Saturnus – kaasujättiläinen, renkaiden planeetta (82 tunnettua kuuta)

Saturnus on litteä sferoidi, mikä tarkoittaa, että se on litteä navoiltaan ja paisuu päiväntasaajan ympärillä. Planeetan halkaisija päiväntasaajalla on 120 536 km, kun taas sen napojen halkaisija (etäisyys pohjoisnavasta etelänavaan) on 108 728 km, mikä on 9 prosentin ero. Saturnuksen muoto on litteä, koska se pyörii hyvin nopeasti, kerran 10,8 tunnissa.

Saturnus on aurinkokunnan ainoa planeetta, jonka tiheys on vettä pienempi. Vaikka planeetan ydin on hyvin tiheä, sillä on kaasumainen ilmakehä, joten planeetan keskimääräinen ominaistiheys on 0,69 g/cm³ . Tämä tarkoittaa, että jos Saturnus sijoitettaisiin suureen vesilammikkoon, se kelluisi.

Tunnelma

Saturnuksen ilmakehän ulompi osa koostuu noin 96 prosentista vetyä, 3 prosentista heliumia, 0,4 prosentista metaania ja 0,01 prosentista ammoniakkia. Siinä on myös hyvin pieniä määriä asetyleeniä, etaania ja fosfiinia.

Saturnuksen pilvissä on kaistamainen kuvio, joka muistuttaa Jupiterin pilvikaistoja. Saturnuksen pilvet ovat paljon himmeämpiä ja kaistaleet ovat leveämpiä päiväntasaajalla. Saturnuksen alin pilvikerros koostuu vesijäästä, ja sen paksuus on noin 10 kilometriä. Lämpötila on täällä melko alhainen, 250 K (-10°F, -23°C). Tutkijat eivät kuitenkaan ole tästä yksimielisiä. Yläpuolella oleva, noin 77 km:n paksuinen kerros koostuu ammoniumhydroksidijäästä, ja sen yläpuolella on 80 km:n paksuinen ammoniakkijääpilvikerros. Ylin kerros koostuu vety- ja heliumkaasuista, ja se ulottuu 200 km:n (124 mi) ja 270 km:n (168 mi) päähän vesipilvien yläpuolelle. Saturnuksen mesosfäärissä tiedetään muodostuvan myös revontulia. Saturnuksen pilvihuippujen lämpötila on erittäin alhainen, 98 K (-283 °F, -175 °C). Sisempien kerrosten lämpötilat ovat paljon korkeammat kuin ulompien kerrosten, koska Saturnuksen sisätiloissa syntyy lämpöä. Saturnuksen tuulet kuuluvat Aurinkokunnan nopeimpiin, sillä ne voivat puhaltaa 1 800 km/h (1 118 mph) eli kymmenen kertaa nopeammin kuin tuulet Maassa.

Myrskyt ja pilkut

Saturnuksen ilmakehän tiedetään myös muodostavan soikeita pilviä, jotka muistuttavat Jupiterin kirkkaampia pilkkuja. Nämä soikeat täplät ovat syklonisia myrskyjä, samoja kuin Maassa nähtävät syklonit. Vuonna 1990 Hubble-avaruusteleskooppi löysi hyvin suuren valkoisen pilven Saturnuksen päiväntasaajan läheltä. Vuoden 1990 kaltaiset myrskyt tunnettiin nimellä Great White Spots. Näitä ainutlaatuisia myrskyjä esiintyy vain lyhyen aikaa ja vain noin 30 vuoden välein maapallon pohjoisella pallonpuoliskolla kesäpäivänseisauksen aikaan. Suuria valkoisia pilkkuja havaittiin myös vuosina 1876, 1903, 1933 ja 1960. Jos tämä sykli jatkuu, uusi myrsky muodostuu noin vuonna 2020.

Voyager 1 -avaruusalus löysi kuusikulmaisen pilvikuvion Saturnuksen pohjoisnavan läheltä noin 78° pohjoista leveyttä. Cassini-Huygens-luotain vahvisti sen myöhemmin vuonna 2006. Toisin kuin pohjoisnavalla, etelänavalla ei näy kuusikulmaisia pilviä. Luotain havaitsi myös etelänapaan lukittuneen hurrikaanin kaltaisen myrskyn, jossa oli selvästi havaittavissa silmäseinä. Ennen tätä löytöä silmänseinämiä oli nähty vain Maassa.

