• Satúrnus

Satúrnus

Satúrnus er næst stærsta reikistjarna sólkerfisins á eftir Júpíter og sú sjötta í röðinni frá sólu. Satúrnus er gasrisi líkt og Júpíter, Úranus og Neptúnus og hefur því ekkert fast yfirborð. Hann hefur áberandi hringakerfi sem er glæsilegt að sjá í gegnum litla stjörnusjónauka.

Tölulegar upplýsingar
Meðalfjarlægð frá sólu: 1.426.725.400 km = 9,53 SE
Mesta fjarlægð frá sólu:
1.503.983.000 km = 9,89 SE
Minnsta fjarlægð frá sólu:
1.349.467.000 km = 9,2 SE
Miðskekkja brautar:
0,0557
Meðalbrautarhraði um sólu: 9,69 km/s
Umferðartími um sólu: 10.832 dagar = 29,7 jarðár
Snúningstími: 10klst og 32-47mín
Möndulhalli: 26,73°
Brautarhalli:
1,30°
Þvermál:
120.536 km miðbaug
108.728 km pól
Þvermál (jörð=1):
9,449 (miðbaug)
8,523 (pól)
Massi:
5,6851 x 1026 kg
Massi (jörð=1):
95,16
Eðlismassi:
700 kg/m3
Þyngdarhröðun:
8,96 m/s2 (0,914 g)
Lausnarhraði: 35,5 km/s
Meðalhitastig efst í lofthjúpi:
-180°C
Hæsti yfirborðshiti: Á ekki við
Lægsti yfirborðshiti:
Á ekki við
Endurskinshlutfall:
0,15
Sýndarbirtustig:
-1,2 til -0,24
Hornstærð:
14,5" til 20,1"
Loftþrýstingur við yfirborð:
Á ekki við
Efnasamsetning lofthjúps: ~ 96% vetni (H2)
~ 3% helíum (He)
~ 0,4% metan (CH4)
~ 0,01% ammóníak
~ 0,01% tvívetni

Satúrnus er nefndur eftir guði landbúnaðar og uppskeru í rómverskri goðafræði. Grísk hliðstæða hans er títaninn Krónos sem var sonur Úranusar og Gæju. Krónos hafði frétt að eitt barna sinna myndi steypa honum af stóli og til að koma í veg fyrir það át hann öll börnin sín um leið og þau komu í heiminn.

Þegar Rhea kona hans var um það bil að eiga yngsta son þeirra Seif, lagði hún á ráðinn um að koma honum í öruggt skjól frá föður sínum með aðstoð Gæju, en þær vildu að Krónos fengi að kenna á voðaverkum sínum. Þegar Rhea loks ól Seif á eynni Krít rétti hún manni sínum stein sem vafinn var í föt sem hann taldi hvítvoðunginn sem hann svo gleypti. Þannig tókst Rheu að koma Seifi í öruggt skjól hjá ömmu sinni sem ól hann upp. Þegar Seifur var kominn á fullorðinsár neyddi hann föður sinn til að kasta upp systkinum sínum og steypti föður sínum af stóli, eins og véfréttin hafði spáð fyrir um.

Tákn Satúrnusar og Krónosar er ljár sem hann notaði til að taka uppskeru en einnig vopnið sem hann notaði til að gelda föður sinn Úranus, en hann fleygði svo kynfærum hans í hafið svo úr varð Afródíta.

Á ýmsum tungumálum er laugardagur kenndur við Satúrnus, samanber Saturday á ensku. Á Indversku kallast laugardagur Shanivar og er þá vísað til Sani, hliðstæðu Satúrnusar í goðafræði Hindúa en hann var sonur sólguðsins Surya og dæmdi alla menn. Kínverjar og Japanir til forna kölluðu Satúrnus jarðstjörnuna og var það byggt á einu af frumefnunum fimm.

1. Eðliseinkenni

Stjörnufræðingar hafa lengi þekkt stærðir gasrisanna í sólkerfinu. Með því að þekkja vegalengdina til Satúrnusar (hægt að finna út frá hraða ljóssins) og hornstærð reikistjörnunnar á himninum, er hægt að nota smáhornsformúluna til að reikna út að Satúrnus er rétt rúmlega níu sinnum stærri en jörðin að þvermáli eða um 120.536 km í þvermál.

Með því að fylgjast með umferðartíma tunglsins Títan umhverfis Satúrnus gátu stjörnufræðingar notað þriðja lögmál Keplers til að reikna út að Satúrnus er 95 sinnnum massameiri en jörðina.

Þegar við þekkjum massann og rúmmálið er auðvelt að reikna út eðlismassann. Í ljós kom að eðlismassi Satúrnusar er aðeins tæplega 0,7 g/cm3 sem þýðir að hann gæti flotið á vatni!

2. Braut og snúningur

Satúrnus hringsólar umhverfis sólina í um 1,4 milljarða km (9 SE) fjarlægð. Meðalbrautarhraði Satúrnusar um sólina er 9,69 km/s sem þýðir að hann lýkur einni hringferð á 10.759 jarðdögum eða á um 29,5 árum.

