Fizika | Csillagászat, űrkutatás » A Szaturnusz

A Szaturnusz 1. A Név eredete Szaturnusz az egyik legősibb római isten. A vetés, a vetőmag istene, a könyörtelen idő jelképének tekintették. A görög mitológiabeli titánnal, Kronosszal azonosították; aki apját Uránoszt megcsonkítva, feleségül véve saját leánytestvérét Rheiát került az égi trónra; és akinek azt jósolták, hogy egyik fia fogja megfosztani a trónjától. Ezért valamennyi gyermekét alighogy megszülettek sorjában lenyelte, így akarván elkerülni a jóslat beteljesülését. Rheia azonban kijátszotta Kronoszt: megszülte legkisebb fiát Zeuszt, de egy bepólyázott követ adott át férjének. Zeuszt egy Kréta szigeti barlangban felnevelték, majd felnőve legyőzte apját, megmentette testvéreit. 2. A bolygó általános jellemzése A Szaturnusz 9,5 csillagászati egységnyi, azaz 1462 millió km távolságra van a Naptól, tehát majdnem kétszer olyan messze van, mint a Jupiter. Már a régiek is tudták, hogy messze van, mert

feltűnően lassan mozog az égen a többi ismert bolygóhoz képest. A Szaturnusz pályája –akár a többi óriásbolygóé- csak kis mértékben excentrikus. A pálya excentricitása ugyanis csak 0,056 Pályáját 29,5, kereken 30 év alatt futja be, ebből következik, hogy egy év alatt 12°-ot fut be. Sebessége 965 km/sec, ha a Föld sebességét egynek vesszük akkor a Szaturnuszé csak 0,325. Egyenlítői kerülete 354000 km, felszíne kereken 40000 millió km2. Tömege 95-ször, térfogata 750-szer (824000 millió km3) múlja felül a Föld tömegét ill. térfogatát Ebből az következik, hogy sűrűsége jóval kisebb, mint a Földé Ha a Földet ill. a vizet vesszük egységnek, akkor az általunk vizsgált bolygó sűrűsége csak 0,13 ill. 0,71 Tehát a Szaturnusz még a víznél is ritkább, feltehetőleg hidrogénből és héliumból áll csakúgy, mint a Jupiter. Ezt régebben azzal magyarázták, hogy a bolygó nagymennyiségű hőt tárol magában ezért majdnem

teljes egészében gáznemű halmazállapotban van. Eme feltevést megdöntötték a hőmérsékletmérések. Ugyanis a bolygót igen vastag légkör borítja, és ez csökkenti a sűrűség értékét, másfelől a Szaturnusz szilárd magjában is erősen nő a sűrűség a középpont felé, vagyis erős a középpont körüli koncentrálódás. A bolygó szerkezetével Wildt foglalkozott részletesebben. Számításai szerint a Szaturnusz felépítése rokonságban van a Jupiterével, csak az a különbség, hogy a Szaturnusz belső magja jóval. 3. Tengelyforgás és lapultság Mint általában az óriásbolygók a Szaturnusz is gyorsan forog a tengelye körül. Egy fordulatot 10 óra 2 perc alatt tesz meg. Egyenlítői pontjai másodpercenként 10 km-t haladnak. A bolygó tengelyforgási idejét a rajta levő felszíni alakzatok segítségével határozták meg. Sikerült azt is megállapítani, hogy a különböző zónák különböző szögsebességgel forognak. A zónák

forgási ideje között akár 20-25 perc is lehet az eltérés. A gyors tengelyforgás következménye, hogy a bolygó igen erős mértékben lapult. Mivel egyenlítői átmérője 120800, sarki átmérője pedig 108100 km, ebből kiszámítható, hogy lapultsága 1/10 ( a Jupiteré 1/15, a Földé 1/300). 4. A Szaturnusz fényessége Szembenálláskor közepes fényességű, ha nem vesszük figyelembe a gyűrű fényességét, 0,79 magnitúdó. Tehát a bolygó, mint egy első nagyságrendű csillag ragyog a Föld égboltján. Viszont összfényességét nagyban emelheti a gyűrű látszólagos vastagságának növekedése. A bolygó és a gyűrű összfényessége oppozícióban elérheti a 0,4 magnitúdó értéket is. A Naptól távolabb lévő bolygók a Földtől számított távolság változása következtében kisebb mértékben változtatják látszó fényességüket, mint a belső bolygók. Ezért tűnt fel a régieknek is, hogy a Szaturnusz fényessége meglehetősen

