Satúrnus

„Alheimurinn er uppfullur af töfrandi fyrirbærum sem bíða þess að vitsmunir okkar skerpist.“
Eden Phillpots

Satúrnus er næststærsta reikistjarna sólkerfisins á eftir Júpíter og sú sjötta í röðinni frá sólu. Satúrnus er tíu sinnum stærri að þvermáli en jörðin og 95 sinnum massameiri. Satúrnus sker sig úr í hópi reikistjarnanna sökum þess hve eðlisléttur hann er, en eðlisþyngd hans er einungis 0,7 g/cm3, sem þýðir að hann mynd fljóta ef til væri nægilega stórt baðkar.

Tákn Satúrnusar

Satúrnus er nefndur eftir frjósemisguði rómverskrar goðafræði. Grísk hliðstæða hans var Krónos, sem var faðir Seifs og sonur Úranusar og Gæju. Í goðafræði Hindúa nefndist Satúrnus Sani en hann var sonur sólguðsins Surya. Í ýmsum rómönskum málum (auk ensku) er laugardagur kenndur við reikistjörnuna Satúrnus (sbr. „Saturday“). Aðrir dagar vikunnar eru einnig kenndir við himintungl víða í S-Evrópu en hér á Íslandi höfum við einungis sunnudag og mánudag.

Forfeður okkar þekktu Satúrnus vel enda er hann áberandi á himninum. Árið 1610 varð Galíleó Galílei fyrsti maðurinn til að líta Satúrnus augum í gegnum stjörnusjónauka. Þrátt fyrir að sjónauki hans væri ekki ýkja öflugur tók hann eftir tveimur einkennilegum kúlum sem virtust skaga úr sín hvorri hlið reikistjörnunnar. Kúlurnar hurfu árið 1612 en birtust aftur 1613. Aðrir sáu svipað útlit á reikistjörnunni á næstu áratugum. Árið 1655 hóf Hollendingurinn Christiaan Huygens að rannsaka reikistjörnuna með betri sjónauka en fyrirrennarar hans. Á grunni athuganna sinna taldi Huygens að Satúrnus væri umlukinn þunnum flötum hring. Síðar sáu menn að umhverfis Satúrnus var ekki aðeins einn heldur ótal hringir með eyðum á milli.

Á um það bil 14 ára fresti er ókleift að sjá hringa Satúrnusar því þá eru þeir á rönd séð frá jörðu. Langoftast horfum við þó undir eða ofan á hringana og birtast þeir þá í allri sinni dýrð. Hringarnir töldust einstakir í sólkerfinu þar til daufir hringar fundust umhverfis Úranus 1977 en skömmu síðar sáust hringar um Júpíter og Neptúnus.

Satúrnus á næturhimninum

Mynd 2
Sta­setning Sat˙rnusar ß himninum 2005-2007

Mynd: Stj÷rnufrŠ­ivefurinn

STĂRRI MYND

Satúrnus sést auðveldlega með berum augum á næturhimninum sem gullleit stjarna sem sindrar ekki. Hann er ekki nærri eins bjartur og Júpíter en samt er tiltölulega auðvelt að koma auga á hann í stjörnuskaranum. Til að finna hann og aðrar reikistjörnur getur verið gott að styðjast við Almanak Háskóla Íslands eða stjörnukort sem sýnir stöðu reikistjarnanna í hverjum mánuði (t.d. í tímaritum eins og Sky&Telescope og Astronomy). Korti­ hÚr til hli­ar sřnir st÷­u Sat˙rnusar ß himninum frß haustinu 2005 til vorsins 2007.

Með litlum stjörnusjónauka, eða jafnvel góðum handsjónauka, má greina hringina og stærri tungl kerfisins, þar á meðal stærsta tunglið Títan. Satúrnus er án nokkurs vafa eitt fegursta fyrirbæri himinsins og í hvert skipti sem einhver sér hann í fyrsta sinn í gegnum sjónauka leynir aðdáunin sér ekki enda er þar á ferð Hringadróttinn sjálfur í öllu sínu veldi.