Brautarhalli Satúrnusar 2,48 gráður miðað við sólbauginn og miðskekkja brautarinnar er 0,056. Það þýðir að fjarlægðin milli Satúrnusar og sólar sveiflast um 155 milljón km þegar reikistjarnan er í sólnánd og sólfirð, eða sem nemur rúmlega meðalfjarlægðinni milli jarðar og sólar.

missnúningur
Fastur snúningur og missnúningur. (a) Allir hlutar fasta hnattarins snúast jafnhratt en (b) missnúningur verður í vökva og gasi. Til þess að sjá þetta sjálf(ur) getur þú sett brauðmylsnu í pott fullan af vatni. Þegar þú hrærir í vatninu og tekur skeiðina upp úr, sérðu að agnirnar nærri miðju pottsins eru fljótari að ljúka einum snúningi í kringum pottinn en agnirnar við jaðar pottsins. Mynd: W. H. Freeman og Stjörnufræðivefurinn

Þar sem Satúrnus hefur ekkert fast yfirborð getur reynst þrautin þyngri að mæla snúningshraða hans, eða lengd dagsins. Sýnileg kennileiti á Satúrnusi snúast nefnilega mishratt eftir því á hvaða breiddargráðu þau eru - vegna þess að Satúrnus er úr gasi - líkt og á hinum gasrisunum. Nákvæmustu mælingarnar hafa fengist með geimförum sem heimsótt hafa Satúrnus. Við miðbaug er snúningshraðinn (einn dagur eða sólarhringur) 10 klukkustundir og 14 mínútur. Á hærri breiddargráðum, nærri pólsvæðunum, er snúningshraðinn hins vegar um 10 klukkustundir og 39 mínútur. Meðalsnúningstíminn er nú talinn vera 10 klukkustundir, 32 mínútur og 35 sekúndur, byggt á gögnum frá Pioneer 11, Voyagerflaugunum og Cassini geimfarinu.

Þessi mismunandi snúningshraði, auk lágs eðlismassa og vökvaeðli hans, veldur því að Satúrnus er óvenju pólflöt reikistjarna, þ.e. nokkuð langt frá því að vera hnattlaga eða flatur við pólanna og feitur við miðbauginn. Satúrnus er í raun sporöskjulaga því hann er 10% feitari við miðbaug en pólanna. Þannig er miðbaugsradíusinn 60.268 km en pólradíusinn 54.364 km. Þetta sést vel í gegnum litla stjörnusjónauka.

Sama er uppi á teningnum í yfirborðslögum sólarinnar og má líkja þessum missnúningi við það þegar hrært er í potti eða bolla. Þá eru agnir nær miðju fljótari að fara eina hringferð en agnir sem eru nær börmunum. Þessi hegðun gasrisanna sýnir okkur að innviðir hnattanna eru úr gasi eða vökva og að þeir eru ekki gegnheilir eins og bergreikistjörnurnar.

3. Efnasamsetning

Upplýsingum um efnasamsetningu gasrisanna hefur að mestu verið aflað af geimförum. Áður en lagt var upp í Voyager leiðangrana töldu stjörnufræðingar að hlutföll frumefna í Júpíter og Satúrnusi væri svipuð og í sólinni og í upprunalegu þokunni sem sólkerfið varð til úr. Fljótlega eftir tilkomu litrófsmæla áttuðu menn sig á því að sú var raunin því þessar reikistjörnur voru að mestu úr vetni og helíum, tveimur algengustu frumefnum alheimsins sem einnig var mest af í þokunni sem myndaði sólkerfið. Í heild er Satúrnus 96,3% úr vetni og 3,3% úr helíum, en aðeins 0,4% metani. Frekar lítið er vitað um þyngri frumefni en metan en hlutföll þeirra í reikistjörnunni eru áreiðanlega svipuð og voru í gasskýinu sem myndaði sólkerfið.

4. Innviðir

innviðir Júpíters, innviðir Satúrnusar
Innviðir Júpíters og Satúrnusar. Þessi mynd sýnir innviði Júpíters og Satúrnusar. Báðar reikistjörnurnar hafa bergkjarna sem umlukinn er ytri kjarna úr fljótandi "ís" (ammóníak, metan og vatn). Þar fyrir ofan er helíum og fljótandi málmvetni og svo loks lag úr venjulegu sameindavetni (H2). Mynd: W.H. Freeman og Stjörnufræðivefurinn

Frekar lítið er vitað um innri byggingu Satúrnusar en talið er að innviðirnir líkist innviðum Júpíters að miklu leyti, með mikilvægum undantekningum þó. Talið er að innst sé kjarni úr bergi, álíka massamikill og jörðin. Fyrir ofan kjarnann er líkast til að finna lag úr fljótandi vatni, metani og ammóníaki. Þessi efni eiga rætur að rekja til íshnatta sem féllu inn í gasrisana í árdaga sólkerfisins og sukku til botns. Þar sem þessi efni hafa ekki sama eðlismassa og berg, fljóta þau ofan á bergkjarnanum.

Þar fyrir ofan er líklega að finna lag úr fljótandi helíum og vetni, en við þrýstinginn og hitastigið þetta djúpt í innviðum Satúrnusar tekur vetnið á sig málmkennda mynd. Þetta lag er líklega talsvert þynnra en í Júpíter.

Fyrir ofan þetta lag er sennilega annað lag úr hefðbundnu sameindavetni (H2) og helíum í fljótandi formi, sennilega þykkara en í Júpíter. Lofthjúpurinn tekur svo loks við þegar 1000 km eru eftir en hann skiptist í þrjú lög.

5. Orkuútgeislun

Innviðir Satúrnusar eru mjög heitir; kjarninn er líklega tæplega 12.000°C heitur. Bæði Júpíter og Satúrnus geisla frá sér meiri orku út í geiminn en þeir fá frá sólinni. Það þýðir að báðar reikistjörnurnar búa yfir eigin orkuupsprettu. Mikill varmi er til staðar í Júpíter og er hann til vitnis um árekstra ótal hnatta þegar reikistjarnan myndaðist fyrir 4,5 milljörðum ára. Á þeim tíma sem liðinn er frá þeim hamförum hefur Júpíter smám saman kólnað og dregist saman (minnkað) og þessi orka losnað út í formi innrauðrar geislunar.

