Saturn
Saturn jest szóstą planetą Układu Słonecznego według oddalenia od Słońca. Jest to gazowy olbrzym, drugi pod względem masy i wielkości po Jowiszu, a przy tym paradoksalnie o najmniejszej gęstości ze wszystkich planet całego Układu. Saturn znany był już w świecie starożytnym. Charakterystyczną jej cechą są pierścienie składające się głównie z lodu i, w mniejszej ilości, z odłamków skalnych. Saturn ma ponad 50 księżyców. Jego nazwa pochodzi od imienia rzymskiego boga - Saturna.

Właściwości fizyczne
 

 

 

Porównanie Ziemi i Saturna w skali 1:1
 

 

 

Saturn jest wyraźnie spłaszczony na biegunach i "wydęty" na równiku (owalna sferoida); jego średnica biegunowa jest o ok. 10% krótsza od równikowej. Jest to wynikiem szybkiej rotacji wokół osi i gazowo-ciekłej budowy obiektu. Pozostałe gazowe olbrzymy także są spłaszczone, ale w mniejszym stopniu.

Charakterystyka ruchu obrotowego
Okres obrotu planety podlega tzw. rotacji różnicowej - obrót atmosfery na równiku jest szybszy niż na biegunach i trwa 10h 14min 00s. W takim tempie Saturn jest w stanie obrócić się o 810° w ciągu doby. Na większych szerokościach geograficznych czas obrotu jest o ok. 25 min dłuższy i wynosi w przybliżeniu 10h 39min 24s.

Podczas przelotu sondy Cassini w 2004, aparatura radiowa sondy wykryła, że czas rotacji minimalnie się zwiększył i wynosił 10h 45min 45s. Powód tego spowolnienia nie jest jednak znany.

Dzięki ostatnim pomiarom wykonanym przez magnetometr znajdujący się na pokładzie sondy Cassini, wiemy, że doba na Saturnie trwa 10 godzin, 47 minut i 6 sekund z błędem 40 sekund - wyniki te opublikowała w "Nature" grupa astronomów NASA Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie. Pole magnetyczne Saturna jest generowane w ciekłym metalicznym jądrze planety. Jego natężenie zmienia się cyklicznie na skutek rotacji ciała i dzięki temu może posłużyć do oszacowania jej tempa. Jest to najdokładniejszy pomiar w historii. Przy okazji okazało się bowiem, że obserwacje radiowe nie nadają się do dokładnych pomiarów długości doby, bo natężenie tego promieniowania zmienia się znacznie i trudno odseparować jego fluktuacje od ewentualnych i rzeczywistych zmian długości doby na Saturnie.
Pierścienie Saturna
Saturn jest prawdopodobnie najlepiej znany z powodu swoich ogromnych pierścieni, które są jednym z najciekawszych obiektów w Układzie Słonecznym.
Historia odkrycia
Pierścienie te po raz pierwszy zaobserwował Galileo Galilei w 1610 przy pomocy zrobionego przez siebie teleskopu, ale nie był w stanie wytłumaczyć ich istnienia. W liście do Wielkiego Księcia Toskanii pisał: "Saturn nie jest samotnym ciałem, ale jest złożony z trzech elementów które prawie się nie stykają i nigdy się nie przemieszczają względem siebie. Układają się one w jednym równoleżniku na tle Zodiaka, a centralna część jest trzykrotnie większa od zewnętrznych". On także określił Saturna, jakoby miał posiadać "ucho". W 1612 pierścienie były zorientowane w stronę Ziemi, co umożliwiało obserwacje, ale następnie poczęły "znikać", by ponownie się pojawić w 1613 tym samym mieszając Galileusza. Nie doczekał on rozwiązania tej zagadki.

Następnie pierścienie Saturna były obserwowane regularnie od 1655 przez angielskiego uczonego Christiana Huygensa, korzystającego z potężniejszych teleskopów od tych za czasów Galileusza. Jego obserwacje nie wykazały jednak nic ponad odkrycia włoskiego astronoma.

W 1675 Włoch Giovanni Domenico Cassini odkrył lukę pomiędzy dwoma największymi pierścieniami, która potem na jego cześć została nazwana Przerwą Cassiniego.

