Saturn
Kategorie: Fyzika a astronómia (celkem: 480 referátů a seminárek)
Saturn
Druhú najväčšiu planétu v slnečnej sústave, Saturn, vidíme voľným okom ako jasnú hviezdu. Už 8 cm ďalekohľad nám však zo Saturna urobí jeden z najkrajších objektov na oblohe. Žltkavý povrch planéty so striedavo jasnejšími a tmavšími pásmi pripomína povrch Jupitera. Je však menej aktívny a uvidíme na ňom menej detailov ako na Jupiterovi. Zato ho však obopína jedinečný systém prstencov, ktorý utvára na prvý pohľad zo Saturna neobyčajnú planétu. Jasnosť Saturna na oblohe kolíše so zmenou jeho vzdialenosti od Zeme a Slnka ako aj z natočenia prstenca voči nám v intervale od +1,5m do –0,4m. Dráha Saturna okolo Slnka je eliptická, blízka kruhovej, s excentricitou 0,0556. Jeden obeh okolo Slnka trvá 29,46 roka. Planéta sa pohybuje v strednej vzdialenosti 9,5 AU od Slnka rýchlosťou 9,65 km/s. Pretože je od nás pomerne ďaleko, od 1199 miliónov do 1653 miliónov kilometrov, jej pohyb po oblohe je pomalý. Každé zo súhvezdí zvieratníka prejde za dva roky. Rovina dráhy Saturna leží takmer v ekliptike. Je od nej odklonená iba na 2,5°. Rotačná os Saturna zviera s rovinou jeho dráhy uhol 63,3°. Planéta nerotuje ako tuhé teleso. Rýchlosť rotácie smerom od rovníka k pólom klesá. Kým rovníková časť planéty vykoná jednu otočku za 10 h 14 min, časti vzdialené od rovníka 57° ju vykonajú až za 11 h 7,5 min. Rýchla rotácia Saturna splošťuje jeho tvar. Preto rovníkový priemer planéty, 120 000 km, je o 13 000 km väčší ako pólový priemer. Saturn je najredšou planétou v slnečnej sústave. Jeho hustota 0,705 g/cm3 je nižšia ako hustota vody. Teleso planéty tvorí z 2/3 vodík a zvyšok pripadá na hélium a metán. Veľká hmotnosť Saturna (95 ráz hmotnejší ako Zem) a nízka teplota na jeho povrchu (asi –150 °C) sú pascou pre molekuly látky planéty. Úniková rýchlosť 35,53 km/s ďaleko presahuje tepelnú rýchlosť molekúl. Preto si Saturn uchoval pôvodné chemické zloženie, ktoré nadobudol pri akrécii z protoplanetárneho oblaku. Jemné pohybujúce sa škvrny v atmosfére Saturna sú mraky vodíka a metánu. Opticky určená teplota vonkajších vrstiev oblakov dosahuje –190 °C až –180 °C. O niečo vyššie hodnoty, -150 °C až -140 °C, poskytujú údaje z rádioastronomických pozorovaní. Pozorované biele škvrny v atmosfére Saturna sú pravdepodobne veľké výbuchy plynov znútra planéty. Útvary rýchle menia tvar a po čase miznú. V hĺbke 500 km pod vrcholmi mrakov je už tekutý vodík, vodíkový oceán, ktorý s narastajúcou vzdialenosťou od povrchu planéty smerom do jej vnútra nadobúda čoraz viac vlastnosti kovu.Zloženie vnútra Saturna sa podobá zloženiu Jupitera. V centrálnej časti planéty, ktorej priemer neprevyšuje 25 000 km, predpokladáme hustotu látky až 20 g/cm3, pri tlakoch približne 11.106 MPa. Podobne ako Jupiter i Saturn má vnútorný zdroj tepla. Do okolitého priestoru vyžaruje aspoň 3 razy viac tepla ako prijíma od Slnka. Saturnove prstence po prvý raz pozoroval Galilei v roku 1610. Pokladal ich však za dva k planéte prisadajúce mesiace. Opísal ich až Ch. Huygens v roku 1655 a G. Cassini v roku 1666. Prstence ležia v rovine Saturnovho rovníka. Už v malom ďalekohľade sa rozložia na tri časti. Vonkajší, stredne jasný prstenec je široký 15 600 km a siaha do vzdialenosti 137 400 km od stredu planéty. Po 4800 km temnej medzere, ktorú nazývame Cassiniho delenie, nasleduje stredný, veľmi jasný prstenec. Jeho šírka je 24 000 km. Na stredný prstenec nadväzuje vnútorný, málo jasný prstenec. Jeho vonkajšia hranica je vzdialená 88 800 km od stredu planéty. Prstenec má šírku 16 200 km a jeho vnútorný okraj je 12 600 km nad mrakmi Saturna. Vnútorný prstenec poznáme od roku 1848. Dnes vieme, že prstence majú jemnú štruktúru. Skladajú sa z niekoľkých stoviek samostatných prstencov. Prstence Saturna nie sú kompaktné. Spoza nich presvitajú jasné hviezdy. Zo zmeny jasnosti zakrytej hviezdy možno usudzovať na hustotu častíc v prstenci. Hrúbka prstencov je veľmi malá, iba 2 až 4 km. Prstence sa skladajú z väčších a menších balvanov ktorých veľkosť klesá až po meteorický prach. Z 90 % sú to telesá od niekoľkých cm do 200 m. Každá častica obieha okolo Saturna samostatne, presne podľa Keplerových zákonov pohybu. Hmotnosť prstencov odhadujeme na 1021 kg, teda si na 1/70 hmotnosti Mesiaca. Hustota telies v prstenci dosahuje zhruba 1 g/cm3. Prstence ležia vnútri Rocheovej medze planéty, v oblasti, v ktorej slapové sily planéty roztrhnú väčšie teleso na drobné časti. Prstence sú teda buď zvyškový materiál protoplanetárneho mraku, ktorý sa v blízkosti veľmi hmotnej planéty nemohol sformovať na mesiac, alebo ide o časť mesiaca, či mesiacov, ktoré Saturn slapovými silami postupne sťahoval a po prekročení Rocheovej hranice rozdrobil na drobné úlomky. Medzery medzi prstencami vznikli vzájomným gravitačným účinkom Saturna a jeho mesiacov na rozdrobený materiál. Keďže rovina rovníka je sklonená k ekliptike pod uhlom 26,7° a obežná dráha planéty leží takmer v ekliptike, orientácia prstencov sa voči nám počas 29,46 ročnej obežnej dobe Saturna mení. Raz ich vidíme zospodu, inokedy zvrchu alebo zboku.