Satúrnus geislar frá sér þrefalt meiri orku en hann fær frá sólinni, en Júpíter tvöfalt meiri. Þar sem Satúrnus er smærri en Júpíter ætti hann að hafa geislað frá sér varma hraðar en stóri bróðir. Einnig ætti Satúrnus að hafa búið yfir minni varma en Júpíter í upphafi. En hvers vegna geislar Satúrnus svona mikilli orku frá sér?

6. Helíumregn

Eins og áður sagði töldu stjörnufræðingar að Júpíter og Satúrnus innihéldu álíka mikið vetni og helíum eins og upprunalega þokan sem sólkerfið varð til úr. Báðar reikistjörnurnar eru nógu massamiklar og kaldar til að hafa viðhaldið öllu gasinu úr upprunalegu þokunni.

Niðurstöður Voyager og Galíleó leiðangranna sýna að Júpíter hefur mjög áþekka efnasamsetningu og sólin. Sé miðað við massa er hann 80% vetni, 19% helíum og 1% önnur þyngri efni. Samkvæmt upplýsingum frá Voyager inniheldur lofthjúpur Satúrnusar mun minna helíum en búist var við.

Þegar rannsóknir hófust fyrir alvöru á Satúrnus í Voyagerleiðangrunum kom fram tilgáta sem útskyrir bæði varmaútgeislunina og lágan styrk helíums í Satúrnusi. Samkvæmt henni kólnaði Satúrnus hraðar en Júpíter og hratt af stað ferli sem svipar til myndun rigningar hér á jörðinni. Í lofthjúpi jarðar þéttist raki í regndropa þegar loftið er nógu svalt og fellur til jarðar. Í Satúrnusi eru það hins vegar helíumregndropar sem falla hægt og rólega niður í átt að kjarnanum. Þegar helíum rignir í Satúrnusi umbreytist stöðuorka þeirra í varmaorku sem að lokum geislar út frá Satúrnusi.

Óvenju lítið er af helíum í efri hluta lofthjúpsins af þessari ástæðu. Helíumregnið er talið hafa hafist fyrir um tveimur milljörðum ára og orkan sem hefur losnað er í samræmi við þann umframvarma sem Satúrnus hefur geislað frá sér á þeim tíma.

7. Segulhvolf

Talið er að segulsvið Satúrnusar eigi uppruna sinn að rekja til rafstrauma í fljótandi málmvetnislaginu, líkt og segulsvið Júpíters. Segulsviðið Satúrnusar er þó ekki nema 20% af styrk segulsviðs Júpíters. Þannig er styrkur þess við miðbauginn um 0,2 Gauss (0,2 μTesla) og því örlítið veikara en segulsvið jarðar.

Ástæða þess að segulsviðið er veikara er að öllum líkindum vegna þess að möndulsnúningur Satúrnusar er örlítið hægari en einnig að málmvetnislagið er töluvert umfangsminna en í Júpíter.

Segulhvolf Satúrnusar inniheldur sömuleiðis miklu færri hlaðnar agnir en segulhvolf Júpíters. Fyrir því eru tvær ástæður. Í fyrsta lagi hefur Satúrnus ekkert tungl á borð við Íó sem sendir stöðugt frá sér gosefni í tonnatali inn í segulhvolf Júpíters. Þar að auki draga ísagnirnar í hringunum í sig hlaðnar agnir. Hlöðnu agnirnar í segulhvolfinu raðast í geislabelti, ekki ósvipuðum van Allen beltunum í segulhvolfi jarðar. Af þeim sökum er segulhvolfið miklu smærra en segulhvolf Júpíters og teygir sig aðeins örlítið út fyrir braut Títans.

8. Lofthjúpur

Uppbygging lofthjúpa Júpíters og Satúrnusar
Samanburður á efri hluta lofthjúpa Júpíters og Satúrnusar. Svörtu línurnar sýna hvernig hitastig breytist með aukinni hæð í efri hluta lofthjúpanna, sem og lagskiptingu skýjalaganna. Núllhæð í lofthjúpunum er skilgreind sem sá staður þar sem loftþrýstingur er 100 millibör eða 1/10 af loftþrýstingi við yfirborð jarðar. Undir skýjalögum beggja reikistjarna er lofthjúpurinn að langmestu leyti úr vetni og helíum. Mynd: W. H. Freeman og Stjörnufræðivefurinn. 

Lofthjúpur Satúrnusar er líklega um 1000 km þykkur. Litrófsmælingar á Satúrnusi gerðar frá jörðu, sem og gögn frá geimförum, staðfesta að Satúrnus býr yfir vetnisríkum lofthjúpi sem inniheldur einnig snefil af metani, ammóníaki og vatnsgufu, líkt og Júpíter. Þar að auki skiptist lofthjúpurinn sennilega í þrjú lög. Neðst er skýjalag úr vatnsís sem teygir sig 10 km upp og nær -23°C hitastigi. Þar fyrir ofan tekur við 50 km þykkt skýjalag úr ammóníaks-vetnissúlfíðís (NH4SH) þar sem hitastigið lækkar niður í -93°C. Áttatíu km ofar eru ský úr ammóníaksískristöllum þar sem hitastigið lækkar niður í um -153°C. Nærri skýjatoppnum er svo loks að finna 200 til 270 km þykkt lag úr vetni og helíum.