HÚr er mj÷g frˇ­leg grein eftir Bj÷rn Jˇnsson: äA­ sko­a Sat˙rnusô.

Könnun Satúrnusar

Cassini-geimfarið sem nú kannar Satúrnus og tungl hans.

Fjögur geimför hafa heimsótt Satúrnus. Fyrst í röðinni var Pioneer 11 sem flaug framhjá Satúrnusi árið 1979. Í kjölfarið sigldu Voyager-förin tvö og áttu myndirnar frá þeim engan sinn líka á sínum tíma. Með þessum heimsóknum varð bylting í þekkingu okkar á þessari stórkostlegu reikistjörnu. Nú berast stöðugt nýjar fregnir af Satúrnusi eftir að Cassini-Huygens geimfarið tók að sveima umhverfis reikistjörnuna. Því má búast við að mikið bætist við þekkingu okkar á Satúrnusi og tunglunum á næstu misserum.

Samanburður á Júpíter og Satúrnusi

Satúrnus líkist á marga vegu stóra bróður sínum, Júpíter. Báðir hnettirnir snúast mishratt eftir því við hvaða breiddargráðu er miðað. Fyrirbæri við miðbaug snúast því hraðar en við pólana og þannig ná hnettirnir að „vinda upp á sig“. 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 Júpíters og Satúrnusar sýnir okkur að innviðir hnattanna séu úr gasi eða vökva og að þeir séu ekki gegnheilir eins og jörðin og innri reikistjörnurnar.

Efnasamsetning lofthjúpa beggja hnattanna er einnig svipuð. Litrófsmælingar á Satúrnusi gerðar frá jörðu, sem og gögn frá gervihnöttum, staðfesta að Satúrnus býr yfir vetnisríkum lofthjúpi með snefil af metani, ammóníaki og vatnsgufu, líkt og Júpíter. Þar að auki skiptist lofthjúpurinn líklega í þrjú skýjalög líkt og við Júpíter. Efst er lag úr frosnum ammóníakskristöllum, miðlagið er úr kristallablöndu ammóníaks og vetnis og neðst er lag úr vatnsískristöllum.

En þótt lofthjúpur gasrisanna sé svipaður að gerð og uppbyggingu eru Júpíter og Satúrnus á engan hátt líkir í útliti. Ský Satúrnusar skortir litbrigðin sem ský Júpíters hafa. Engu að síður sjást dauf belti og í lofthjúpi Satúrnusar á bestu myndunum sem teknar hafa verið af reikistjörnunni.

Á Satúrnusi er enginn risavaxinn og langlífur stormur á borð við Rauða blettinn á Júpíter. Stöku sinnum sjást þó stærðarinnar stormar í lofthjúpi Satúrnusar, sem standa yfir í nokkra daga eða mánuði. Gott dæmi um þetta sést á mynd sem Hubblesjónaukinn tók árið 1994. Þar sést stór hvítur blettur sem birtist við miðbaug Satúrnusar. Um tuttugu stórir hvítir blettir hafa sést á Satúrnusi síðustu tvær aldirnar.

Útlitsmunur Satúrnusar og Júpíters stafar af ólíkum massa reikistjarnanna. Aðdráttarkraftur Júpíters þjappar þremur skýjalögum í 75 km breitt svæði í efri hluta lofthjúpsins. Satúrnus er massaminni en Júpíter og þar af leiðandi er aðdráttarkrafturinn veikari og því þjappast skýin ekki jafn mikið saman. Í Satúrnusi raðast þrjú skýjalög á nærri 300 km breitt svæði. Litirnir í skýjum Satúrnusar eru ekki jafn greinilegir og hjá Júpíter þar sem þokukenndur lofthjúpurinn hylur dýpri lögin að hluta.

Vísindamenn geta mælt vindhraðann í efri hluta lofthjúpsins með því að fylgjast með kennileitum í skýjunum. Líkt og í lofthjúpi Júpíter eru austan- og vestanvindar ráðandi í efri hluta lofthjúpsins. Hins vegar er miðbaugsvindurinn við Satúrnus miklu sterkari en hjá Júpíter. Vindhraðinn við miðbaug Satúrnusar nær allt að 500 m/s, sem er næstum 2/3 af hljóðhraðanum í lofthjúpi reikistjörnunnar. Ekki er vitað fullkomlega hvers vegna vindarnir eru svona sterkir.