Zhruba každých 15 rokov vidíme prstence celkom otvorené, pričom nám zakrývajú striedavo južnú, alebo severnú pologuľu planéty. O 7,5 roka po takomto pohľade sa dívame na Saturn presne v rovine jeho prstencov. Vtedy miesto prstencov vidíme iba ich tmavý priemet na kotúči planéty. Okolo Saturna obieha 14 mesiacov. Z nich 12 takmer v rovine rovníka planéty. Až donedávna sme z nich poznali iba 9. Prvý desiaty mesiac Saturna našiel E. Pickering v roku 1904. Nazval ho Themis. Mesiac sa však viac nepodarilo pozorovať. Pokladáme ho za stratený. Ešte ďalšie dva možné mesiace Saturna pozorovali zo Zeme A. Dollfus, J. Fountain a S. Larson v roku 1966. Avšak ani existencia Janusa, ako Dollfus navrhol pomenovať svoj objekt, ani existencia Fountainovho-Larsonovho objektu v čase objavu dostatočne dokázaná. Oba tieto mesiace s niekoľkými ďalšími našli astronómovia roku 1980 pri prezeraní snímok z Voyagera 1. Päť z objavených telies má dráhy určené s dostatočnou presnosťou. Preto sa nám už nemôžu stratiť a roku 1982 sa dostali definitívne do zoznamu mesiacov Saturna. 3iesty s menom Atlas sa medzi mesiace Saturna oficiálne ešte nedostal. Rhea obieha okolo Saturna takmer po kruhovej dráhe raz za 4,53 dňa vo vzdialenosti 526 800 km. Tento v poradí tretí objavený Saturnov mesiac má priemer 1520 km, hmotnosť 23.1020 kg a strednú hustotu 1,25 g/cm3. Svojou jasnosťou 9,7m v opozícii planéty je druhým najjasnejším mesiacom Saturna. Najväčším a súčasne i najjasnejším mesiacom Saturna je Titan s priemerom 5840 km. Rozmerom teda ďaleko prevyšuje Merkúr. Jasnosť mesiaca v opozícii Saturna dosahuje 8,3m. Titan obieha okolo planéty raz za 15,96 dňa vo vzdialenosti 1 222 200 km. Roku 1655 ho objavil Huygens ako prvý Saturnov mesiac. Atmosféra Titana je z dusíka a metánu. Mraky v atmosfére sa pohybujú rýchlosťou asi 1 m/s. Teplota v horných vrstvách atmosféry dosahuje –200 °C. Povrch mesiaca je pravdepodobne pokrytý ľadom z vody a z amoniaka. Titan má strednú hustotu 1,34 g/cm3. Jeho hmotnosť dosahuje 1,4.1023 kg, čo je takmer dvojnásobná hmotnosť nášho Mesiaca. Iapetus, druhý najväčší Saturnov mesiac s priemerom 1440 km, má viazanú rotáciu. Okolo planéty obehne práve za čas, za ktorý sa otočí okolo svojej osi, za 15,95 dňa. Jeho povrch je najtmavší zo všetkých Saturnových mesiacov. Albedo má premenné a jeho hodnota kolíše od 0,07 do 0,35.Jasnosť mesiaca medzi východnou a západnou elongáciou sa zväčší až o 2m, čo svedčí o nepravidelnosti telesa. Na Iapetusovi je zaujímavá veľmi jasná južná polárna čiapka. Iapetus je jedným z dvoch mesiacov Saturna, ktorých dráhy neležia v rovine rovníka planéty.
Jeho dráha tvorí s rovinou rovníka Saturna uhol 14,7°. Od Saturna je vzdialený 3 558 000 km. Zo všetkých mesiacov Saturna môžeme malým ďalekohľadom pozorovať iba dva, Rheu a Titan. Ostatné mesiace sú dostupné len väčšími ďalekohľadom. Zatmenia Saturnových mesiacov sú veľmi zriedkavé. Vyskytujú sa iba v období, keď sa dívame na planétu v rovine jej rovníka. Saturnove mesiace dostali mená postáv Titanov z antickej mytológie. Titani boli synovia a dcéry boha neba urána a bohyne Zeme Gaie. Neskôr sa k nim počítali aj niektorí ich potomci. Výnimkou je iba mesiac Janus, ktorý dostal meno po jednom z najslávnejších rímskych bohov, po bohovi počiatku všetkých vecí.