Þótt lofthjúpar gasrisanna séu svipaðir að gerð og uppbyggingu eru Júpíter og Satúrnus á engan hátt líkir í útliti, eins og þú getur sjálf(ur) séð ef þú átt stjörnusjónauka. Í stjörnusjónauka sést að lofthjúpur Satúrnusar skortir litbrigðin sem Júpíter hefur. Litbrigði lofthjúpsins eru háð hitastigi skýjanna og þar af leiðandi hversu djúpt þau eru í lofthjúpnum. Brún ský eru hlýjust og þar af leiðandi dýpst í lofthjúpnum. Ljósleit ský koma næst og svo loks rauð ský sem sem eru í efstu og köldustu lögunum. Ljósleitu svæðin eru þar af leiðandi nokkuð hærra í lofthjúpnum en dökkleitu beltin.

Útlitsmunur Satúrnusar og Júpíters stafar af ólíkum massa reikistjarnanna. Aðdráttarkraftur Júpíters þjappar þremur skýjalögum í 75 km þykkt lag í efri hluta lofthjúpsins. Satúrnus er massaminni en Júpíter og þar af leiðandi er aðdráttarkrafturinn veikari. Því þjappast skýin ekki jafn mikið saman. Í Satúrnusi þjappast skýjalögin þrjú í yfir 300 km þykkt lag. Litirnir í skýjum Satúrnusar eru ekki jafn greinilegir því þokukenndur efsti hluti lofthjúpsins hylur dýpri lögin.

júpíter, satúrnus, lofthjúpar
Útlitsmunur Júpíters og Satúrnusar. Myndina af Júpíter tók Cassini-Huygens geimfarið þegar það flaug framhjá reikistjörnunni árið 2000. Myndina af Satúrnusi tók Voyager 2 þegar geimfarið flaug framhjá reikistjörnunni árið 1981. Myndirnar sýna greinilegan útlitsmun á gasrisunum tveimur en þennan mun er auðvelt að greina í litlum stjörnusjónaukum. Mynd: W. H. Freeman og Stjörnufræðivefurinn

8.1. Stormar og vindar

Satúrnus, stormur, vindar,
Stormur á Satúrnusi. Mynd Hubblessjónaukans frá 1994 sem sýnir ljósleitt stormasvæði við miðbaug reikistjörnunnar. Mynd: NASA/ESA

Í gegnum stjörnusjónauka sést einnig að Satúrnus virðist ekki hafa stóra stormsveipi eins og Júpíter. Á Satúrnusi er venjulega enginn risavaxinn og langlífur stormur á borð við stóra rauða blettinn á Júpíter. Stöku sinnum birtast stærðarinnar stormar sem standa yfir í nokkra daga eða mánuði. Gott dæmi um þetta sést á mynd sem Hubblessjónaukinn tók árið 1994. Þar sést stór hvítur blettur sem birtist við miðbaug Satúrnusar. Stormur sem þessi birtist einu sinni á hverju Satúrnusarári, eða á ríflega þrjátíu jarðára fresti, um það bil á þeim tíma sem sumarsólstöður hefjast á norðurhvelinu. Áður hafa þessir stormar sést árið 1876, 1903, 1933 og 1966. 

Í desember árið 2010 sáust fyrstu merki um nýjan storm á Satúrnusi með útvarpsbylgju- og rafgasnema á Cassini geimfari NASA sem er á braut um reikistjörnuna en stjörnuáhugafólk fylgdist líka vel með honum í desember 2010. Gerðar voru mælingar á honum með innrauðu myndavélinni VISIR á Very Large Telescope (VLT) ESO og voru þá í fyrsta sinn mældar hitabreytingar innan stormsins.

Satúrnus, stormur
Innrauðar myndir VISIR mælitækisins á VLT sjónauka ESO (miðja og hægri) auk ljósmyndar ástralska stjörnuáhugamannsins Trevors Barry af Satúrnusi sem hann tók 19. janúar 2011 þegar stormurinn geysaði á norðurhvelinu. Á miðmyndinni sjást ólgandi stormsveipir og kaldari hvirfill í lægri hlutum lofthjúpsins. Á þriðju myndinni sjást óvæntu innrauðu heiðhvolfsvísarnir við sitt hvorn enda kaldara miðsvæðis yfir storminum. Þessi efsti hluti lofthjúpsins er alla jafna fremur lygn. Mynd: ESO/Oxfordháskóli/L. Fletcher/T. Barry

Á myndum VISIR sáust óvænt fyrirbæri sem hafa verið nefnd heiðhvolfsvísar. Vísarnir eru mjög miklar hitabreytingar hátt í heiðhvolfi Satúrnusar, í um 250-300 km hæð yfir skýjatoppinn í lægri hluta lofthjúpsins, sem sýna glögglega hve hátt upp í lofthjúpinn áhrifa stormsins gætir. Venjulega er hitastigið í heiðhvolfi Satúrnusar í kringum -130°C á þessum árstíma en vísarnir eru 15-20°C hlýrri (sjá eso1116)

Vindar Satúrnusar eru meðal þeirra öflugust í sólkerfinu. Líkt og í lofthjúpi Júpíters eru austan- og vestanvindar ráðandi í efri hluta lofthjúpsins. Hins vegar er miðbaugsvindur Satúrnusar miklu sterkari en hjá Júpíter. Vindhraðinn við miðbaug Satúrnusar nær allt að 500 m/s. Ekki er vitað fullkomlega hvers vegna vindarnir eru svona sterkir.

9. Hringar

Sjá nánar: Hringar Satúrnusar

Hringar Satúrnusar sjást í gegnum alla góða stjörnusjónauka og jafnvel góða handsjónauka sem stækka að minnsta kosti 20-falt (22x70, 20x80 og 25x100). Hringakerfið er við miðbaug Satúrnusar og teygir sig frá 6.630 km yfir skýjatoppi reikistjörnunnar og meira en 120.000 km út í geiminn. Hringarnir eru næfurþunnir miðað við breidd eða aðeins um 20 metra þykkir að meðaltali.

