Saturnus – Solsystemets gasjätte med ringar, Titan och 82 månar

Saturnus är en oblat sfäroid, vilket innebär att den är platt vid polerna och att den sväller ut runt ekvatorn. Planetens ekvatordiameter är 120 536 km, medan dess poldiameter (avståndet från nordpolen till sydpolen) är 108 728 km, vilket är en skillnad på 9 %. Saturnus har en tillplattad form på grund av sin mycket snabba rotation, en gång var 10,8 timme.

Saturnus är den enda planeten i solsystemet som är mindre tät än vatten. Även om planetens kärna är mycket tät har den en gasformig atmosfär, så planetens genomsnittliga specifika densitet är 0,69 g/cm³ . Detta innebär att om Saturnus kunde placeras i en stor bassäng med vatten skulle den flyta.

Atmosfär

Den yttre delen av Saturnus atmosfär består av cirka 96 % väte, 3 % helium, 0,4 % metan och 0,01 % ammoniak. Det finns också mycket små mängder acetylen, etan och fosfin.

Saturnus moln har ett bandmönster, som liknar molnbanden på Jupiter. Saturnus moln är mycket svagare och banden är bredare vid ekvatorn. Saturnus nedersta molnlager består av vattenis och är ungefär 10 km tjockt. Temperaturen här är ganska låg, 250 K (-10°F, -23°C). Forskarna är dock inte överens om detta. Skiktet ovanför, som är ca 77 km tjockt, består av ammoniumhydrosulfidis, och ovanför detta finns ett 80 km tjockt lager av ammoniakismoln. Det högsta lagret består av vätgas och heliumgas, som sträcker sig mellan 200 km (124 mi) och 270 km (168 mi) över vattenmolntopparna. Aurororor är också kända för att bildas i Saturnus i mesosfären. Temperaturen vid Saturnus molntoppar är extremt låg, 98 K (-283 °F, -175 °C). Temperaturen i de inre skikten är mycket högre än i de yttre skikten på grund av den värme som produceras av Saturnus inre. Saturnus vindar är några av de snabbaste i solsystemet och når 1 800 km/h (1 118 mph), tio gånger snabbare än vindarna på jorden.

Stormar och fläckar

Saturnus atmosfär är också känd för att bilda ovala moln, som liknar de tydligare fläckarna som ses på Jupiter. Dessa ovala fläckar är cykloniska stormar, samma som cykloner som man ser på jorden. År 1990 hittade rymdteleskopet Hubble ett mycket stort vitt moln nära Saturnus ekvator. Stormar som den som uppstod 1990 kallas Great White Spots. Dessa unika stormar existerar bara under en kort tid och inträffar bara ungefär vart 30:e jordår, vid tiden för sommarsolståndet på norra halvklotet. Stora vita fläckar hittades också 1876, 1903, 1933 och 1960. Om denna cykel fortsätter kommer en ny storm att bildas omkring 2020.

Rymdsonden Voyager 1 hittade ett sexkantigt molnmönster nära Saturnus nordpol vid cirka 78°N. Cassini-Huygens-sonden bekräftade det senare 2006. Till skillnad från nordpolen uppvisar sydpolen inget sexkantigt molnmönster. Sonden upptäckte också en orkanliknande storm som var låst vid sydpolen och som tydligt visade en ögonvägg. Fram till denna upptäckt hade ögonväggar endast setts på jorden.

Interiör

Saturnus inre liknar Jupiters inre. Den har en liten stenkärna i mitten som är ungefär lika stor som jorden. Den är mycket varm; dess temperatur når 15 000 K (26 540 °F (14 727 °C)). Saturnus är så varm att den avger mer värmeenergi till rymden än den tar emot från solen. Ovanför den finns ett tjockare lager av metalliskt väte som är ungefär 30 000 km djupt. Ovanför det lagret finns ett område med flytande väte och helium. Kärnan är tung, med ungefär 9 till 22 gånger större massa än jordens kärna.

Magnetfält

Saturnus har ett naturligt magnetfält som är svagare än Jupiters. Precis som jordens är Saturnus fält en magnetisk dipol. Saturnus fält är unikt eftersom det är perfekt symmetriskt, till skillnad från alla andra kända planeter. Detta innebär att fältet ligger exakt i linje med planetens axel. Saturnus genererar radiovågor, men de är för svaga för att upptäckas från jorden. Månen Titan kretsar i den yttre delen av Saturnus magnetfält och avger plasma till fältet från de joniserade partiklarna i Titans atmosfär.

Saturnus genomsnittliga avstånd från solen är över 1 400 000 000 000 km, ungefär nio gånger avståndet från jorden till solen. Det tar 10 759 dagar, eller cirka 29,8 år, för Saturnus att kretsa runt solen. Detta är känt som Saturnus omloppstid.