Sisustus

Saturnuksen sisätilat muistuttavat Jupiterin sisätiloja. Sen keskellä on pieni, noin Maan kokoinen kivinen ydin. Se on hyvin kuuma; sen lämpötila on jopa 15 000 K (26 540 °F (14 727 °C)). Saturnus on niin kuuma, että se luovuttaa avaruuteen enemmän lämpöenergiaa kuin se saa Auringosta. Sen yläpuolella on paksumpi metallisen vedyn kerros, joka on noin 30 000 kilometrin syvyydessä. Tämän kerroksen yläpuolella on nestemäisen vedyn ja heliumin alue. Ydin on raskas, sillä siinä on noin 9-22 kertaa enemmän massaa kuin Maan ytimessä.

Magneettikenttä

Saturnuksen luonnollinen magneettikenttä on heikompi kuin Jupiterin. Saturnuksen kenttä on Maan tavoin magneettinen dipoli. Saturnuksen kenttä on ainutlaatuinen, sillä se on täysin symmetrinen, toisin kuin millään muulla tunnetulla planeetalla. Tämä tarkoittaa, että kenttä on täsmälleen planeetan akselin suuntainen. Saturnus tuottaa radioaaltoja, mutta ne ovat liian heikkoja havaittaviksi Maasta käsin. Kuu Titan kiertää Saturnuksen magneettikentän uloimmassa osassa ja lähettää kenttään plasmaa Titanin ilmakehän ionisoituneista hiukkasista.

Saturnuksen keskimääräinen etäisyys Auringosta on yli 1 400 000 000 km, mikä on noin yhdeksän kertaa niin pitkä kuin etäisyys Maasta Aurinkoon. Saturnuksen kiertäminen Auringon ympäri kestää 10 759 päivää eli noin 29,8 vuotta. Tämä tunnetaan Saturnuksen kiertoaikana.

Voyager 1 mittasi Saturnuksen kiertoajaksi 10 tuntia 14 minuuttia päiväntasaajalla, 10 tuntia 40 minuuttia lähempänä napoja ja 10 tuntia 39 minuuttia 24 sekuntia planeetan sisäosissa. Tätä kutsutaan sen kiertoajaksi.

Cassini mittasi Saturnuksen pyörimisajaksi 10 tuntia 45 minuuttia 45 sekuntia ± 36 sekuntia. Tämä on noin kuusi minuuttia eli prosentin verran pidempi kuin Saturnuksen ohi vuosina 1980 ja 1981 lentäneiden Voyager 1- ja Voyager 2 -avaruusalusten mittaama radion kiertoaika.

Saturnuksen kiertoaika lasketaan planeetan lähettämien radioaaltojen pyörimisnopeuden perusteella. Cassini-Huygens-avaruusalus havaitsi, että radioaallot hidastuivat, mikä viittaa siihen, että pyörimisjakso kasvoi. Koska tutkijat eivät usko, että Saturnuksen kierto todella hidastuu, selitys saattaa piillä radioaaltoja aiheuttavassa magneettikentässä.

Saturnus tunnetaan parhaiten sen planeettarenkaista, jotka on helppo nähdä kaukoputkella. Nimettyjä renkaita on seitsemän: A-, B-, C-, D-, E-, F- ja G-renkaat. Ne on nimetty siinä järjestyksessä, jossa ne löydettiin, mikä poikkeaa niiden järjestyksestä planeetalta käsin. Planeetalta katsottuna renkaat ovat: D, C, B, A, F, G ja E.

Tutkijat uskovat, että renkaat ovat materiaalia, joka on jäänyt jäljelle kuun hajottua. Uuden ajatuksen mukaan kyseessä oli hyvin suuri kuu, josta suurin osa törmäsi planeettaan. Siitä jäi suuri määrä jäätä, josta muodostuivat renkaat ja myös jotkut kuut, kuten Enceladus, joiden uskotaan olevan jäästä.

Historia

Galileo Galilei havaitsi renkaat ensimmäisen kerran vuonna 1610 kaukoputkellaan. Galileon mielestä ne eivät näyttäneet renkailta, joten hän kutsui niitä "kahvoiksi". Hän ajatteli, että Saturnus oli kolme erillistä planeettaa, jotka melkein koskettivat toisiaan. Vuonna 1612 renkaat katosivat, kun ne kohtasivat maapallon, ja ilmestyivät uudelleen vuonna 1613, mikä hämmensi Galileota entisestään. Vuonna 1655 Christiaan Huygens oli ensimmäinen henkilö, joka tunnisti Saturnuksen olevan renkaiden ympäröimä. Hän käytti paljon Galilein kaukoputkea tehokkaampaa kaukoputkea ja totesi, että Saturnusta "ympäröi ohut, litteä rengas, joka ei koske mihinkään...". Vuonna 1675 Giovanni Domenico Cassini havaitsi, että planeetan renkaat koostuivat itse asiassa pienemmistä renkaista, joissa oli aukkoja. Suurin rengasrako nimettiin myöhemmin Cassini-divisioonaksi. Vuonna 1859 James Clerk Maxwell osoitti, että renkaat eivät voi olla kiinteitä, vaan ne koostuvat pienistä hiukkasista, joista kukin kiertää Saturnusta yksinään, muuten se muuttuisi epävakaaksi tai hajoaisi. James Keeler tutki renkaita spektroskoopin avulla vuonna 1895, mikä todisti Maxwellin teorian.