Efnið í hringunum er að mestu ísagnir en einnig er þar að finna kolefnisrykagnir. Smæstu agnirnar eru minni en sandkorn en þær stærstu á stærð við kæliskáp eða litla bifreið. Flestar agnirnar eru sennilega á stærð við snjóbolta. Heildarefnismagn hringanna er frekar lítið. Ef allt hringakerfið væri hnoðað saman í einn hnött yrði hann í mesta lagi 100 km í þvermál.

Hringakerfið er tiltölulega ungt sem sést á því hve bjartir þeir eru. Væru hringarnir gamlir hefði dökkt ryk í sólkerfinu smám saman þakt þá með tímanum. Talið er líklegt að stærstur hluti hringakerfisins eigi rætur að rekja til halastjarna, smástirna og tungla sem hafa brotnað af völdum flóðkrafta frá reikistjörnunni.

Hringakerfið samanstendur af þúsundum þunnum hringeiningum (ringlets). Innan hringanna eru geilar og eyður á borð við Cassini bilið og Encke geilina sem hægt er að sjá frá jörðinni. Þessi uppbygging hringanna er talin hafa myndast af völdum þyngdartogs þeirra fjölmörgu tungla sem sveima umhverfis Satúrnus. Sumar geilarnar, t.d. Encke geiilin, hafa hreinsast af völdum lítill smalatungla eins og Pan, Prómeþeifs og Pandóru, sem sveima innan hringanna. Efni er oftar en ekki til stað innan bilanna og geilanna, þ.e.a.s. þessi svæði eru ekki tóm. Birtu- og litamunur skýrir það hvers vegna svæðin virðast tóm.

Hringarnir skiptast í nokkra hluta í stafrófsröð eftir því hvenær þeir uppgötvuðust. Röðin hefur ruglast eftir því sem nýir hringir hafa fundist. Frá innsta hring til hins ysta er röðin D, C, B, A, F, G, E og Föbe-hringurinn. Í gegnum sjónauka er unnt að sjá A, B og C hringana þar sem þeir eru bjartastir.

hringar Satúrnusar
Satúrnus myrkvar sólina. Þessa stórfenglegu mynd tók Cassini geimfarið þegar það flaug á bakvið Satúrnus þann 15. september 2006. Sólarljósið brýst fram við hringana og lýsir þá upp. Myndin er samsett úr 165 ljósmyndum sem teknar voru úr 2,2 milljón km fjarlægð frá Satúrnusi og 15 gráður fyrir ofan hringflötinn. Mynd: NASA/JPL/Space Science Institute.

10. Fylgitungl

satúrnus, fylgitungl
Samsett mynd úr myndum Voyagers 1 sem sýnir Satúrnus og nokkur fylgitungl hans.

Umhverfis Satúrnus ganga að minnsta kosti 61 þekkt fylgitungl. Erfitt er að komast að nákvæmri tölu því strangt tiltekið eru allir stórir íshnettir í kringum reikistjörnuna fylgitungl, en erfitt getur reynst að skilja á milli stórra hringagna og lítill fylgitungla. Af þessum tunglum eru aðeins sjö nógu stór og massamikil til að ná kúlulögun með eigin þyngdarkrafti. Þrjátíu og fjögur eru innan við tíu km í þvermál og önnur þrettán innan við fimmtíu km.

Upphaflega voru tungl Satúrnusar nefnd eftir títönunum, systkinum Krónosar í grískri goðafræði. Þessari nafnahefð kom John Herschel, sonur William Herschel sem fann bæði Mímas og Enkeladus, á árið 1847 í ritinu Niðurstöður stjarnfræðiathugana við Góðrarvonarhöfða. Í dag eru ný fylgitungl Satúrnusar til dæmis nefnd eftir goðum og gyðjum úr norrænni goðafræði.

Títan er langstærsta tungl Satúrnusar og raunar næst stærsta tungl sólkerfisins á eftir Ganýmedesi. Títan er eina tungl sólkerfisins sem hefur þykkan lofthjúp sem gerir það enn áhugaverðara. Á yfirborði þess sjást merki um stór stöðuvötn úr fljótandi metani og íseldfjöll. Títan inniheldur yfir 90% af heildarmassa þess efnis sem er að finna á braut um Satúrnus, þar með talið hringana og önnur tungl.

Fyrir utan Títan eru fjölmörg önnur mjög forvitnileg tungl. Ístunglið Enkeladus er einna mest heillandi því grunnt undir ísskorpunni er líklega að finna fljótandi vatn sem gýs upp úr yfirborðinu og út í geiminn. Rhea, næst stærsta tungl Satúrnusar, gæti haft eigið hringakerfið.

11. Rannsóknir á Satúrnusi

Galíleó Galílei
Galíleó Galílei

Forfeður okkar þekktu vel til Satúrnusar enda er hann áberandi á næturhimninum. Árið 1610 varð Galíleó Galílei fyrstur manna til að berja Satúrnus augum í gegnum stjörnusjónaukann sinn. Þrátt fyrir að sjónaukinn hans væri ekki ýkja öflugur tók hann eftir tveimur einkennilegum kúlum sem virtust skaga úr hvorri hlið hans. Galíleó undraðist það sem hann sá og sagði í bréfi til hertogans af Toskana að reikistjarnan Satúrnus væri ekki ein, heldur samanstæði af þremur sem snerta næstum hver aðra en færast aldrei, en sú í miðjunni væri þrefalt stærri en hinar. Árið 1612 undraðist Galíleó enn meira það sem hann sá í gegnum sjónaukann. Svo virtist sem kúlurnar tvær væru horfnar. Galíleó spurði „Hefur Satúrnus gleypt börnin sín?“ og vísaði þar með til goðsagnarinnar um Krónos sem át börnin sín til að koma í veg fyrir að eitthvert þeirra steypti honum af stóli. Hringarnir birtust aftur árið 1613, Galíleó til mikillar furðu.