Voyager 1 mätte Saturnus rotation som 10 timmar och 14 minuter vid ekvatorn, 10 timmar och 40 minuter närmare polerna och 10 timmar och 39 minuter och 24 sekunder i planetens inre. Detta är känt som dess rotationsperiod.

Cassini mätte Saturnus rotation till 10 timmar 45 minuter 45 sekunder ± 36 sekunder. Det är ungefär sex minuter, eller en procent, längre än den radiorotationstid som uppmättes av Voyager 1 och Voyager 2, som flög förbi Saturnus 1980 och 1981.

Saturnus rotationsperiod beräknas genom rotationshastigheten hos de radiovågor som planeten släpper ut. Rymdsonden Cassini-Huygens upptäckte att radiovågorna saktade ner, vilket tyder på att rotationsperioden ökade. Eftersom forskarna inte tror att Saturnus rotation faktiskt saktar ner kan förklaringen ligga i det magnetfält som orsakar radiovågorna.

Saturnus är mest känd för sina planetariska ringar som är lätta att se med ett teleskop. Det finns sju namngivna ringar: A, B, C, D, E, F och G. De namngavs i den ordning de upptäcktes, vilket skiljer sig från deras ordning från planeten. Från planeten är ringarna: D, C, B, A, F, G och E.

Forskarna tror att ringarna är material som lämnats kvar efter att en måne har brutits sönder. En ny idé säger att det var en mycket stor måne som till största delen kraschade in i planeten. Detta lämnade en stor mängd is som bildade ringarna, och även några av månarna, som Enceladus, som man tror är gjorda av is.

Historia

Ringarna upptäcktes först av Galileo Galilei 1610 med hjälp av hans teleskop. Galileo tyckte inte att de såg ut som ringar, så han kallade dem "handtag". Han trodde att Saturnus var tre separata planeter som nästan rörde vid varandra. År 1612, när ringarna var riktade mot jorden, försvann ringarna för att sedan dyka upp igen år 1613, vilket ytterligare förvirrade Galileo. År 1655 var Christiaan Huygens den förste som insåg att Saturnus var omgiven av ringar. Han använde ett mycket kraftfullare teleskop än Galilei och noterade att Saturnus "är omgiven av en tunn, platt ring som inte rör sig någonstans". År 1675 upptäckte Giovanni Domenico Cassini att planetens ringar i själva verket bestod av mindre ringar med luckor. Den största ringspalten fick senare namnet Cassini-divisionen. År 1859 visade James Clerk Maxwell att ringarna inte kan vara fasta utan består av små partiklar som var och en för sig kretsar kring Saturnus, annars skulle den bli instabil eller brytas sönder. James Keeler studerade ringarna med hjälp av ett spektroskop 1895, vilket bevisade Maxwells teori.

Fysiska egenskaper

Ringarna sträcker sig från 6 630 km till 120 700 km över planetens ekvator. Medan Saturnus ekvatoriella omkrets är 378 675 km (235 298 miles).Som Maxwell bevisade är ringarna, även om de ser ut att vara solida och obrutna när man ser dem ovanifrån, gjorda av små partiklar av sten och is. De är endast cirka 10 m tjocka; de består av kiselsten, järnoxid och ispartiklar. De minsta partiklarna är bara dammkorn medan de största är lika stora som ett hus. C- och D-ringarna verkar också ha en "våg" i sig, som vågor i vatten. Dessa stora vågor är 500 meter höga, men rör sig bara långsamt på cirka 250 meter varje dag. Vissa forskare tror att vågen orsakas av Saturnus månar. En annan idé är att vågorna orsakades av en komet som träffade Saturnus 1983 eller 1984.

De största luckorna i ringarna är Cassini-divisionen och Encke-divisionen, som båda är synliga från jorden. Cassini-divisionen är den största och är 4 800 km bred. När Voyager-rymdfarkosterna besökte Saturnus 1980 upptäckte de dock att ringarna är en komplex struktur som består av tusentals tunna klyftor och ringar. Forskarna tror att detta orsakas av gravitationskraften från några av Saturnus månar. Den lilla månen Pan kretsar inuti Saturnus ringar och skapar en lucka i ringarna. Andra ringlar behåller sin struktur på grund av gravitationskraften hos herdesatelliter, som Prometheus och Pandora. Andra luckor bildas på grund av gravitationskraften från en stor måne längre bort. Månen Mimas är ansvarig för att rensa bort Cassini-gapet.

