Szaturnusz

A Szaturnusz a hatodik bolygó a Naptól számítva, a második legnagyobb a Naprendszerben a Jupiter után. Egyike annak az öt bolygónak, ami a Földről szabad szemmel is látható. A Szaturnusznak látványos, jégből és törmelékekből álló gyűrűrendszere van. Szaturnuszról, a római istenről nevezték el. Jele az isten sarlójának stilizált képe (Unicode: ♄).

Szaturnusz
2008-as felvétel természetes színben
Névadó	Saturn öt elem
Pályaadatok
Epocha	J2000.0
Aphélium távolsága	1 503 983 449 km 10,05350840 CsE
Perihélium távolsága	1 349 467 375 km 9,02063224 CsE
Fél nagytengely	1433,4 millió km 9,582 CsE
Pálya kerülete	8,958 Tm 59,879 CsE
Pálya excentricitása	0,05415
Orbitális periódus	10 757,7365 nap
Sziderikus keringési idő	10 756,1995 nap (29,46 év)
Szinodikus periódus	378,10 nap
Min. pályamenti sebesség	9,137 km/s
Átl. pályamenti sebesség	9,639 km/s
Max. pályamenti sebesség	10,183 km/s
Közepes anomália	317,02°
Inklináció	2,48446° (5,51° a Nap egyenlítőjéhez képest)
Felszálló csomó hossza	113,7153281104°
Központi égitest	Nap
Holdak	82
Fizikai tulajdonságok
Átlagos átmérő	120 536 km
Egyenlítői sugár	60 268 km (a földi 9,449-szerese)
Poláris sugár	54 364 km (a földi 8,552-szerese)
Lapultság	0,09796
Felszín területe	4,27×1010 km² (a földi 83,703-szerese)
Térfogat	8,27×1014 km³ (a földi 763,59-szerese)
Tömeg	5,6846×1026 kg (a földi 95,162-szerese)
Átlagos sűrűség	0,6873 g/cm³ (kevesebb, mint a vízé)
Felszíni gravitáció	8,96 m/s² (0,914 g)
Szökési sebesség	35,49 km/s
Sziderikus forgásidő	0,440023 nap (10h 33m 38s +1m 52s −1m 19s )
Forgási sebesség	9,87 km/s, 35 500 km/h (az egyenlítőnél)
Tengelyferdeség	26,73°
Az égitest északi égi pólusának rektaszcenziója	40,59° (2 h 42 min 21 s)
Az égitest északi égi pólusának deklinációja	83,54°
Albedó	0,47
Felszíni hőmérséklet
Min.	82 K Felszín   Felhők teteje
Átl.	143 K Felszín 93 K Felhők teteje
Max.	Felszín   Felhők teteje
Látszólagos fényesség	1,2 -0,24
Abszolút fényesség	28
Atmoszféra
Felszíni nyomás	140 kPa
Összetevők	>93% hidrogén >5% hélium 0,2% metán 0,1% vízpára 0,01% ammónia 0,0005% etán 0,0001% foszfin
A Wikimédia Commons tartalmaz Szaturnusz témájú médiaállományokat.
WL entity
Sablon • Wikidata • Segítség

A Szaturnusz belső magja valószínűleg vas-nikkel összetételű, a magot fémes hidrogén veszi körül, ezután egy közbülső réteg következik, amit folyékony hidrogén és folyékony hélium alkot, és végül a bolygó külső takarója gázokból áll. A Szaturnusz légkörének halvány-sárgás színezete van, ezt a benne található ammóniakristályok okozzák.

A fémes hidrogénrétegben elektromos áramok folynak, ez kelti a bolygó körüli mágneses mezőt, ami gyengébb, mint a Föld esetében, de mágneses momentuma 580-szor erősebb, a Szaturnusz nagyobb mérete miatt. A Szaturnusz mágneses mezőjének térerőssége egy huszada a Jupiterének.

A külső légkör általában nélkülözi a kontrasztokat, de hosszabb ideig is fennmaradó alakzatok időnként megjelenhetnek rajta. A szélsebesség elérheti az 1800 km/h-t (ez több, mint a Jupiter esetében, de nem olyan nagy értékű, mint a Neptunuszon).