Árið 1655 hóf Hollendingurinn Christiaan Huygens að rannsaka Satúrnus með betri sjónauka en fyrirrennarar hans. Huygens uppgötvaði fljótt að Satúrnus reyndist hafa að minnsta kosti eitt fylgitungl sem síðar var nefnt Títan. Á grunni athugana sinna taldi Huygens að Satúrnus væri umlukinn næfurþunnum flötum hringum sem hvergi snertu reikistjörnuna. Þegar hringarnir hurfu Galíleó sjónum, hafði hann séð þá á rönd.

Árið 1675 sá ítalski stjörnufræðingurinn Giovanni Domenico Cassini dökka geil í hringunum. Cassini ályktaði sem svo að hringarnir samastæðu úr mörgum smáum aðskyldum hringum. Geilin sem Cassini sá er milli A-hringsins og B-hringsins og var síðar nefnd honum til heiðurs eða Cassini geilin. Cassini fann ennfremur fjögur tungl til viðbótar við tunglið sem Huygens hafði fundið, þau Japetus, Rheu, Teþýs og Díónu.

Fátt markvert gerðist í rannsóknum á Satúrnusi í meira en öld eða þar til William Herschel fann tunglin Mímas og Enkeladus árið 1789. Árið 1848 fundu aðrir breskir stjörnufræðingar svo tunglið Hýperíon.

Ellefu árum síðar eða 1859 sýndi skoski eðlisfræðingurinn James Clerk Maxwell fram á að hringarnir gátu ekki verið fastir því annars yrðu þeir óstöðugir og myndi brotna upp. Maxwell taldi því að hringarnir hlytu að vera úr litlum ögnum sem hringsóluðu umhverfis Satúrnus. Tilgáta Maxwells staðfestist árið 1895 þegar bandaríski stjörnufræðingurinn James Keeler við Lick stjörnustöðina gerði litrófsmælingar á þeim.

Árið 1899 uppgötvaði William Henry Pickering tunglið Föbe. Í ljós kom að tunglið gengur öfugan hring í kringum Satúrnus sem gefur vísbendingar um að það hafi ekki myndast við reikistjörnuna upphaflega.

12. Könnun gervitungla

Fjögur geimför hafa heimsótt Satúrnus hingað til, þau Pioneer 11, Voyager 1 og 2 og Cassini-Huygens. Þekking okkar á Satúrnusi hefur aukist gífurlega með þessum leiðangrum.

12.1. Pioneer 11

Pioneer 11 var fyrsta geimfarið sem heimsótti Satúrnus í september árið 1979. Geimfarið flaug í innan við 20.000 km fjarlægð frá reikistjörnunni og ljósmyndaði hana, hringana og tunglin í gríð og erg. Myndavélar geimfarsins voru nokkuð frumstæðar og upplausnin ekki nægilega góð til þess að unnt væri að greina smáatriði á yfirborðum tunglanna. Geimfarið rannsakaði hringana og uppgötvaði meðal annars nýjan hring, F-hringinn örþunna. Pioneer 11 uppgötvaði einnig að dökku geilirnar í hringunum inniheldu efni, en í minni mæli en meginhringarnir.  Eftir heimsóknina til Satúrnus var för Pioneer 11 haldið út úr sólkerfinu.

12.2. Voyager 1 og 2

Voyager 1, Satúrnus
Voyager 1 kveður Satúrnus. Myndin var tekin 16. nóvember 1980 úr 5,3 milljón km fjarlægð.

Í nóvember 1980 heimsótti Voyager 1 Satúrnus. Geimfarið sendi fyrstu almennilegu ljósmyndirnar af reikistjörnunni og hringunu. Í fyrsta sinn sáust smáatriði á yfirborðum tunglanna. Þegar geimfarið flaug hins vegar framhjá Títan urðu vísindamenn fyrir örlitlum vonbrigðum. Tunglið var umlukið svo þykkum lofthjúpi að útilokað var að greina smáatriði á yfirborðinu með venjubundnum hætti. Eftir framhjáflugið var geimfarinu stefnt út úr sólkerfinu.

Næstum ári síðar eða í ágúst 1980 hélt Voyager 2 áfram rannsóknum á Satúrnusi. Fleiri smáatriði komu í ljós á tunglunum sem og vísbendingar um breytingar í lofthjúpi Satúrnusar og hringunum. Voyager 2 gat aftur á móti ekki flogið framhjá Títan því förinni var heitið til Úranusar og Neptúnusar eftir heimsóknina til Satúrnusar.

Bæði geimförin fundu nokkur ný fylgitungl á braut um reikistjörnuna innan hringakerfisins, svokölluð smalatungl. Geimförin uppgötvuðu einnig Maxwell eyðuna í C-hringnum og Keeler eyðuna í A-hringnum.

12.3. Cassini-Huygens

Áhugi stjörnufræðinga á Satúrnusi og fylgitunglum hans dvínaði sannarlega ekki eftir heimsóknir Voyagerflauganna. Fljótlega eftir heimsóknir Voyagers var hafist handa við að skipuleggja stóran leiðangur gagngert til að rannsaka Satúrnus ítarlega. Þessi leiðangur var að veruleika árið 1997 þegar Cassini-Huygens geimfarið var skotið á loft. Í júní 2004, eftir sjö ára ferðalag um geiminn, komst geimfarið loks á braut um Satúrnus eftir að hafa flogið framhjá tunglinu Föbe.

