hogy az Enceladuson meglévő esetleges bioszférát ne szennyezzék be.

A Szaturnusznak hatalmas holdrendszere van, köztük 7 jelentősebb méretű holddal: Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Titán és Iapetus. 2023. júniusi állapot szerint kb. 100 bizonyított holdja van, további pár létezése még megerősítésre, majd elnevezésre vár.  A nevesített holdak legkisebbje is egy sportcsarnok méretével rendelkezik, de messze kiemelkedik közülük a Titán, melynek a Naprendszerbeli holdak közül egyedül önálló légköre van. A Titán tömege kb. 1,5-szere a Föld Holdjának és csupán 2%-kal kisebb a Jupiter Ganümédész nevű holdjának. Amúgy nagyobb, mint a Merkúr bolygó. A légkör túlnyomórészt metán (kb. 5%) és nitrogén (kb. 95%). Optikailag felhők láthatóak a légkörben és a meglehetősen sűrű atmoszféra. Ráadásul ez az egyetlen olyan (a Földön kívül) ismert hely a Naprendszerben, ahol a folyadékok párolgása és esője egyensúlyt tart egymással; bár a Titánon a víz szerepét a folyékony metán és etán veszik át. A felszín nagy részét hegyek és folyékony tavak teszik ki. Ezek a tavak sok száz km hosszúak és akár több száz méter mélyek is lehetnek. Bár van néhány becsapódási kráter, de ezek élét az időjárás lecsiszolta. Egyes kutatók itt is feltételeznek valamiféle életet, de erre semmilyen bizonyíték nincs.

Bár a Naptól való távolság miatt itt nem lehet a felszínen folyékony víz, de ennek ellenére nagy valószínűséggel létezik felszín alatti vízréteg – és nem csupán a Titán egyetlen ilyen hold a gyűrűs bolygónál! A jelenlegi elméletek szerint a felszíni jeges óceánok mellett a felszín alatt is jelentős folyadéktömeg lehet. A Titán 15 nap és 22 óra alatt kerüli meg a Szaturnuszt, mellyel szinkron forgásban van, tehát mindig ugyanazt a felét mutatja a bolygónak.

A Titán hold felszíne tavaival és szikláival a leginkább Föld-szerű égitest a Naprendszerünkben, bár itt a víz szerepét a metán veszi át köszönhetően a kb. -180 oC-os hőmérsékletnek.

A hold felszínén a nyomás kb. 1,5-szerese a földinek és mivel tömege lényesen kisebb a Földénél, ezért a légköre is jóval, nagyobb, azaz kb. 600 km-re nyúlik „felfelé”. Az atmoszféra összetétele:
- kb. 95% nitrogén
- csaknem 5% metán
- nyomokban egyéb anyagok, főleg nagy molekulasúlyú, szén-alapú vegyületek.

A Cassini űrszonda gravitációs mérései alapján a Titán belsejében bőven lehet folyékony víz valahol elég mélyen a felszín alatt, akár sókkal és ammóniákkal keverve. Ez pedig elegendően meleg helyen akár valamilyen fajta életet is létrehozhat.

Titán hold

(Kép eredetije: https://www.nasa.gov/image-feature/jpl/5-peering-through-titans-haze)

Érdekesség, hogy a Titán felszínén 2005-ben landoló Huygens-szonda lett a valaha a Földtől legmesszebb sikeresen landoló űreszköz. A leszállásról és a közben készített felvételekből a NASA összerakott egy látványos animációt:

A többi hold kevésbé érdekes, mivel főleg kőből vannak és becsapódásnyomokon kívül semmi nincs rajtuk. Egyetlen érdekesség a Mimas nevű hold, amely egy régi hatalmas becsapódás nyomát viseli. Ez a becsapódás akkora volt, hogy csaknem széttépte a holdat, de így is egy hatalmas becsapódási kráter maradt mementóként. A becsapódáskor az egész holdon volt egy óriási rengés-sorozat, amely körbement az egész gömbön, majd visszacsapódva egy kisebb hegyet is felgyűrt. Ez hozta létre a Mimas jellegzetes sebhelyét, amely igen feltűnő rokonságot mutat a Csillagok háborúja eredeti trilógiájából ismert Halálcsillaggal.

Mimas hold és a Halálcsillag

(Kép forrása: https://www.thedailybeast.com/saturns-death-star-look-alike)

Amúgy a Mimas aránylag kicsi, mindössze 392 km az átmérője (a mi Holdunké kb. 3500 km). A két égi kísérő további hasonlósága, hogy ugyanazon oldalukat fordítják az anyabolygójuk felé.