Léttari en vatn

Sem fyrr segir er meðaleðlismassi Satúrnusar 0,7 g/cm3 sem er minni en eðlismassi vatns. Í raun gæti Satúrnus flotið á vatni ef hægt væri að finna nógu stórt baðker og fylla það af vatni! Svo lágur eðlismassi bendir til að Satúrnus sé aðallega úr vetni og helíum. Minni massi Satúrnusar, innan við þriðjungur af massa Júpíters, þýðir að þar er veikari aðdráttarkraftur til að þjappa gasinu saman og útskýrir það lágan eðlismassa Satúrnusar.

Satúrnus er líka pólflatasta reikistjarna sólkerfisins. Þvermál reikistjörnunnar við miðbaug er 10% meira en þvermálið við pólana. Ástæðan er trúlega hraður möndulsnúningur og massadreifing innan reikistjörnunnar. Nákvæmir útreikningar benda til þess að um 26% af massa Satúrnusar sé í kjarnanum.

Massamikill kjarni og lágur eðlismassi Satúrnusar þýðir að hratt dregur úr eðlismassanum eftir því sem utar dregur frá kjarnanum. Þetta bendir til að innri bygging Satúrnusar líkist innri byggingu Júpíters: bergkjarni umvafinn möttli úr fljótandi málmvetni, sem síðan er umlukinn lagi úr fljótandi vetnissameindum. Möttli Satúrnusar svipar þannig til möttuls Júpíters.

Segulsvið

Talið er að segulsvið Satúrnusar eigi uppruna sinn að rekja til möttulsins líkt og hjá Júpíter. Segulsviðið er þó nokkuð veikara en hjá Júpíter, að líkindum vegna örlítið hægari möndulsnúnings Satúrnusar og miklu minna magns af fljótandi málmvetni.

Segulhvolfið utan við Satúrnus inniheldur mun færri hlaðnar agnir en segulhvolf Júpíters. Fyrir því eru tvær ástæður. Í fyrsta lagi er Satúrnus ekki með neitt tungl eins og Íó, sem sendir efni í tonnatali inn í segulhvolf Júpíters á hverri sekúndu frá eldgosum á yfirborðinu en auk þess draga ísagnir hringjanna í sig hlaðnar agnir. Hlöðnu agnirnar í segulhvolfinu raðast í geislabelti sem svipar til Van Allen-beltanna í segulhvolfi jarðar.

Orkuútgeislun gasrisanna

Bæði Júpíter og Satúrnus senda frá sér meiri orku út í geim en þær fá frá sólinni. Það þýðir að báðar reikistjörnurnar búa yfir eigin orkuuppsprettu. 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 og þessi orka sloppið út á formi innrauðrar geislunar.

Satúrnus sendir frá sér þrisvar sinnum meiri orku en hann fær frá sólinni, en Júpíter sendir frá sér tvisvar sinnum meiri orku. Þar sem Satúrnus er smærri en Júpíter ætti hann að hafa geislað innri varma sínum hraðar frá sér en stóri bróðir. Einnig ætti Satúrnus að hafa búið yfir minni varma en Júpíter í upphafi. Skýringin á þessu er óþekkt en vonandi veitir Cassini-geimfarið okkur einhver svör við þessum áleitnu spurningum.