Cassini-Huygens hefur skilað þúsundum stórfenglegra mynda af reikistjörnunni til jarðar, þau ár sem hann hefur sveimað í kringum Satúrnus. Cassini er útbúinn öflugu ratstjártæki sem gerir vísindamönnum kleift að svipta hulunni af Títan. Ratstjármyndir geimfarsins af tunglinu sýna stór stöðuvötn úr fljótandi metani, fjallgarða og hugsanlega virk íseldfjöll. Geimfarið flaug tvisvar sinnum framhjá Títan áður en Huygens lendingarfarið losnaði frá Cassini þann 25. desember 2004. Huygens lenti svo heilu og höldnu á ísilögðu yfirborði Títans þann 14. janúar 2005 og varð þar með fyrsta geimfarið sem lendir á hnetti í ytra sólkerfinu.

Ein athyglisverðasta uppgötvun Cassinis var ekki gerð á Satúrnusi sjálfum eða Títan, heldur litlu ístungli sem heitir Enkeladus. Þegar Cassini flaug framhjá tunglinu sáust rákir í ísskorpunni og vísbendingar um gosstróka sem stóðu út úr tunglinu. Þessir gosstrókar reyndust vera úr vatnsís og innihalda einnig lífræn efnasambönd. Myndir Cassinis sýna ennfremur það sem virðist vera ískvika út frá íseldfjöllum á yfirborðinu. Talið er að fljótandi vatn gæti verið að finna nokkra metra undir ísnum.

Meginleiðangri Cassini lauk í júní 2008 eftir fjögur ár umhverfis Satúrnus. Geimfarið er aftur á móti við hestaheilsu og getur starfað talsvert lengur. Því ákvað NASA að framlengja leiðangurinn um að minnsta kosti tvö ár til viðbótar, en búast má við því að hann standi yfir talsvert lengur.

Satúrnus, Japetus, Cassini-Huygens
Þessa mynd tók Cassini geimfarið þann 10. september 2007 úr 3,3 milljón km fjarlægð, á leið sinni til Japetusar. Á myndinni sjást tunglin Díóna vinstra megin við miðju, Enkeladus nærri vinstri hlið hringbrúninnar, Mímas sem ljós blettur í hringskugganum vinstra megin, Rhea ofarlega á bláleitu norðurhvelinu, Teþýs við hægri hlið hringbrúninnar og Títan lengst í hægra horninu. Þetta sjónarhorn lýsir vel því sem geimfæri sæi ef hann stæði á Japetusi. Mynd: NASA/JPL/Space Science Institute

13. Að skoða Satúrnus

Sjá nánar: Að skoða Satúrnus

Satúrnus, sjónauki
Satúrnus í gegnum sjónauka! Hér sést hvernig Satúrnus birtist í gegnum fjögurra tommu sjónauka (efri) og átta tommu sjónauka (neðri) við um 200x stækkun.

Þótt Satúrnus sé fjarlægust þeirra fimm reikistjarna sem unnt er að sjá með berum augum á stjörnuhimninum, er hann oftast nær nokkuð bjartur og áberandi. Sýndarbirtustig hans er venjulega milli -0,24 og +1,2 sem þýðir að hann er álíka bjartur og björtustu fastastjörnurnar. Frekar auðvelt er að þekkja hann á himninum þar sem hann sker sig úr hópi fastastjarna í kring enda tindrar hann ekkert líkt og fastastjörnurnar og er áberandi gulleitur. Sé fylgst með færslu hans yfir himinninn sést að hann lýkur einni hringferð í gegnum stjörnumerki dýrahringsins á meira en 29 árum.

Sýndarstærð Satúrnusar á himninum er venjulega milli 14,5 og 20,1 bogasekúnda svo nota þarf stjörnusjónauka til að greina hringana, skýjabelti í lofthjúpnum og nokkur fylgitungl með góðu móti. Sjónaukinn þarf að vera 60mm eða stærri og ná að minnsta kosti 50-faldri stækkun (allir stjörnusjónaukar eiga að ráða auðveldlega við það). Best er að skoða Satúrnus þegar hann er í gagnstöðu (opposition) við jörð, þ.e. þegar jörðin er beint á milli Satúrnusar og sólar. Færsla Satúrnusar er svo hæg að reikistjarnan er í gagnstöðu við jörð á tæplega eins árs og tveggja vikna fresti.

Satúrnus er stórfenglegur á að líta í gegnum góðan stjörnusjónauka. Í gegnum sjónauka blasa hringarnir við og í lofthjúpnum sjást ljósleit svæði og dökkleit skýjabelti. Lofthjúpurinn er ekki nærri eins litríkur og lofthjúpur Júpíters, en hringarnir eru þeim mun stórbrotnari. Þegar horft er ofan á eða undir hringana er tiltölulega auðvelt að greina Cassini geilina milli A- og B-hringanna og skuggann sem fellur af reikistjörnunni á hringana. Þá tekur Hringadróttinn sjálfur á sig þrívíða mynd, sem engin önnur reikistjarna fær í gengum hefðbundinn sjónauka.

staðsetning satúrnus
Færsla Satúrnusar í gegnum stjörnumerki dýrahringsins 2014-2025. Bakgrunnur myndarinnar er úr stjörnufræðiforritinu Stellarium. Mynd: Stjörnufræðivefurinn

Myndir

 Satúrnus, hringar, Títan, Díóna  

Satúrnus, Títan og Díóna

Í bakgrunni sést gulleitur lofthjúpur Satúrnusar og örmjóir hringarnir sem varpa breiðum skuggum á suðurhvelið. Í forgrunni er Títan, stærsta tungl Satúrnusar, en á bakvið það er íshnötturinn Díóna, þriðja stærsta tungl Hringadróttins, fimm sinnum minna en Títan. Ef rýnt er í myndina sést norðurpólhettan sem er úr ískristöllum hátt í þykkum lofthjúpi Títans og móðan sem umlykur tunglið. Cassini geimfarið var í um það bil 2,3 milljón km fjarlægð frá Títan og 3,2 milljón km fjarlægð frá Díónu þegar myndin var tekin. Myndin var tekin 21. maí 2011.

