SATURN: EIGENSCHAFTEN, ZUSAMMENSETZUNG, UMLAUFBAHN, STRUKTUR - ARTE - 2025

Saturn ist nach Jupiter der zweitgrößte Planet im Sonnensystem. Bekannt für sein Ringsystem, gehört es zu den Planeten namens Jovians, die sich hinter dem Asteroidengürtel befinden, der sie von den felsigen Planeten trennt.

Galileo ist seit der Antike bekannt, da er einer der 5 Planeten ist, die mit bloßem Auge sichtbar und am weitesten von ihnen entfernt sind. Er war der erste, der ihn 1610 mit einem Teleskop beobachtete. Obwohl er die durch die Ringe verursachte Verformung bemerkte, war dies bei der mangelnden Auflösung des Instruments nicht der Fall erlaubte ihm, seine Form zu unterscheiden.

Der gasförmige Planet Saturn ist im Vergleich zur Erde 95-mal kleiner. Quelle: Saturn Bild: NASA / JPL / Space Science Institute Erdbild: NASA / Apollo 17 Crew / Public Domain.

Jahre später, 1659, beschrieb Christian Huygens die berühmten Ringe treffend. Kurze Zeit später erkannte der italienische Astronom Giovanni Cassini, dass die Ringe eine Teilung hatten, die jetzt als Cassini-Teilung bezeichnet wird.

Obwohl Astronomen der Antike das Ringsystem nicht detaillieren konnten, muss die bereits großartige Aussicht auf den Planeten sie genug beeindruckt haben, um ihm Namen wie "Alap Sahmas" (Sonnenstern) für die Chaldäer, "Phaenon" (hell wie das) zu geben Sonne) für die Griechen oder "Khima" (verantwortlich für die universelle Flut) für die Hebräer.

Die alten Römer verbanden den Planeten mit dem griechischen Gott Cronos, dem Vater des Zeus, den sie Saturn nannten. Zu Ehren dieser Gottheit wurden im Dezember die Feste Saturnalia gefeiert, die die alten Christen später mit Weihnachten in Verbindung brachten.

Andere alte Kulturen wie die Hindus, Chinesen und Mayas haben ebenfalls Beobachtungen des Planeten in ihren Aufzeichnungen. Für die Mayas waren die Daten, an denen die Verbindungen von Saturn, Jupiter und Mars stattfanden, festlich.

Allgemeine Eigenschaften des Saturn

Saturn ist nicht so groß wie Jupiter, es ist nur ein Drittel seiner Masse, während sein Radius 16% kleiner ist.

Es ist der am wenigsten dichte der Planeten; Bei 687 kg / m ³ könnte es auf dem Wasser schwimmen, wenn es einen Ozean gäbe, der groß genug wäre, um es aufzunehmen. Es besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, den leichtesten bekannten Elementen, obwohl es andere in einem viel geringeren Anteil enthält.

Saturn hat ein eigenes Magnetfeld, das weniger intensiv ist als das von Jupiter, aber viel stärker als das der Erde, wobei die Magnetachse parallel zur Rotationsachse verläuft. Deshalb sind Auroren in Form konzentrischer Kreise in jeder Polarregion üblich. Diese entstehen durch die Bewegung elektrisch geladener Teilchen in der Mitte des intensiven Magnetfeldes des Planeten.

Eine weitere Besonderheit des Saturn ist die Wärme, die er in den Weltraum abgibt und die fast doppelt so viel Energie ausstrahlt wie die Sonne. Das Innere des Saturn ist sehr heiß, und Wissenschaftler glauben, dass dies auf die Kondensation von flüssigem Wasserstoff bei hohem Druck zurückzuführen ist. .

Der Druck im Saturn ist millionenfach höher als der atmosphärische Druck der Erde. Die flüssigen Wasserstofftröpfchen nehmen Fahrt auf, wenn sie sich dem Zentrum des Planeten nähern und Wärme erzeugen.

Flüssiger Wasserstoff verhält sich wie ein Metall und ist nicht nur für die abgestrahlte Wärme verantwortlich, sondern auch für den Dynamoeffekt, der das Magnetfeld erzeugt.

Die Saturnatmosphäre ähnelt der des Jupiter mit einem ähnlichen Muster aus hellen und dunklen Bändern. Die Wolken bestehen aus Kristallen von Ammoniak, Wasser und Ammoniumhydrogensulfid.

Es gibt starke Winde und gelegentliche Stürme, die Monate auf der Erde anhalten. Äquatorialwinde auf dem Saturn können 500 m / s erreichen.

Zusammenfassung der wichtigsten physikalischen Eigenschaften des Planeten

-Masse: 5,69 x 10 ²⁶ kg.

-Äquatorialer Radius: 6,0 x 10 ⁴ km

-Polarer Radius : 5,4 x 10 ⁴ km

-Form: abgeflacht.

- Durchschnittliche Entfernung zur Sonne: 1,4 x 10 ⁹ km

- Neigung der Umlaufbahn : 2,5º in Bezug auf die Ekliptik.

-Temperatur: zwischen -139 und -189 ºC.