Nazwa	Odległość od środka planety (km)	Szerokość (km)	Nazwany na cześć
Pierścień D	66,900 - 74,510	7,500
Pierścień C (3)	74,658 - 92,000	17,500
Przerwa Coulomba	77,800 ? (2)	100	Charles-Augustin de Coulomb (?)
Przerwa Maxwella	87,491 (2)	270	James Clerk Maxwell
Pierścień B	92,000 - 117,580	25,500
Przerwa Cassiniego	117,580 - 122,170	4,700	Giovanni Cassini
Przerwa Huygensa	117,680 ? (2)	285-440	Christiaan Huygens
Pierścień A	122,170 - 136,775	14,600
Przerwa Enckego	133,589 (2)	325	Johann Encke
Przerwa Keelera	136,530 (2)	35	James Keeler
pierścień R/2004 S 1(1)	137,630 (2)	?
PierścieńR/2004 S 2(1)	138,900 (2)	?
Pierścień F	140,180 (2)	30-500
Pierścień G	170,000 - 175,000	5,000
Pierścień E	181,000 - 483,000	302,000

Graficzna prezentacja położenia księżyców Saturna w przestrzeni

Pierścienie, przy sprzyjających warunkach, można już dostrzec używając niewielkiego teleskopu. Rozprzestrzeniają się od 6 630 km do 120 700 km od równika planety. Zbudowane są one z krzemionki, tlenków żelaza oraz brył lodu o wielkości od pyłku kurzu do samochodu. Istnieją dwie główne teorie opisujące pochodzenia pierścieni Saturna. Pierwsza teoria, zaproponowana przez Eduarda Roche'a, zakłada że dzisiejsze pierścienie były niegdyś księżycem Saturna, który przekroczył granicę Roche'a i został rozerwany przez siły pływowe planety. W wyniku tego powstało wiele różnych wielkości brył, które pod wpływem grawitacji Saturna przybrały znaną nam dzisiaj postać pierścieni. Alternatywą tej teorii jest hipoteza, że owy księżyc mógł również rozkruszyć się pod wpływem kolizji z jakimś innym ciałem np. kometą. Wówczas również poddałby się grawitacji planety i utworzył podobny efekt. Druga teoria przewiduje natomiast, że pierścienie mogą być przechwyconą przez grawitację planety pierwotną materią międzygwiezdną. Jednak ta teoria nie jest dzisiaj szeroko przyjmowana, jako że naukowcy sugerują niedawne pochodzenie pierścieni.

Podczas gdy największe przerwy: Cassiniego i Encke można obserwować z Ziemi, Voyager odkrył tysiące zawiłych przerw i "malutkich pierścieni". Taka budowa może wynikać z grawitacyjnego oddziaływania Saturna na wiele mniejszych ciał różnego pochodzenia (księżyce, komety, asteroidy). Niektóre nieregularne przerwy mogą powstawać poprzez obieg mniejszych księżyców, takich jak Pan. Z drugiej strony wiele innych, być może jeszcze nie odkrytych przerw (lub "malutkich pierścieni") może istnieć dzięki grawitacyjnemu "podparciu" o takie satelity jak: Prometeusz czy Pandora. Pozostałe, bardziej regularne przerwy, wynikają najprawdopodobniej z rezonansu orbitalnego zachodzącego pomiędzy bryłami pierścienia, a masywniejszymi księżycami, np. Mimas podtrzymuje zachowanie Przerwy Cassiniego.

Dane przesłane przez sondę Cassini wskazują jakoby pierścienie posiadały własną, niezależną od Saturna szczątkową atmosferę. W jej skład miałby przede wszystkim wchodzić tlen i wodór, pochodzący od rozkładu ciekłego lodu zawartego w lodowych bryłach pierścienia.

Magnetyzm pierścieni

Przed 1980 struktura magnetyzmu pierścieni była tłumaczona wyłącznie oddziaływaniem grawitacyjnym Saturna (i w mniejszym stopniu większych księżyców). W 1981 Voyager wykrył specyficzne promieniowanie radiowe pochodzące od pierścieni planety, zwłaszcza pierścienia B, o niewiadomym pochodzeniu. Odkryto również, że reakcje elektromagnetyczne pierścieni są zsynchronizowane z magnetosferą Saturna. Dokładny mechanizm tych zjawisk wciąż pozostaje nieznany.

Jednakże w lutym 2005 Cassini, wyposażony w wyższej jakości sprzęt niż Voyager, nie wychwycił żadnych anomalii magnetycznych, w związku z czym pojawia się przypuszczenie, że owe specyficzne promieniowanie radiowe pojawia się i znika sezonowo.

Misje badawcze Saturna

Zdjęcie Saturna zrobione przez Cassini 6.10.2004

Dotychczas udało się zrealizować trzy misje badawcze: pierwszy Pioneer 11 dotarł do Saturna w 1979, następnie misja bliźniaczych sond Voyager 1 i 2 oraz orbiter Cassini-Huygens, którego ekspedycja wciąż trwa.