egyenletes. 5. Légkör A Szaturnusz színképében széles, intenzív elnyelési vonalak találhatók, melyek azt bizonyítják ,hogy ezt a bolygót is légkör borítja, ugyanígy a színkép szerint ez a légkör –150, -180°C-os. A vizsgálatok szerint ez jóval vastagabb, mint a Jupiteré. NH3 és CH4 ködcsepp vagy fagyott kristály alakjából áll A bolygó belseje felé egyre ő a H részaránya. Feszenkov számításai szerint a Szaturnusz légköre olyan sűrű, hogy tömege majdnem egyenlő a bolygó belső szilárd magjának a tömegével. Hasonlóan a Jupiterhez a Szaturnusz kétszer annyi hőt bocsát ki, mint amennyi a bolygóra érkezik. Mivel a Szaturnusz kisebb tömegű, mint a Jupiter, sokkal gyorsabban hűlt le, ami lehetővé tette, hogy a hélium cseppecskék formájában kicsapódjon. Ez esőszerűen lehull a bolygó belsejében, miáltal a légkör héliumban elszegényedik, a belső rész viszont felmelegszik. Valószínűleg ez lehet a nagyobb

hőkibocsátás oka. 6. Felszíni alakzatok A Szaturnusz felszínén különböző színű foltok és az egyenlítőjével párhuzamos sávok figyelhetők meg. Ezek alapján tudták meghatározni a bolygó tengelyforgási idejét. Megállapították azt is, hogy ezek a képződmények a tengelyforgástól függetlenül is változtatják időnként a helyüket és alakjukat. Nyilvánvaló tehát, hogy ezek is légköri képződmények. Bár a vizsgálatok azt bizonyítják, hogy a Szaturnuszon nincs olyan heves tevékenység, mint a Jupiteren, időnként feltűnik egy-egy nagyobb fehér folt a légkörben melyeknek méretei nagyságrendileg majdnem megegyeznek a Jupiter Nagy Vörös foltjával. Feltűnő, hogy a Szaturnusz egyes foltjai bizonyos periodicitást mutatnak. A jelenséget 1793-ig visszamenőleg vizsgálták és ennek alapján több kutató is egy 28 éves szakaszosságot vélt felfedezni. Melynek talán egyik magyarázata lehet, hogy a sűrű felhőzet időnként

felszakadozik és betekintést enged a mélyebben lévő, a fényt jobban visszaverő rétegekbe. A Szaturnusz mágneses tere erős, és mágneses mezejének tengelye 1 fokos szögben hajlik a forgástengelyéhez. 7. „A Szaturnusz gyermekei” A Szaturnusz gyűrűit elsőként Galilei figyelte meg 1610-ben. Kezdetleges távcsöveivel azonban még nem tudta megállapítani valódi szerkezetüket. Ő még úgy gondolta, hogy Szaturnusz három, egymáshoz nagyon közel keringő bolygóból álló rendszer (melyek közül a középső mintegy háromszor akkora méretű, mint a két oldalsó), s néhány évvel később amikor a Föld áthaladt a gyűrűk síkján, a szem elől tévesztette a két "kísérőt", Galilei egy ősi mítoszt idézett fel, panaszosan megkérdezve: "Vajon a Szaturnusz lenyelhette gyermekeit?" Több mint negyven esztendőnek kellett még eltelnie addig, amíg egy holland csillagász, Huygens megadta a gyűrűk pontos leírását (1655). A