A Szaturnusz legismertebb jellegzetessége a gyűrűrendszere, amit nagyrészt jégkristály, kisebb mértékben sziklatörmelék és kozmikus por alkot. Legalább 82 holdja ismert, ezek közül 53 van hivatalosan elnevezve.

A Titán, a Szaturnusz legnagyobb holdja (a második legnagyobb hold a Naprendszerben) nagyobb, mint a Merkúr bolygó, bár tömege kisebb. Ez az egyetlen olyan hold a Naprendszerben, aminek jelentős légköre van.

Fizikai tulajdonságok

A Szaturnusz légköri sávjai

A Szaturnusz lapított gömb alakú. Az egyenlítői és sarki átmérő majdnem 10%-kal különbözik (120 536, illetve 108 728 kilométer). Ez a nagy sebességű forgás eredménye. A többi gázbolygó szintén lapított, de kisebb mértékben. A Szaturnusz a Naprendszer egyetlen bolygója, melynek sűrűsége kisebb a víznél. Bár a Szaturnusz magja sokkal sűrűbb, mint a víz, az átlagos sűrűsége a gáznemű légkör miatt 0,69 g/cm³. Mágneses tengelye szinte egybeesik a forgástengelyével, ami ellentmond a bolygók mágneses tere kialakulásának, így ez az elmélet módosításra szorul.

Forgástengelye 27°-kal tér el az ekliptikára merőleges egyenestől. Az eltérést a bolygó körül keringő holdak okozzák. Az eltérés a következő pár milliárd évben még tovább fog növekedni. A tengelyferdeség fő oka a legnagyobb hold, a Titán. A holdak egyre távolodnak az anyabolygójuktól, és ez hozzájárul a bolygó tengelyferdeségének kialakulásához, illetve annak növekedéséhez. A ferdeség kialakulásának kezdete mindössze 1 milliárd évvel ezelőttre tehető. A ferdeséghez a Neptunusz bolygó is hozzájárul. A tanulmány készítő két tudós egyike a Párizsi Obszervatóriumban (PSL/CNRS) dolgozik, a másikuk a Sorbonne Egyetemen. A kutatást az Institute of Celestial Mechanics and Ephemeris Calculation intézetben végezték, ami a Párizsi Obszervatórium egyik részlege. A tanulmány 2021. január 18-án a Nature Astronomy szakfolyóiratban jelent meg.

A Szaturnusz belső szerkezete hasonlít a Jupiterhez, egy sziklás mag a központban, felette egy folyékony fémes hidrogénréteg, kívül pedig egy molekuláris hidrogénréteg. A Szaturnusz belsejének hőmérséklete a magnál eléri a 11 700 °C-ot, és emiatt a bolygó több energiát sugároz vissza az űrbe, mint amennyit a Naptól kap. Az energiakülönbség legnagyobb részét a Kelvin-Helmholtz folyamat (lassú gravitációs kompresszió) hozza létre, de ez egyedül nem lehet elegendő, hogy megmagyarázza a Szaturnusz teljes hőtermelését. Egy másik elmélet feltételezi, hogy a bolygó belsejében a folyékony hidrogénben lassan lesüllyedő hélium hőenergiát szabadít fel.

A Szaturnusz hőmérséklete -140 és -180 Celsius fok között váltakozik.

A Szaturnusz légköre a Jupiterhez hasonló sávos felépítésű, de a Szaturnusz sávjai sokkal halványabbak és sokkal szélesebbek az egyenlítő közelében. A Szaturnusz szelei a Naprendszerben a leggyorsabbak közé tartoznak. A Voyager adatok szerint elérhetik az 1800 km/h-t. A Szaturnusz halványabb felhőmintázatát a Voyager küldetésekig nem láthattuk. Azóta a földi teleszkópok már annyit fejlődtek, hogy rendszeres megfigyeléseket végezhetnek.

A Szaturnusz általában nyugodt légköre néha hosszú életű oválisokat és más jellemzőket mutat. 1990-ben a Hubble űrtávcső egy óriási fehér felhőt figyelt meg az egyenlítő közelében, amely a Voyager megközelítések idején még nem volt meg. Az 1990-es vihar ún. Nagy Fehér Folt volt, egy egyedülálló, de rövid életű jelenség, durván 30 éves periódussal. Nagy Fehér Foltokat korábban 1876-ban, 1903-ban, 1933-ban, és 1960-ban figyeltek meg. A periódust követve egy másik vihar 2020 körül fog kialakulni.