Helíumregn

Satúrnus er mestmegnis úr vetni og helíum og hefur mjög lágan eðlismassa, aðeins 2/3 af eðlismassa vatns. Talið er að kjarninn sé blanda íss og bergs, álíka massamikill og jörðin. Þar fyrir ofan er að finna fljótandi lag úr vetnismálmi, sem líklega er þynnra en í Júpíter. Fyrir ofan er lag úr fljótandi vetni, líklega þykkara en í Júpíter. Efst er síðan lofthjúpurinn sem samanstendur úr þremur lögum: ammóníakslagi; blöndu ammóníaks, vetnis og súlfíðs og svo vatnsgufu. (NASA/JPL)

Annað atriði sem hefur valdið stjörnufræðingum heilabrotum er lítill styrkur helíums í lofthjúpi Satúrnusar. Áður en lagt var upp í Voyager-leiðangrana töldu stjörnufræðingar að Júpíter og Satúrnus hefðu svipaða efnasamsetningu og upprunalega sólkerfisþokan, þ.e. að frumefnin í þeim væru í svipuðum hlutföllum og í sólinni. Báðar eru reikistjörnurnar nógu massamiklar og kaldar til að hafa haldið öllu gasinu sem var í upphaflegu sólkerfisþokunni. Niðurstöður úr Voyager og Galíleó-leiðöngrunum sýna að Júpíter hefur mjög svipaða efnasamsetningu og sólin. Ef miðað er við massa er hann 80% vetni, 19% helíum og 1% úr öðrum efnum. Samkvæmt upplýsingum frá Voyager hefur lofthjúpur Satúrnusar mun minna helíum en búist var við. Miðað við massa er efnasamsetning lofthjúpsins 88% vetni, 11% helíum og 1% önnur efni.

Þegar rannsóknir hófust fyrir alvöru á Satúrnusi með Voyager-leiðöngrunum kom fram kenning sem útskýrir bæði varmaútgeislunina og lágan styrk helíums í lofthjúpi Satúrnusar. Samkvæmt henni kólnaði Satúrnus hraðar en Júpíter og hratt af stað ferli sem svipar til rigningar á jörðinni. Í lofthjúpi jarðar þéttist raki í regndropa þegar loftið er nógu svalt og fellur til jarðar. Í Satúrnusi eru það hins vegar helíumdropar sem rignir hægt og rólega niður í átt að kjarnanum. Þegar helíumdroparnir falla umbreytist þyngdarstöðuorka þeirra í varmaorku sem að lokum geislar út frá Satúrnusi.

Lítið er um helíum í efri hluta lofthjúpsins af þeirri ástæðu að það hefur fallið niður á við í reikistjörnunni. 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 frá þeim tíma.

Hringarnir

Satúrnus er vitaskuld frægastur fyrir sína mikilfenglegu hringa. Frá jörðu sjást tveir áberandi hringar í gegnum stjörnusjónauka (A og B hringarnir) og einn daufari (C). Í gegnum sjónauka sést greinilegt bil milli A- og B-hringjanna sem nefnist Cassini-eyðan og í ytri hluta A-hringsins er smærra bil sem nefnist Encke-eyðan. Hér er hægt að fræðast betur um hringi Satúrnusar.

Tunglin

Umhverfis Satúrnus gengur að minnsta kosti 31 tungl og er Títan þeirra stærst. Það er jafnframt næststærsta tungl sólkerfisins á eftir Ganýmedesi við Júpíter og stærra en reikistjörnurnar Merkúríus og Plútó. Satúrnus hefur auk þess mörg önnur smærri „ístungl“, allt frá Enkeladus, þar sem sjá má ummerki mikilla hamfara á yfirborðinu, til Japetusar, sem hefur eitt hvelið dökk en hitt ljóst.

Satúrnus í tölum

Meðalfjarlægð frá sólu: 1.429.000.000 km = 9,554 SE*
Mesta fjarlægð frá sólu: 1.509.200.000 km = 10,085 SE
Minnsta fjarlægð frá sólu: 1.350.000.000 km = 9,025 SE
Miðskekkja brautar: 0,056
Meðalbrautarhraði: 9,7 km/s
Umferðartími: 29,42 ár
Snúningshraði: 10 klst 13 mín 59 sek við miðbaug
Möndulhalli: 26,73°
Brautarhalli: 1,30°
Þvermál: 120.536 km um miðbaug
108.728 km um pólana
Þvermál (jörð=1): 9,449 um miðbaug
8,523 um pólana
Massi: 5,685 x 1026 kg
Massi (jörð=1): 95,16
Eðlismassi: 0,69 g/cm3
Þyngdarkraftur við yfirborð (jörð=1): 1,1
Lausnarhraði: 35,5 km/s
Meðalhiti efst í lofthjúpnum: -180°C