Fyysiset ominaisuudet

Renkaat ulottuvat 6 630 km:n etäisyydeltä 120 700 km:n etäisyydelle planeetan päiväntasaajan yläpuolelle. Saturnuksen päiväntasaajan ympärysmitta on 378 675 km (235 298 mailia).Kuten Maxwell on osoittanut, vaikka renkaat näyttävät ylhäältä katsottuna kiinteiltä ja katkeamattomilta, renkaat koostuvat pienistä kivi- ja jäähiukkasista. Ne ovat vain noin 10 m (33 jalkaa) paksuja; ne koostuvat piikivestä, rautaoksidista ja jäähiukkasista. Pienimmät hiukkaset ovat vain pölyhiukkasia, kun taas suurimmat ovat talon kokoisia. C- ja D-renkaissa näyttää myös olevan "aaltoja", kuten aallot vedessä. Nämä suuret aallot ovat 500 metriä korkeita, mutta liikkuvat hitaasti vain noin 250 metriä päivässä. Jotkut tutkijat uskovat, että aalto johtuu Saturnuksen kuista. Toisen käsityksen mukaan aallot ovat peräisin Saturnukseen vuonna 1983 tai 1984 törmänneestä komeetasta.

Renkaiden suurimmat aukot ovat Cassini- ja Encke-alue, jotka molemmat näkyvät Maasta käsin. Cassinin jako on suurin, ja sen leveys on 4 800 km. Kun Voyager-avaruusalukset vierailivat Saturnuksella vuonna 1980, ne kuitenkin havaitsivat, että renkaat ovat monimutkainen rakenne, joka koostuu tuhansista ohuista aukoista ja rengasrakenteista. Tutkijat uskovat, että tämä johtuu joidenkin Saturnuksen kuiden painovoimasta. Pikkuruinen kuu Pan kiertää Saturnuksen renkaiden sisällä, mikä luo renkaisiin aukon. Muut rengasruusut säilyttävät rakenteensa Prometheuksen ja Pandoran kaltaisten paimenen satelliittien painovoiman ansiosta. Toiset aukot muodostuvat kauempana sijaitsevan suuren kuun gravitaatiovoiman vuoksi. Kuu Mimas on vastuussa Cassinin aukon raivaamisesta.

Cassini-avaruusaluksen viimeaikaiset tiedot ovat osoittaneet, että renkailla on oma ilmakehänsä, joka on irrallaan planeetan ilmakehästä. Renkaiden ilmakehä koostuu happikaasusta, ja se syntyy, kun Auringon ultraviolettivalo hajottaa renkaiden vesijäätä. Ultraviolettivalon ja vesimolekyylien välillä tapahtuu myös kemiallinen reaktio, jossa syntyy vetykaasua. Happi- ja vetyilmakehät renkaiden ympärillä ovat hyvin laajasti toisistaan erillään. Happi- ja vetykaasun lisäksi renkaissa on ohut ilmakehä, joka koostuu hydroksidista. Tämän anionin löysi Hubble-avaruusteleskooppi.

Spokes

Voyager-avaruusluotain löysi säteiden muotoisia piirteitä, joita kutsutaan nimellä spokes. Hubble-teleskooppi havaitsi ne myös myöhemmin. Cassini-luotaimen kuvaamat puikot havaittiin vuonna 2005. Ne näkyvät tummina auringonvalossa ja vaaleina valaisematonta puolta vasten. Aluksi luultiin, että ne koostuvat mikroskooppisen pienistä pölyhiukkasista, mutta uudet todisteet osoittavat, että ne ovat jäästä. Ne pyörivät samaan aikaan planeetan magnetosfäärin kanssa, joten uskotaan, että niillä on yhteys sähkömagnetismiin. Vielä ei kuitenkaan tiedetä, mikä aiheuttaa puikkojen muodostumisen. Ne näyttävät olevan kausiluonteisia, katoavat auringonseisauksen aikaan ja ilmestyvät uudelleen päiväntasauksen aikaan.