gyűrűk különálló részecskékből épülnek fel, amelyek mind önállóan keringenek a bolygó körül a Kepler törvényeknek megfelelően, ezért a gyűrűrendszer külső része a leglassabban, míg a belső része a leggyorsabban mozog. A Szaturnusz fényes gyűrűi élesen különböznek a Jupiter és az Uránusz sötétebb rendszereitől. 1675-ben Cassini olasz csillagász sötét rést talált a fő gyűrűben. A rést mindaddig üresnek tartották, míg az első űrszondák meg nem jelentek a Szaturnusz mellett, ám ekkor kiderült, hogy a Cassini-féle résen belül számos, elemi gyűrűkből álló rendszer található. (A Szaturnusz holdjainak gravitációs ereje hatással van a gyűrűrendszerben keringő részecskékre, ennek hatására jött létre a Cassini-rés.) Roche 1850-ben kimutatta, hogy a bolygókhoz túlságosan közel keringő holdak szétmorzsolódnak a gravitációs erők hatására, mivel a bolygóhoz közelebbi részei gyorsabban akarnak keringeni,

mint a távolabbiak. Ha a hold is és a bolygó is ugyanolyan sűrűségű anyagból épül fel, akkor ez a "veszélyzóna" a bolygó középpontjától 2,44 bolygósugárnyi távolságban húzódik. A Szaturnusz legbelső ismert holdja a Mimas e kritikus távolságon kívül van ugyan, de a gyűrűk teljes egészükben azon belül helyezkednek el. Elképzelhető, hogy a gyűrűrendszer valaha a bolygó egyik holdja volt, amely széttöredezett, vagy talán olyan anyagból keletkezett, amelynek a bolygórendszer születése óta sohasem volt lehetősége arra, hogy nagyobb égitestté álljon össze. 8. A gyűrűrendszer szerkezete Földi távcsöveken át szemlélve a Szaturnusz gyűrűrendszerét hosszú ideig három külön összetevőből álló rendszernek ismerték. A legkülső gyűrű volt az A gyűrű, melyet a 4000 kilométeres Cassini-rés választott el a legfényesebb B gyűrűtől, a legbelső pedig a bolygó korongjához képest halványnak, átlátszónak

tűnő C gyűrű (Fátyolgyűrű). A Földről különálló gyűrűnek látszó részeket a résektől csak a bennük található sokkal több vékony gyűrű (elemi gyűrű) különbözteti meg. Az újabban ismert gyűrűk: A D gyűrű különösen halvány ,a Cassini-rés nem üres, hanem több elemi gyűrűt tartalmaz ,az F gyűrű pedig számos egyenként nagyjából 10 km szélességű, összefonódó pászmából áll. Az F gyűrűt felépítő részecskéket két terelőhold, a Pandora és a Prometheus gravitációs hatása rendezte keskeny szálakba. Név/jelölés A gyűrű belső és külső peremének távolsága a bolygó középpontjától (km) Dollfus-féle gyűrű G gyűrű E gyűrű F gyűrű Encke-féle rés A gyűrű Cassini-féle rés B gyűrű C gyűrű D gyűrű ? ? 150000 140160 131600 121800 117000 93000 72600 60000 204000 153000 300000 (?) 142260 132476 137520 121800 117000 88800 6860 9. A gyűrűk fényessége Ha valaki a bolygóról szemlélhetné a

gyűrűt, tiszta légkör esetén úgy látná, mint egy különböző sárga színárnyalatokból álló, a két széle felé kissé halványodó szivárványt. Az A, B és C gyűrűk fényessége eléggé különböző, de egyazon gyűrűn belül a fényesség nem változik. Ebből arra következtethetünk, hogy a 3 gyűrű meteoranyaga méreteiben különbözik egymástól, de egy gyűrűn belül nagyjából azonos. A legfényesebb a B gyűrű, az A gyűrű már jóval halványabb, míg a C (fátyol) gyűrű igen gyenge fényű és csak erősebb távcsővel lehet látni. A B gyűrű fényessége párját ritkítja az egész Naprendszerben. Albedója ugyanis 0,8. ezt a nagy fényességet eddig még nem sikerült elfogadható módon megmagyarázni. Annyi azonban bizonyos, hogy a válasz a gyűrű fizikai szerkezetében rejlik. Tudjuk ugyanis, hogy az egész gyűrűrendszer fényességét nagyban emeli az a tény, hogy számtalan meteordarabból áll. Ha összefüggő szilárd tömeg