Sonda Pioneer 11

Saturn pierwszy raz został odwiedzony przez sondę Pioneer 11 w 1979. Przeleciała ona w odległości 20 000km od planety. Pozyskano wówczas niewielką ilość niskiej jakości zdjęć Saturna i kilku jego większych księżyców. Ich jakość nie była wystarczająco dobra, aby ustalić właściwości powierzchni. Sonda również wnikliwie studiowała pierścienie; wyodrębniła bardzo mały pierścień F. Udało się także zaobserwować, że ciemne plamy pierścieni (nieregularne przerwy) zwrócone w kierunku Słońca stają się jaskrawe, co oznacza iż są wypełnione jakąś materią. Sonda także ustaliła temperaturę atmosfery Tytana.

Sondy Voyager

W listopadzie 1980 Voyager 1 pomyślnie dotarł do Saturna. On jako pierwszy dostarczył szeregu wysokiej jakości obrazów planety, jego pierścieni i księżyców, oraz ukazał charakterystykę ich powierzchni. Voyager 1 wykonał bardzo bliski przelot przy Tytanie, największym satelicie planety, i odkrył jego gęstą, podobną do ziemskiej atmosferę. Była ona jednak na tyle nieprzepuszczalna, że nie udało się dostrzec jego powierzchni. Grawitacja Tytana zmieniła trajektorię lotu sondy i skierowała ją poza płaszczyznę ekliptyki, kończąc tym samym jej misję badawczą.

Rok później bliźniacza sonda Voyager 2 przybyła tutaj kontynuować badanie Układu Słonecznego. Otrzymano wówczas większe ilości zdjęć planety i jej satelitów, jak również dowiedziono zmian zachodzących w atmosferze planety. Kończąc swoją misję na Saturnie, sonda została skierowana przez jego grawitację w kierunku Urana.

Sonda Cassini-Huygens

Ostatnią sondą badającą Saturna jest Cassini-Huygens (misja w toku). 21 lipca 2004 próbnik wszedł na orbitę Saturna, stając się jego satelitą. Wcześniej, bo 11 czerwca pojazd minął jednego z najbardziej oddalonych księżyców - Febe, któremu wykonał serię zdjęć. 25 grudnia od orbitera odłączył się próbnik Huygens, który z powodzeniem 14 stycznia następnego roku osiadł na Tytanie. Przez cały czas swojej pracy, urządzenie przesyłało mnóstwo danych na temat atmosfery i powierzchni satelity, a następnie zamarzło. Planowany czas realizacji misji Cassiniego przewidziany jest do 2008, ale już dziś przewiduje się przedłużenie misji co najmniej do 2010 roku.


Księżyce Saturna

System Saturna

Saturn imponuje ilością (drugą po Jowiszu) księżyców - z 50 dotychczas odkrytych, 35 ma już oficjalne nazwy. Nigdy jednak nie będzie możliwe ustalenie ostatecznej liczby satelitów - bryły lodu, z których składa się pierścień, mogą być czasami wytrącane przez grawitację planety, stając się tymczasowo satelitą. Tym bardziej nie istnieje wyraźna granica pomiędzy dużą skałą pierścienia, a małym księżycem. Najciekawszym księżycem wydaje się Tytan, który jako jedyne takie ciało w Układzie posiada gęstą atmosferę. Dzięki siłom pływowym Saturna, księżyce się stopniowo przemieszczają w stosunku do miejsc, w których się pierwotnie ukształtowały.

Obserwacje

Saturn bardzo ładnie prezentuje się przez niewielki, amatorski teleskop o średnicy rzędu 100 mm. Przy bardzo dobrej pogodzie można dostrzec przerwę Cassiniego znajdującą się w jego pierścieniach. Pierścienie Saturna są już widoczne przy niewielkim powiększeniu - 40x.

Usytuowanie na niebie

W naszych szerokościach geograficznych Saturn przez większą część roku jest widoczny na niebie. Możliwość obserwacji zależy od usytuowania pierścieni, które (choć rzadko) potrafią przysłonić tarczę planety. Najlepsze warunki powstają gdy planeta znajdzie się w opozycji z Ziemią, co ostatnio miało miejsce w styczniu 2005. Do 2031 Saturn pozostanie jednym z jaśniejszych obiektów na niebie, głównie z powodu sprzyjającej orientacji pierścieni.