Az északi póluson egy mintegy 25 000 km széles, közel szabályos hatszög alakú légköri képződmény található, amit még az 1980-as években figyeltek meg először. Jellegzetességét közel szabályos alakja és az adja, hogy együtt forog a bolygóval. Peremén futóáramlás figyelhető meg. Belsejében sötétebb a légkör. Kiterjedése és kialakulása pontosan még nem ismert.

Gyűrűk

A Szaturnusz gyűrűi a Cassini űrszonda felvételén

A Szaturnusz főleg a gyűrűrendszeréről ismert, amely az egyik leglátványosabb objektum a Naprendszerben. A főbb gyűrűk nevei: D, C, B, A, F, G és E (a bolygótól való távolság függvényében).

Történet

A gyűrűket először Galileo Galilei figyelte meg távcsövével 1610-ben, de nem tudta azonosítani őket. Azt írta, "a bolygó nincs egyedül, hanem három részből áll, amelyek majdnem érintik egymást és soha nem mozdulnak el egymáshoz képest". 1612-ben a gyűrűk síkja közvetlenül a Föld felé irányult és a gyűrűk látszólag eltűntek, majd 1613-ban újra megjelentek.

1655-ben Christiaan Huygens volt az első, aki felvetette, hogy a Szaturnuszt egy gyűrű veszi körbe. Egy, a Galiliénál fejlettebb távcsövet használva Huygens megfigyelte a Szaturnuszt, és azt írta: "a Szaturnuszt egy vékony, széles gyűrű veszi körbe, amely sehol nem érinti".

1675-ben Giovanni Domenico Cassini megállapította, hogy a Szaturnusz gyűrűjét valójában több kisebb gyűrű és a köztük lévő rések alkotják; a legnagyobb ilyen rést később Cassini-résnek nevezték el.

1859-ben James Clerk Maxwell bebizonyította, hogy a gyűrűk nem lehetnek egy tömbből, és felvetette, hogy apró részecskéből állnak, melyek egymástól függetlenül keringenek a bolygó körül. Maxwell elméletét 1895-ben bizonyították be a gyűrűkről végzett spektroszkópos megfigyelésekkel, amelyeket James Keeler végzett a Lick Obszervatóriumban.

Fizikai tulajdonságok

A gyűrűket már kisebb távcsővel is meg lehet figyelni. 6630 és 120 700 kilométer magasságban találhatók a Szaturnusz egyenlítője fölött. Vastagságuk mindössze 10 m körüli, helyenként azonban 4 km-es magasságot elérő hullámok találhatók benne. Főleg kőzetekből, vas-oxidból és jégrészecskékből állnak, melyek mérete a porszemtől a kisebb személygépkocsiig terjed.

Két fő elmélet létezik a Szaturnusz-gyűrűk eredetének magyarázatára. Az egyik elmélet, amelyet eredetileg a 19. században Édouard Roche javasolt az, hogy a gyűrűk egyszer a Szaturnusz egyik holdját alkották, melynek pályamagassága annyira lecsökkent, hogy a bolygó közelében az árapályerők miatt széthullott (lásd Roche-határ). Ennek az elméletnek egy változata, hogy a hold egy nagy üstökössel vagy aszteroidával való ütközés miatt hullott szét. A második elmélet szerint a gyűrűk soha nem képezték egy hold részét, hanem az eredeti csillagközi anyagból maradtak meg, amelyből a Szaturnusz kialakult. Ezt az elméletet széles körben ma már nem fogadják el, mióta a gyűrűkről úgy tudják, néhány millió éves időszakon túl instabilak, tehát viszonylag új eredetűek lehetnek.

Míg a legnagyobb gyűrűrések, mint például a Cassini-rés vagy az Encke-rés, a Földről is megfigyelhetők, a Voyager szondák felfedezték, hogy a gyűrűket több ezer kisebb gyűrű és vékony rések bonyolult szerkezete alkotja. Ez a szerkezet a Szaturnusz-holdak gravitációs vonzásából származik.