Saturnuksella on 53 nimeä saanutta kuuta ja 29 muuta kuuta, joita tutkitaan edelleen. Monet kuista ovat hyvin pieniä: 33 kuuta on halkaisijaltaan alle 10 kilometriä ja 13 kuuta alle 50 kilometriä. Seitsemän kuuta on niin suuria, että ne muodostavat lähes täydellisen pallon, joka on niiden oman painovoiman aiheuttama. Nämä kuut ovat Titan, Rhea, Iapetus, Dione, Tethys, Enceladus ja Mimas. Titan on suurin kuu, suurempi kuin planeetta Merkurius, ja se on aurinkokunnan ainoa kuu, jolla on paksu ja tiheä ilmakehä. Hyperion ja Phoebe ovat seuraavaksi suurimmat kuut, joiden halkaisija on yli 200 kilometriä.

Joulukuussa 2004 ja tammikuussa 2005 ihmisen rakentama Cassini-Huygens-satelliitti otti paljon lähikuvia Titanista. Tämän satelliitin yksi osa, joka tunnetaan nimellä Huygens-luotain, laskeutui sitten Titanille, maalle. Se on nimetty hollantilaisen tähtitieteilijän Christiaan Huygensin mukaan, ja se oli ensimmäinen avaruusalus, joka laskeutui Aurinkokunnan ulkopuolelle. Luotain suunniteltiin kellumaan siltä varalta, että se laskeutuisi nesteeseen. Sen akut kestivät noin 3 tuntia ennen kuin ne ehtyivät. Enceladus on kuudenneksi suurin kuu, ja sen halkaisija on noin 500 kilometriä. Se on yksi harvoista Aurinkokunnan ulkopuolisista kohteista, joilla on vulkaanista toimintaa. Vuonna 2011 tutkijat löysivät sähköisen yhteyden Saturnuksen ja Enceladuksen välillä. Tämä johtuu siitä, että pienen kuun tulivuorista peräisin olevat ionisoituneet hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa Saturnuksen magneettikenttien kanssa. Samanlaiset vuorovaikutukset aiheuttavat revontulet Maassa.

Pioneer 11 -avaruusalus tutki Saturnusta ensimmäisen kerran syyskuussa 1979. Se lensi jopa 20 000 kilometrin päähän planeetan pilvihuippujen yläpuolelle. Se otti valokuvia planeetasta ja muutamasta sen kuusta, mutta niiden tarkkuus oli alhainen. Se löysi uuden, ohuen renkaan, jota kutsutaan F-renkaaksi. Se havaitsi myös, että tummat rengasaukot näkyvät kirkkaina, kun niitä katsotaan Aurinkoa kohti, mikä osoittaa, että aukot eivät ole tyhjiä. Avaruusalus mittasi Titan-kuun lämpötilaa.

Marraskuussa 1980 Voyager 1 kävi Saturnuksella ja otti korkeamman resoluution valokuvia planeetasta, renkaista ja kuista. Näissä kuvissa pystyttiin näyttämään kuiden pinnan piirteet. Voyager 1 meni lähelle Titania ja sai paljon tietoa sen ilmakehästä. Elokuussa 1981 Voyager 2 jatkoi planeetan tutkimista. Avaruusluotaimen ottamat kuvat osoittivat, että renkaissa ja ilmakehässä tapahtui muutoksia. Voyager-avaruusluotain löysi useita Saturnuksen renkaiden lähellä kiertäviä kuita sekä uusia renkaiden aukkoja.

Cassini-Huygens-luotain saapui Saturnuksen kiertoradalle 1. heinäkuuta 2004. Sitä ennen se lensi Phoeben lähelle, otti erittäin korkearesoluutioisia kuvia sen pinnasta ja keräsi tietoja. Joulukuun 25. päivänä 2004 Huygens-luotaimen ja Cassini-luotaimen välinen yhteys katkesi, minkä jälkeen se siirtyi kohti Titanin pintaa ja laskeutui sinne 14. tammikuuta 2005. Se laskeutui kuivalle pinnalle, mutta havaitsi, että kuussa on suuria nestemäisiä vesimassoja. Cassini-luotain jatkoi tietojen keräämistä Titanista ja useista jäisistä kuista. Se löysi todisteita siitä, että Enceladus-kuun geysireistä purkautuu vettä. Cassini todisti heinäkuussa 2006 myös, että Titanilla oli hiilivetyjärviä, jotka sijaitsivat lähellä sen pohjoisnapaa. Maaliskuussa 2007 se löysi sen pohjoisnavan läheltä suuren Kaspianmeren kokoisen hiilivetyjärven.

Cassini on havainnut Saturnuksessa salamointia vuoden 2005 alusta lähtien. Salaman voimakkuuden mitattiin olevan 1 000 kertaa voimakkaampi kuin salaman voimakkuus Maassa. Tähtitieteilijät uskovat, että Saturnuksessa havaittu salama on voimakkain koskaan nähty.

• Luettelo planeetoista