Újabb vélemények alapján az Enceladus is különleges lehet, mivel ennek a holdnak túlnyomó többsége vízjégből áll. Az anyaga miatt csaknem a teljes ráeső napfényt visszaveri. Mindig a hold ugyanazon felé néz az anyabolygó felé. Átmérője: 504 km, tömege kb. 680-ad része a Föld Holdjának. A felszíni hőmérséklet kb. -201 oC.  Bolygó körüli keringési ideje: 32,9 nap, ami megegyezik a forgási idejével is. Ráadásul a hold az E-gyűrű legsűrűbb részén kering. A Cassini-Huygens szonda 2005-ben többször is az Enceladus közelében haladt el, mialatt többek között felszálló vízpárát azonosított a hold déli-sarki régiójában. Ezek a kitörések közel 400 m/s sebességűek és akár több száz km magasak is lehetnek. A kitörések folyamatosnak tűnnek, ráadásul óriási finom jégpor glóriát vonnak az Enceladus köré, amely így anyaggal látja el a Szaturnusz E-gyűrűjét. Az anyagnak azonban csak egy kis része kerül a gyűrűbe, mivel a legtöbb hóként zuhan vissza a Hold felszínére, így segít megőrizni az Enceladus fényes fehérjét. A tudósok úgy vélik, hogy a déli pólusegyes részein (ún,.tigriscsíkok)  a jég mindössze 1-5 km vastag lehet szemben a máshol átlagos 20-25 km-rel.

Ezzel az egyike lett annak a három külső Naprendszerbeli (a Jupiter Io holdja és a Neptunusz Triton holdja mellett), amelyeken aktív kitörési tevékenységet figyeltek meg.  A Szaturnusz és a közeli holdak elegendő gravitációs erőt biztosítanak az Enceladus belső anomáliáihoz.

Az Enceladus egyes részein 35 km átmérőjű kráterek is vannak, míg máshol elég kevés kráter található, ami a közelmúlt geológiai eseményeinek sűrűségét mutatja. Külön érdekesség, hogy a hold déli sarkvidéke környékén egyáltalán nincs ütközési kráter.  A terület tele van házméretű jégsziklákkal és a Hold ezen régiójára jellemző tektonikus minták által faragott régiókkal is.

Egyre több elemzés azt mutatja, hogy az Enceladus déli-sarkvidék környéki kilövellései egy kiterjedt, esetleg az egész holdra kiterjedő folyékony víztömegből származhatnak.

Az Enceladus gázkitöréseinek elemzése azt mutatta, hogy a felszín alatti folyékony víztömegből eredhetnek, ráadásul az egyedi elemzések alapján a kilövellő pára olyan molekulákat tartalmazott, melyek szerves anyagokat is tartalmazhatnak, ráadásul atomtömege 200 egységnél nagyobb. A kilövellések alapja víz, ám mellette feltűnően sok a H2, illetve a metán (CH4) is. Mindezek alapján elképzelhető, hogy az Enceladus jégpáncélja alatt valamilyen élet is lehetséges. A párakilövellésből arra is következtettek, hogy az Enceladust elhagyó anyag lehet a Szaturnusz diffúz E gyűrűjének forrása.

Földünkön az óceánok mélyén rejtőznek olyan hidrotermális kürtők, melyek mélyén a napfénytől teljesen elzárva megélnek és szaporodnak egyes organizmusok. Több tudós szerint is valahol ez lehetett a földi élet bölcsője, így az Enceladus hold mélyén is elképzelhető lehet bizonyos élet.

2021-es mérések szerint az Enceladus túl sok metánt lövell ki magából. Jelenlegi tudásunk szerint ez csak úgy lehetséges, hogy a jeges felszín alatt van valamilyen szerves élet.

Enceladus

A hét nagyobb hold mellett számtalan kisebb kísérője is van a Szaturnusznak, de egyes tudósok ezek nagy részét nem tekintik holdnak, hanem csupán túlméretezett kődarabnak, amelyeknek eredetileg a gyűrűk között volna a helye. A holdakról rövid leírást itt találhatunk: https://universavvy.com/how-many-moons-does-saturn-have. Pontosabb leírást (és képeket) itt találhat: https://solarsystem.nasa.gov/moons/saturn-moons/

 

Felhasznált források:

 

© TFeri.hu, 2018.
Felújítva: 2020., 2021. és 2022.dec.