A Cassini űrszonda adatai azt mutatják, hogy a Szaturnusz gyűrűi saját légkörrel rendelkeznek. A légkör molekuláris oxigénből (O₂) áll, ami a Napból érkező ultraibolya fény és a gyűrűkben lévő vízjég kölcsönhatásából jön létre.

Küllők

Küllők a B-gyűrűben

1980-ig a Szaturnusz gyűrűinek szerkezetét kizárólag a gravitációs erők hatásaként magyarázták. A Voyager szondák sugaras alakzatokat találtak a B-gyűrűben, melyeket küllőknek hívunk, és amelyeket ezzel a módszerrel nem magyarázhattak meg. A küllők sötétnek tűnnek a gyűrűk fényesebb része mellett. Feltételezik, hogy elektromágneses kölcsönhatásokhoz kapcsolódnak, mivel a Szaturnusz magnetoszférájával majdnem egyidejűleg keringenek. Mindazonáltal a küllők kialakulásának folyamata egyelőre ismeretlen.

Huszonöt évvel később a Cassini űrszonda megint megfigyelte a küllőket. Úgy tűnik, idényjellegű jelenségek, akkor jelennek meg, mikor a Szaturnusz napéjegyenlőséghez közelít. A Cassini megérkezésekor a küllők nem voltak láthatóak. Néhány tudós az addigi modellek alapján, 2007-re jósolta meg a küllők megjelenését. A Cassini képkezelő csapata ezért állandóan küllőket keresett a gyűrűk képeiben, melyeket végül meg is találtak a 2005. szeptember 5-én készített felvételeken.

Porgyűrű

A porgyűrű a Szaturnusz körül
(a bolygó méretarányosan a kép közepén, a kis körben helyezkedik el – tőle jobbra nagyítva látható)

A Spitzer űrteleszkóp infravörös felvételei alapján 2009. október 6-án óriási, az eddig ismertek méretét messze meghaladó, porból és jégszemcsékből álló gyűrűt fedeztek fel a Szaturnusz körül. A gyűrű átmérője körülbelül 300-szorosa, vastagsága pedig mintegy 20-szorosa a bolygó átmérőjének. A látható fény tartományában egyáltalán nem figyelhető meg, ezért maradhatott eddig észrevétlen. Az egész alakzat kiterjedésére jellemző, hogy ha szabad szemmel láthatnánk, a Földről nézve két teliholdnyi átmérőt foglalna el az égbolton. A porgyűrű belső széle a bolygótól körülbelül 6 millió kilométerre található, míg a külső széle durván 12 millió kilométeres távolságig terjed. A porgyűrű mintegy 27 fokos szögben hajlik a fő gyűrűrendszer síkjához.

Az újonnan felfedezett gyűrű messze a legnagyobb az óriásbolygó ismert gyűrűihez képest. Nem rendelkezik éles határokkal. Benne kering a Phoebe hold, amely a feltételezések szerint a gyűrű anyagának forrása. Az égitest minden bizonnyal nem a bolygóval együtt keletkezett, a Szaturnusz később fogta be.

A 2003-ban indított, a Nap körül keringő, 2009-ben a Földtől 107 millió km-re levő Spitzer-űrtávcső a hideg (kb. 80 K hőmérsékletű, -193 °C) por infravörös sugárzását detektálta a Szaturnusz környezetéből.

Az új gyűrű talán egy régi rejtélyre is választ adhat a Szaturnusz rendszerével kapcsolatban. A kétarcú – az egyik oldalán fényes, a másikon sötét – Iapetus hold talán attól néz ki ilyen furcsán, mert kölcsönhatásban áll az óriásgyűrűből származó poranyaggal. Míg a Iapetus, a legtöbb más hold és a belső gyűrűk is egy irányban keringenek, addig a Phoebe és a hozzá kapcsolható új alakzat az ellenkező irányban. A Iapetus egyik felén csapódhat le a gyűrűből befelé jutó por, mint nyári estéken a rovarok az autók szélvédőin.

Holdak

A Szaturnusz holdjai

A Szaturnusznak 2019-ben 82 holdja ismert. A további holdak besorolása nehézkes. A pontos számukat nem lehet meghatározni, mert nézőpont kérdése, hogy mi számít valódi holdnak, és mi egy gyűrűhöz tartozó szikla vagy jégdarab.