Nya data från rymdsonden Cassini har visat att ringarna har en egen atmosfär som är fri från planetens atmosfär. Ringarnas atmosfär består av syrgas som bildas när solens ultravioletta ljus bryter upp vattenisen i ringarna. Det sker också en kemisk reaktion mellan det ultravioletta ljuset och vattenmolekylerna, vilket skapar vätgas. Syre- och väteatmosfärerna runt ringarna ligger mycket långt ifrån varandra. Förutom syre- och vätgas har ringarna en tunn atmosfär som består av hydroxid. Denna anjon upptäcktes av rymdteleskopet Hubble.

Ekrar

Rymdsonden Voyager upptäckte egenskaper formade som strålar, så kallade ekrar. Dessa upptäcktes senare även av Hubble-teleskopet. Cassini-sonden fotograferade ekrarna 2005. De ses som mörka när de är i solljus och verkar ljusa när de står mot den obelysta sidan. Först trodde man att ekrarna var gjorda av mikroskopiska dammpartiklar, men nya bevis visar att de är gjorda av is. De roterar samtidigt med planetens magnetosfär och därför tror man att de har ett samband med elektromagnetism. Vad som orsakar att ekrarna bildas är dock fortfarande okänt. De verkar vara säsongsbundna, de försvinner under solståndet och dyker upp igen under dagjämningen.

Saturnus har 53 namngivna månar och ytterligare 29 som fortfarande studeras. Många av månarna är mycket små: 33 månar är mindre än 10 km i diameter och 13 månar är mindre än 50 km i diameter. Sju månar är tillräckligt stora för att vara en nästan perfekt sfär orsakad av sin egen gravitation. Dessa månar är Titan, Rhea, Iapetus, Dione, Tethys, Enceladus och Mimas. Titan är den största månen, större än planeten Merkurius, och den är den enda månen i solsystemet som har en tjock, tät atmosfär. Hyperion och Phoebe är de näst största månarna, som är större än 200 km i diameter.

I december 2004 och januari 2005 tog en konstgjord satellit, Cassini-Huygens-sonden, många närbilder av Titan. En del av satelliten, den så kallade Huygens-sonden, landade sedan på Titan, på land. Uppkallad efter den nederländska astronomen Christiaan Huygens var den den första rymdsonden som landade i det yttre solsystemet. Sonden var konstruerad för att flyta om den skulle landa i vätska. Dess batterier höll i ungefär tre timmar innan de dog. Enceladus, den sjätte största månen, är cirka 500 km i diameter. Den är ett av de få objekt i det yttre solsystemet som uppvisar vulkanisk aktivitet. År 2011 upptäckte forskare en elektrisk förbindelse mellan Saturnus och Enceladus. Detta orsakas av joniserade partiklar från vulkaner på den lilla månen som interagerar med Saturnus magnetfält. Liknande interaktioner orsakar norrskenet på jorden.

Saturnus utforskades för första gången av rymdsonden Pioneer 11 i september 1979. Den flög så nära som 20 000 km över planetens molntoppar. Den tog fotografier av planeten och några av dess månar, men med låg upplösning. Den upptäckte en ny, tunn ring som kallas F-ringen. Den upptäckte också att de mörka ringsprickorna framstår som ljusa när man tittar mot solen, vilket visar att sprickorna inte är tomma på material. Rymdsonden mätte temperaturen på månen Titan.

I november 1980 besökte Voyager 1 Saturnus och tog fotografier med högre upplösning av planeten, ringarna och månarna. Dessa bilder kunde visa månarnas ytstrukturer. Voyager 1 gick nära Titan och fick mycket information om dess atmosfär. I augusti 1981 fortsatte Voyager 2 att studera planeten. Bilder som togs av rymdsonden visade att det skedde förändringar i ringarna och atmosfären. Rymdsonden Voyager upptäckte ett antal månar som kretsade nära Saturnus ringar och upptäckte även nya ringsprickor.

Den 1 juli 2004 gick Cassini-Huygens-sonden in i en bana runt Saturnus. Dessförinnan flög den nära Phoebe och tog mycket högupplösta bilder av dess yta och samlade in data. Den 25 december 2004 separerade Huygens-sonden från Cassini-sonden innan den rörde sig ner mot Titans yta och landade där den 14 januari 2005. Den landade på en torr yta, men fann att det finns stora mängder vätska på månen. Cassini-sonden fortsatte att samla in data från Titan och ett antal isiga månar. Den fann bevis för att månen Enceladus hade vatten som utbröt ur sina gejsrar. Cassini bevisade också i juli 2006 att Titan har kolvätenas sjöar, som ligger nära dess nordpol. I mars 2007 upptäckte man en stor kolvävesjö av samma storlek som Kaspiska havet nära nordpolen.

Cassini har observerat blixtar i Saturnus sedan början av 2005. Blixten uppmättes vara 1 000 gånger starkare än blixten på jorden. Astronomerna tror att de blixtar som observerats i Saturnus är de starkaste som någonsin observerats.

• Förteckning över planeter