Skýringar:

*SE=stjarnfræðieining: Meðalfjarlægð frá sólu til jarðar (u.þ.b. 150 milljón km)

Myndir

Jörðin, Júpíter, Satúrnus, Úranus og Neptúnus

Á þessari samsettu mynd sést glöggt stærðarmunurinn á jörðinni og gasrisunum. Myndirnar af risareikistjörnunum tók Voyager 2 á leið sinni um sólkerfið. Satúrnus er um tíu sinnum stærri en jörðin að þvermáli og 95 sinnum massameiri. (NASA/JPL)

Fylgitungl Satúrnusar og uppbygging hringjanna

Á þessari mynd sjást hringir og tungl Satúrnusar í næstum réttum stærðarhlutföllum. (David Seal/NASA/JPL)

Hringar Satúrnusar á rönd

Hubblesjónaukinn tók þessar myndir af hringum Satúrnusar á rönd þann 22. maí 1995, þegar Satúrnus var í um 1,5 milljarða km fjarlægð frá jörðu. Svona lítur Satúrnus út á um 14 ára fresti þegar þeir sjást á rönd.

Þegar efsta myndin var tekin var jörðin fyrir ofan upplýstu hlið hringanna. Vinstra megin við Satúrnus sjást tunglin Teþýs og Díóna og í kassanum er Janus bjarti punkturinn og Pandóra við vinstri brún kassans.

Myndin í miðjunni var tekin á svipuðum tíma og jörðin skar hringaflötinn. Hringirnir eru þá 75% daufari en á efstu myndinni, en hverfa ekki alveg því þeir endurvarpa enn örlitlu sólarljósi. Rhea er vinstra megin við Satúrnus, Enkeladus er bjarta tunglið hægra megin í hringjunum og Janus er daufi bletturinn til hægri. Pandóra er vinstra megin við Enkeladus en ósýnileg því Enkeladus er of bjartur.

Neðsta myndin var tekin um 96 mínútum á eftir myndinni í miðjunni, eða sem svarar einni hringferð Hubblesjónaukans um jörðu. Hringirnir eru nú 10% bjartari en á myndinni í miðjunni. Rhea sést rétt yfir austurbrún Satúrnusar og varpar skugga á suðurhliðina. (NASA/Hubblesjónaukinn)

Árstíðasveiflur á Satúrnusi

Hubblesjónaukinn 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. (NASA/Hubblesjónaukinn)

Litið til baka á Satúrnus

Voyager 1 tók þessa mynd af Satúrnusi úr 5,3 milljón km fjarlægð þann 16. nóvember 1980, fjórum dögum eftir að hann fór framhjá reikistjörnunni. (NASA/JPL)

Satúrnus með Norræna sjónaukanum (NOT)

Þessi mynd af Satúrnusi er tekin úr Norræna stjörnusjónaukanum sem staðsettur er í um 2500 metra hæð á eynni La Palma í Kanaríeyjaklasanum. Sjónaukinn er fjármagnaður af öllum Norðurlöndunum og á Háskóli Íslands 1% hlut í honum. (ę Nordic Optical Telescope)

Kort af Satúrnusi

Þetta kort gerði stjörnuáhuga- og geimlistamaðurinn Björn Jónsson. Kortið er einfalt sívalningskort þar sem breiddargráðurnar eru samfelldar frá -90┴ (neðst) til 90┴ (efst). Kortið var búið til úr um 40 myndum sem Voyager 1 og 2 geimförin tóku úr 20 milljón og 14 milljón km fjarlægð. (ę Björn Jónsson)



Til baka á forsiðu

Opna Stjörnufræðivefinn í nýjum glugga  
Til baka á forsiðu

Sólkerfið

Meira um Satúrnus

A­ sko­a Sat˙rnus

Cassini-leiðangurinn

Títan

Hringar Satúrnusar

Slóðir á aðra vefi