lenne, összehasonlíthatatlanul kevesebb fényt sugározna róla felénk. Talán mondani sem kell, hogy a fény amit a térbe sugároznak, nem más, mint visszavert napfény. Meg kell említeni azt is, hogy a színképvizsgálatok tanúsága szerint a gyűrű fényvisszaverő képessége közel áll a Mars jégsapkáinak visszaverő képességéhez. Ebből következi, hogy egyes meteordarabokat jégréteg borít, illetve jégből állnak. 10. A gyűrűrendszer helyzete A gyűrűrendszer a bolygó egyenlítői síkjában fekszik. Mivel a Szaturnusz egyenlítője 26°45`-es szög alatt hajlik az elliptikai síkjához, ugyanígy hajlik a gyűrűrendszer is. Ebből következik, hogy 15 éven át felülnézetben, a következő 15 éven át alulnézetben látjuk a gyűrűt, amely közben kétszer az élével fordul felénk. Mivel a gyűrű éle mindössze 15 km vastag, a nagy távolság miatt csak a leges-legeslegnagyobb felbontású távcsővel látható egy kicsit. Amikor a gyűrű a

megfigyelés szempontjából a legkedvezőbb helyzetben van, olyan ellipszisnek látszik, amelynek a nagy tengelye kb. kétszer hosszabb a kis tengelyénél. Időnként megtörténik, hogy a gyűrű ráveti árnyékát a bolygóra, amely sötét árnyéksáv alakjában vonul végég a bolygó felszínén. 11. A Szaturnusz holdjai Szaturnusz 18 holdjának van neve, több holdja van mint bármelyik más bolygónak. Biztos azonban, hogy további kisméretű holdak várnak felfedezésre Távolság Hold (000 km) Pan 134 Atlas 138 Prometheus 139 Pandora 142 Sugár (km) 10 14 46 46 Tömeg (kg) ? ? 2.70e17 2.20e17 Felfedező Showalter Terrile Collins Collins Dátum 1990 1980 1980 1980 Epimetheus Janus Mimas Enceladus Tethys Telesto Calypso 151 151 186 238 295 295 295 57 89 196 260 530 15 13 5.60e17 2.01e18 3.80e19 8.40e19 7.55e20 ? ? Walker Dollfus Herschel Herschel Cassini Reitsema Pascu 1980 1966 1789 1789 1684 1980 1980 Hold Dione Heléné Rhea Titán Hyperion Iapetus Phoebe

Távolság (000 km) 377 377 527 1222 1481 3561 12952 Sugár (km) 560 16 765 2575 143 730 110 Tömeg (kg) 1.05e21 ? 2.49e21 1.35e23 1.77e19 1.88e21 4.00e18 Felfedező Cassini Laques Cassini Huygens Bond Cassini Pickering Dátum 1684 1980 1672 1655 1848 1671 1898 12. Titán Ez a második legnagyobb hold a Naprendszerünkben. Christian Huygens fedezte fel 1655-ben, ugyanabban az évben amikor először írta le helyesen a Szaturnusz gyűrűit. Legfontosabb tulajdonsága, hogy a Naprendszerünkben az egyetlen ismert hold melynek jelentős légköre van. 1908-ban Jose Comas Sola katalán csillagász fedezte fel a légkörét, mely Sir James Jeans számításai szerint elég ritka gázokból áll és a hold méreteihez képest kicsinyek, felszíni hőmérsékletük nagyon alacsony, ezért a gázmolekulák: ammónia, nitrogén, argon, neon és metán mozgása igen lanyha. Fokozott erőfeszítéseket tettek a Titán felszíni hőmérsékletének és nyomásának meghatározására,

továbbá más gázok kimutatására a légkörben, semmi biztosat nem tudtak megállapítani. Az óriáshold első Voyager-1-es képei kissé kiábrándítóak voltak: csak egy sima, egyenletesen vörösesbarna gömböt mutattak, felületi szerkezet nélkül. A légkör sűrű volt és eltakarta a felszínt, de a további kutatások több részletre is fényt derítettek, lehetőség nyílt a felszín megfejtésére. A legérdekesebb eredmény az volt, hogy a felszíni nyomás egy ilyen kis tömegű testhez viszonyítva igen nagy és hőmérséklete –179°C. Amikor a nagy nyomás és a kis hőmérséklet együttes fellépését először megállapították, a kutatók arról álmodoztak, hogy az asztronauták normál földi hajóval a folyékony nitrogénóceánon körülhajózhatják a holdat. De a további vizsgálatok szerint a hőmérséklet nem olyan alacsony, hogy a folyékony nitrogén stabil legyen. Újabban úgy gondolják, hogy a Titán felszínét 1 km mélységig