Mynd: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Satúrnus
 

Satúrnus ofan frá

Cassini tók þessa mynd af Satúrnusi þann 9. maí 2007, þegar það var statt um 1,1 milljón km fjarlægð frá reikistjörnunni og 39 gráður fyrir ofan hringana. Mynd: NASA/JPL/Space Science Institute

satúrnus, stormur
 

Augað - Fellibylur á suðurpóli Satúrnusar

Cassini tók þessa mynd af auga fellibyls á suðurpóli Satúrnusar, þann 11. október 2006 úr um það bil 340.000 km fjarlægð. Ólíkt fellibylum á jörðinni færist fellibylurinn á suðurpól Satúrnusar ekki úr stað og myndast ekki yfir hafi. Fellibylurinn er ríflega 8000 km í þvermál, eða álíka stór og vegalengdin frá Reykjavík til Los Angeles í Bandaríkjunum. Hér er hægt að sjá QuickTime hreyfimynd af fellibylnum. Mynd: NASA/JPL/Space Science Institute

hringar Satúrnusar
 

Satúrnus á rönd

Á þessari gullfallegu mynd, sem Cassini geimfarið tók úr 2,1 milljón km fjarlægð þann 16. mars 2006, sést Satúrnus á rönd. Eins og sjá má eru hringarnir næfurþunnir og hverfa nánast frá þessu sjónarhorni, en á norðurhvelinu má sjá hvernig skuggar hringanna falla á reikistjörnuna. Blái liturinn er afleiðing þess að sólarljósið ferðast lengri leið í gegnum lofthjúpinn og því dreifist það frekar í stuttum öldulengdum (bláum). Rétt fyrir ofan hringana glittir í ístunglið Enkeladus. Mynd: NASA/JPL/Space Science Institute

satúrnus, skuggar, hringar, Mímas
 

Tunglið Mímas fyrir framan bláan Satúrnus

Tunglið Mímas sveimar hér fyrir framan blátt norðurhvel Satúrnusar. Löngu, dökku rákirnar á myndinni eru skuggar hringanna. Myndina tók Cassini geimfarið þann 18. janúar 2005 úr 1,4 milljón km fjarlægð. Mynd: NASA/JPL/Space Science Institute

suðurljós, Satúrnus

Suðurljós á Satúrnusi

Þessar myndir af suðurljósum Satúrnusar tók Hubblessjónaukinn dagana 24., 26. og 28. janúar 2005. Myndirnar af suðurljósunum voru teknar í útfjólubláu ljósi og settar saman við myndir sem Hubble tók í sýnilegu ljósi. Mynd: NASA/JPL/Space Science Institute

 árstíðir, Satúrnus, hringar Satúrnusar  

Árstíðabreytingar á Satúrnusi

Hubblessjónaukinn tók þessa myndaröð af Satúrnusi milli áranna 1996 og 2000. Satúrnus hallar um 27 gráður miðað við braut sína um sólu, líkt og jörðin hallar 23 gráður. Þegar Satúrnus ferðast í kringum sólu vísa norður- og suðurhvel reikistjörnunnar til skiptis að sólinni. Þessi breyting veldur árstíðaskiptum á Satúrnusi, rétt eins og á jörðinni. Neðst er fyrsta myndin í röðinni, sem var tekin fljótlega eftir haustjafndægur á norðurhveli Satúrnusar. Á síðustu myndinni, þeirri efstu, er hallinn að nálgast hámarkið og en þá eru vetrarsólstöður á norðurhvelinu. Mynd: NASA/JPL/Space Science Institute

 sexhyrndur stormur, satúrnus, norðurpóll  

Sexhyrndur stormur á norðurskauti Satúrnusar

Þessi mynd sýnir sexhyrnt stormasvæði á norðurpól Satúrnusar. Myndin var tekin að nóttu til með innrauðri myndavél en stormurinn er ósýnilegur í sýnilegu ljósi, enda er hann 75 km undir ammóníaksþokuskýjunum í lofthjúpi Satúrnusar. Myndina tók Cassini geimfarið úr 1,03 milljón km fjarlægð þann 10. nóvember 2006. Mynd: NASA/JPL/Space Science Institute

Tengt efni

Heimildir

  1. Beatty, J. Kelly; Petersen, Carolyn Collins og Chaikin, Andrew (ritstj.). 1998. The New Solar System. Cambridge University Press, Massachusetts.
  2. Freedman, Roger og Kaufmann, William. 2004. Universe, 7th Edition. W. H. Freeman, New York.
  3. Ferris, Timothy. 2002. Seeing in the Dark: How Backyard Stargazers are Probing Deep Space and Guarding Earth from Interplanetary Peril. Simon & Schuster, New York.
  4. Hoskins, Michael. 1997. Cambridge Illustrated History of Astronomy. Cambridge University Press, Massachusetts.
  5. McFadden, Lucy-Ann; Johnson, Torrence og Weissman, Paul (ritstj.). 2006. Encyclopedia of the Solar System. Academic Press, California.
  6. Pasachoff, Jay. 1998. Astronomy: From the Earth to the Universe, fimmta útgáfa. Saunders College Publishing, Massachusetts.

Hvernig vitna skal í þessa grein

  • Sævar Helgi Bragason (2011). Satúrnus. Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornufraedi.is/saturnus (sótt: DAGSETNING).