• Az űrkorszak előtt kilenc ismert holdja volt a Szaturnusznak.
• 1980-ban a Voyager–1 űrszonda további kilenc holdat fedezett fel.
• A 2000-ben kezdődött felmérés során 12 új holdat azonosítottak, többnyire kis méretű szikla- és jégdarabokat.
• 2003-ban a földi teleszkópok felvételei alapján sikerült rátalálni egy új holdra.
• A Cassini űrszonda 2004-ben érkezett meg a Szaturnuszhoz és még abban az évben 5 újabb holdat fényképezett le.
• 2004-ben és 2005-ben földi távcsövekkel további 12, külső pályán keringő holdat fedeztek fel.
• 2006-ban a Cassini űrszonda, a Hubble-űrtávcső és földi teleszkópok felvételei alapján újabb 8 holdat sikerült beazonosítani

A holdak közül sok kis méretű van: 57-ből 31 átmérője nem éri el a 10, további 13 pedig az 50 km-t. A holdak közül csak hét elég nagy ahhoz, hogy gömb alakba álljon össze saját gravitációja alatt. A Szaturnusz legfigyelemreméltóbb holdja a Titán, a Naprendszerben az egyetlen hold, amelynek sűrű légköre van.

A Szaturnusz nagy holdjai és a Hold összehasonlítása
(zárójelben a Holdhoz viszonyított arány)

Név	Átmérő [km]	Tömeg [t]	Pályasugár [km]	Periódus [nap]
Mimas	400 (10%)	4 × 1016 (0,05%)	185 000 (50%)	0,9 (3%)
Enceladus	500 (15%)	1,1 × 1017 (0,2%)	238 000 (60%)	1,4 (5%)
Tethys	1060 (30%)	6,2 × 1017 (0,8%)	295 000 (80%)	1,9 (7%)
Dione	1120 (30%)	1,1 × 1018 (1,5%)	377 000 (100%)	2,7 (10%)
Rhea	1530 (45%)	2,3 × 1018 (3%)	527 000 (140%)	4,5 (20%)
Titán	5150 (150%)	1,35 × 1019 (180%)	1 222 000 (320%)	16 (60%)
Iapetus	1440 (40%)	2 × 1018 (3%)	3 560 000 (930%)	79 (290%)

További holdak:

• Ijiraq
• Kiviuq
• Paaliaq
• Siarnaq
• Tarkeq

Megfigyelés

A Szaturnusz nézete a Földről

A Szaturnuszt történelem előtti idők óta ismerik. Ez a legtávolabbi bolygó, amely könnyen észrevehető szabad szemmel. A másik négy a Merkúr, a Vénusz, a Mars és a Jupiter. Az Uránusz csak sötét éjszakákon látható szabad szemmel. A Szaturnusz az éjszakai égbolton fényes, sárgás csillagként jelenik meg, +1 és 0 magnitúdó közötti látszólagos fényességgel. Hozzávetőleg 29,5 év alatt tesz meg egy teljes fordulatot a Nap körül. Legalább 20-szoros nagyítású optikai segédeszköz szükséges ahhoz, hogy a Szaturnusz gyűrűi megfigyelhetők legyenek.

A Szaturnusz a Nappal történő együttállás (konjunkció) időszakának kivételével jól látható az éjszakai égbolton, de a bolygót és a gyűrűket legjobban akkor láthatjuk, amikor a bolygó szembenállásban (a bolygó az égbolton a Nappal ellentétes pontban) van. A 2005. január 13-i szembenállás során a Szaturnusz fényesebb volt, mint bármikor lesz 2031-ig, javarészt a gyűrűk Földhöz viszonyított helyzete miatt.