etán- és metánóceán alkotja. 13. Iapetus Különös égitest. A többi Szaturnusz-holdhoz hasonlóan mindig ugyanazt a felét mutatja az anyabolygójának. Eszerint az egyik oldala előrehaladó, míg a másik követő. Már egész régen Giovanni Dominico Cassininak feltűnt a Iapetus jelentős fényváltozása: csak akkor látta az égitestet amikor az anyabolygója egyik oldalán tartózkodott, a másikon hiába kereste. Később kiderült, hogy a Iapetus követő fele fényes, albedója alapján a fény 50%-át visszaveri, míg az előrehaladó részén az albedó olyan kicsi, hogy még a beeső fény 5%-át se veri vissza. Régen azt hitték, hogy az előrehaladó oldal bepiszkolódik bizonyos űrbéli törmelékektől. De ma már tudva, hogy a Iapetust lényegében jég fedi, szilikát tartalmú lávák nem törhettek elő a belsejéből, mint Holdunkon, és a sötét felületi foltoknak jégből kell állniuk, amelyekben esetleg fekete széntartalmú anyag is van, ez az

anyag hasonlít a meteorokban találhatóakhoz. Ha ez így van akkor csak véletlen, hogy az előrehaladó félgömb a sötét. 14. Rhea és Dione A két hold ránézésre elég hasonló. Egyikük albedója sem mutat feltűnő eltéréseket és mindkettő kráterekkel sűrűn van fedve. A feltevések szerint történetük elég bonyolult. Eleinte erős kráteresők lehettek, ezt felszínt átalakító korszakok követték, majd következett egy lassú, folyamatos, kis becsapódási jelenségeket mutató időszak a mikrometeoritok záporával. 15. Tethys és Mimas A Tethys is és a Mimas is egy-egy egyszeri, különleges nagy becsapódási esemény nyomát őrzi. A Voyager-2 a Tethysen egy nagy, kör alakú sebhelyet mutatott, melynek átmérője majdnem eléri a holdátmérő 2/5-ét. Keletkezése után ennek a becsapódási medencének magas pereme volt, mára azonban elhalványodott. Hogyan ment végbe e felszíni alakzat kisimítása minden szokványos eróziós jelenség híján?

Csak valamilyen lassú lehűlés képzelheő el. A hold jeges belseje ahhoz elég meleg lehetett, hogy kiáradjon, lassan eligazítva a felszín alakját. A Mimas a Thetystől lényegesen különbözik. Valamivel kevesebb, mint 400 km- es átmérője mellett egyetlen látványos, 130 km-es átmérőjű becsapódási krátert mutat. Ez a kráter azonban semmi jelét sem mutatja a kisimulásnak, mind pereme, mind központi csúcsa élesen kirajzolódik. A Mimas nyilván már rég kihűlt, és anyaga merev volt a becsapódás idején. Lehetne-e a kráter nagyobb méretű is? A valószínű válasz: ez az elképzelhető legnagyobb kráter, amely egy ilyen méretű holdon keletkezhetett anélkül, hogy a holdat elpusztította volna. Érdekes feltevés, hogy a Mimas többször elpusztult és újra alakult: egy túl nagy ütközés a holdat ( vagy elődjét) darabokra zúzta, és a törmelék a holdpálya mentén gyűrű alakban szétszóródott. A jeges törmelék fokozatosan újra

összeállt, és a régi darabokból egy új hold született. Ha ez a forgatókönyv helyes, akkor amit ma Mimasnak látunk, csak egy szétzúzott hold legújabb feltámadása. 16. Enceladus Habár csak morzsácska a Naprendszer többi holdjához képest, az Enceladus egyike a legérdekesebb égitesteknek. A Naprendszer legnagyobb fényvisszaverő képességű tagja, felszínét valószínűleg csillogó friss hó vagy jég fedi. A Voyager képei, még a legnagyobb felbontású képek is, becsapódási kráterekről mentes felszínt mutatnak. A felszín tehát egyértelműen nemrég újult meg: amit mi látunk az egy friss fiatal terep. De hogyan történhet ez meg, egy ilyen apró, jégből álló holdon? Ez sem közönséges vulkanizmus nem lehet ,mint a Földön és a Holdon, sem különleges, kén alapú vulkanizmus, mint amilyen az Ión van. Az Ió azonban esetleg mégis megadja a jelenség kulcsát, ugyanis a vulkanizmusát hajtó mechanizmus a közte és az Európa között

ható, igen erős árapályerő, amely ezeket a holdakat összehangolt pályára kényszeríthette a nagy tömegű Jupiter körül. Az Enceladus ehhez hasonlóan dinamikai helyzetben van. 180000 km-rel a Szaturnusz felszíne felett keringve ez a bolygó is összehangolt pályára kényszerült a Dionéval, amelynek keringési ideje éppen kétszer hosszabb az övénél. Továbbá az Enceladus a Janusszal is rezonanciaközelben kering, és lehetséges, hogy mintegy 20 millió évvel ezelőtt a két hold rezonanciában volt. Emiatt az Enceladus pályája vagy tízszer nagyobb ellipticitású lehetett, mint mist, és a Szaturnusz vonzása által ébresztett árapályerő is még nagyobb volt, mint amennyi a mélyebben fekvő részek megolvasztásához szükséges. A belseje egyszerűen vízzé olvad, és ez a repedéseken keresztül a felszínre szivárog. Az elhanyagolhatóan kicsiny felszíni atmoszferikus nyomás hatására minden felszínre került folyadék azonnal felforr,

ezért valószínűleg szökőkútszerűen szétszóródik a térben, kiterjedt területre visszahullva. lehetséges, hogy ez a tevékenység még ma is tart. Az egyik Voyager-felvétel az Enceladus felszíne fölé kitörő, tollbokrétához hasonló alakzatot sejtet, de csak nagyon halványan, a láthatóság határán. Igen valószínű, hogy az Ió után az Enceladus a második hold a Naprendszerben, amelyen működő vulkanizmust találtak. 17. Eljuthat-e ember a Szaturnuszra? 1950-ben, azaz elmélet uralkodott miszerint az űrviszonyok között összeomlik az emberi vérkeringés, ami természetesen az űrhajós azonnali halálát jelenti. A súlytalanság állapotába kerülve valóban komoly alkalmazkodási nehézségek merülnek fel. Pl: általános rosszullét, hányinger Ráadásul a Földön, a nehézségi erő által meghatározott irányhoz szokott, fülben lévő egyensúlyi szerv ebben az állapotban szabadon lebeg, és hamis információkat juttat az agyba.

Szerencsére agyunk hamar képes alkalmazkodni a körülményekhez. A létfontosságú szervek , mint pl. a szív és a gyomor is eltolódnak Hosszabb űrbeli tartózkodásnál megváltozik a vérösszetétel, a szív teljesítménye, változnak az izmok, a csontok, és az emésztés is. Gondokat okozhatnak még a napkitörések és az univerzum mélységéből származó kozmikus sugárzás, valamint az űrszemét is. Egy jó egészséggel bíró és jő erőnlétben lévő asztronauta megfelelő gyógyszerek és testedzés mellett több évig képes lenne az űrben tartózkodni maradandó károsodás nélkül. De ez a több év csak a Marsig tart ki, így a válasz a kérdésünkre: a közeljövőben nem Források: http://www.cabu-szegedhu/local/naprendszer/szatuhtm; Erich Übelacker: Mi micsoda? A bolygók és az űrkutatás, Nürnberg 1993; Dr. Hédervári Péter: A Naprendszeren innen és túl, Bp 1983; Peter Francis: A bolygók, Bp. 1988; Zerinváry Szilárd: A Naprendszer

élete, Bp. 1953; Dr. Marik Miklós és Ponori Thewrewk Aurél: Modern csillagászati világkép, Bp. 1969; Hédervári Péter: Képes csillagvilág, Bp. 1984