Kutatás

Űrszondák

Műhold neve	Megérkezés	Küldetés típusa	Távolság (km)	Sorsa
Pioneer–11	1979. szeptember 1.	közelrepülés	20 900	A Naprendszert elhagyó pályára állt
Voyager–1	1980. november 12.	közelrepülés	124 000	A Titánnal való találkozása után, folytatta Naprendszerből kivezető útját
Voyager–2	1981. augusztus 25.	közelrepülés	100 800	Pályára állt a Uránusz felé
Cassini Huygens	2004. július 1.	keringőegység	-	2017. szeptember 15-én irányított becsapódással ért véget

Pioneer–11

A Pioneer–11 a Szaturnusznál

A Szaturnuszt először a Pioneer–11 látogatta meg 1979 szeptemberében. A bolygó felhőitől 20 000 kilométerre repült el. Kisfelbontású képeket készített a bolygóról és néhány holdról; a képek felbontása nem volt elég jó ahhoz, hogy felszíni alakzatokat lehessen kivenni rajtuk. Az űrszonda tanulmányozta a gyűrűket is; a felfedezések között volt a vékony F-gyűrű és a tény, hogy a sötét rések a gyűrűkben fényesek, mikor a Nap irányába néznek, tehát nem teljesen üresek. Pioneer–11 megmérte a Titán hőmérsékletét is.

Voyager

A Voyager–2 szonda a Szaturnusz mellett

1980 novemberében a Voyager–1 űrszonda látogatta meg a Szaturnusz rendszert. Visszaküldte az első nagy felbontású képeket a bolygóról, a gyűrűkről és holdakról. Először láthattuk a különféle holdak felszíni jellemzőit. A Voyager-1 végrehajtott egy Titán közelrepülést is, amellyel nagyban hozzájárult az óriáshold kutatásához. Bebizonyosodott, hogy Titán légköre látható hullámhosszon áthatolhatatlan, úgyhogy felszíni részletek nem voltak láthatók. A közelrepülés megváltoztatta az űrszonda röppályáját, amely így elhagyhatta a Naprendszer síkját.

A Titán holdról készült közelkép

Majdnem egy évvel később, 1981 augusztusában a Voyager–2 folytatta a Szaturnusz rendszerének tanulmányozását. A Szaturnusz holdjairól, a légkörben és a gyűrűkben végbemenő változásokról több közelkép is készült. A közelrepülés idején a szonda mozgatható kameraplatformja néhány napon keresztül beragadt és a tervezett fényképezés egy részét nem tudták elvégezni. A Szaturnusz gravitációját felhasználva az űrszonda röppályáját az Uránusz felé irányították.

A Voyager szondák több új holdat erősítettek meg és fedezték fel a gyűrűk közelében vagy belsejében. Felfedezték a kisebb Maxwell- és Keeler-rést is.

Cassini-Huygens szonda

2004. július 1-jén a Cassini–Huygens űrszonda pályára állt a Szaturnusz körül, de már azelőtt megkezdte a holdrendszer tanulmányozását. 2004 júniusában megközelítette Phoebe holdat, amelyről nagy felbontású képeket és adatokat küldött.

A Cassini még kétszer közelítette meg a Titánt, mielőtt leválasztották róla 2004. december 25-én a Huygens szondát. A Huygens 2005. január 14-én leereszkedett a Titán felszínére. A légköri ereszkedés közben és a leszállás után is rengeteg adatot küldött. 2005 folyamán a Cassini további közelrepüléseket végzett a Titánnál és más jeges holdaknál.

2006. március 10-én a NASA bejelentette, hogy a Cassini gejzírekben feltörő folyékony vízre utaló bizonyítékot fedezett fel az Enceladus holdon.

2006. szeptember 20-án a Cassini felfedezett egy korábban ismeretlen gyűrűt a fényesebb fő gyűrűkön kívül, illetve a G és az E gyűrűn belül.

2006-tól a szonda négy új holdat fedezett fel és erősített meg, majd 2009-ben egy ötödiket, a G gyűrűben. Az elsődleges küldetése 2008-ban ért véget, ekkorra 74 keringést végzett a bolygó körül. A küldetést kétszer is meghosszabbították, először 2010-ig, majd 2010 februárjában 2017-ig ismét meghosszabbították az addig is nagyon sikeres programot.

További információk

A Wikimédia Commons tartalmaz Szaturnusz témájú médiaállományokat.

• Szaturnusz-hírek A Hírek.Csillagászat.hu portál rovata
• A Cassini űrszonda fotói a Szaturnuszról
• NASA Space Telescope Discovers Largest Ring Around Saturn 2009-10-06
• NASA Extends Cassini's Tour of Saturn, Continuing International Cooperation for World Class Science Feb. 03, 2010