-Gravitation: 10,4 m / s ²

- Eigenes Magnetfeld: Ja.

-Atmosphäre: Ja, meistens Wasserstoff.

-Dichte: 687 kg / m ³

-Satelliten: 82 offiziell bezeichnet, viele andere winzige Monde, keine Bezeichnung.

-Ringe: Ja, ein komplexes System.

Die Ringe des Saturn

Das Saturn-Ringsystem ist einzigartig im Sonnensystem für seine außergewöhnliche Schönheit. Quelle: Pixabay.

Die Ringe sind das Markenzeichen des Saturn, denn obwohl die anderen Gasriesen sie auch besitzen, sind die Ringe dieses Planeten zweifellos die spektakulärsten.

Die Ringe bestehen hauptsächlich aus Eis und Steinen und werden dank der Gravitationswirkung einiger spezialisierter Satelliten in Form gehalten: Hirtensatelliten.

Illustration der Saturnringe

Aufgrund der mangelnden Auflösung ihrer Teleskope glaubten die Astronomen zunächst, dass die Ringe eine durchgehende Materiescheibe um den Planeten bildeten. In jedem Fall ist die Dicke des Systems vernachlässigbar, höchstens knapp einen Kilometer, und kann in einigen Regionen Meter betragen.

Der italienische Astronom Giovanni Cassini bemerkte um 1675 als erster die Existenz einer Trennlinie zwischen ihnen.

Jahre später wies der französische Mathematiker Pierre de Laplace darauf hin, dass es tatsächlich zahlreiche dünne Ringe gab. Schließlich baute James Clerk Maxwell ein Modell, in dem er vorschlug, dass die Ringe aus vielen Partikeln bestehen, die jeweils einer unabhängigen Umlaufbahn folgen.

Astronomen unterscheiden Ringe mit Buchstaben des Alphabets. Die 7 Haupt- und hellsten Ringe sind A, B, C und D, während E, F und G blasser sind.

Es gibt auch Tausende schwächerer Ringe. Das blasseste und äußerste wurde mit einem Infrarot-Teleskop nachgewiesen und heißt Phoebes Ring.

Künstler-Rendering mit den Ringen des Saturn und den größeren Satelliten. Quelle: photojournal.jpl.nasa.gov.

Cassinis Split trennt Ring A von Ring B, aber im selben Ring A befindet sich eine dunkle Region, die als Encke-Split bezeichnet wird und von einem der Saturn-Satelliten aufrechterhalten wird: Pan. Innerhalb der Region gibt es auch einen extrem dünnen Ring.

Es gibt Abteilungen unterschiedlicher Breite, die auch nach berühmten Astronomen benannt sind: Colombo, Huygens, Maxwell und Keeler.

Herkunft der Ringe

Die Ringe bestehen aus Partikeln, deren Größe von einem Sandkorn (Mikrometer) bis zu riesigen Gesteinen mit einer Länge von mehreren zehn Metern reicht. Astronomen sind sich jedoch einig, dass sie nicht zur gleichen Zeit wie der Planet entstanden sind, sondern erst vor kurzem.

Die Hauptringe A, B und C sind wahrscheinlich einige hundert Millionen Jahre alt, und das ist astronomisch gesehen sehr wenig. Wissenschaftler sind sich sicher, dass sich alle Planeten im Sonnensystem vor etwa 4,6 Milliarden Jahren zur gleichen Zeit gebildet haben.

Das Material, aus dem die Ringe bestehen, könnte von einem Kometen, einem Meteor oder einem Mond stammen, der aufgrund der Schwerkraft des Planeten fragmentiert ist. Auf jeden Fall sind es nicht die Überreste der Planetenformation.

Sicherlich ist die Herkunft der Ringe im Moment ungewiss, aber der allgemeine Konsens ist, dass sie ziemlich instabil sind, so dass sie, sobald sie sich gebildet haben, im Laufe einiger Millionen Jahre verschwinden können.

Übersetzungsbewegung

Umlaufbahn des Saturn. Die durchschnittliche Entfernung zwischen Saturn und Sonne beträgt mehr als 1.400.000.000 km (9 AU). Mit einer durchschnittlichen Umlaufgeschwindigkeit von 9,69 km / s benötigt Saturn 10.759 Erdentage, um die Sonne zu umrunden. Quelle: Todd K. Timberlake, Autor von Easy Java Simulation = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses) /by-sa/3.0)

Saturn braucht 29 Jahre und 167 Tage, um seine Umlaufbahn um die Sonne zu bereisen. Seltsamerweise befinden sich Saturn und Jupiter in Orbitalresonanz, da zwischen ihnen eine Gravitationswechselwirkung besteht. Natürlich ist die Anziehungskraft der Sonne viel größer, aber die des Jupiter beeinflusst auch.

Wenn zwischen astronomischen Objekten eine Orbitalresonanz besteht, behalten ihre Orbitalperioden einen bestimmten Anteil bei, immer mit kleinen Zahlen. Im Fall von Saturn-Jupiter dreht sich letzterer alle 2 Saturn-Umdrehungen um 5 Umdrehungen, und es wird angenommen, dass diese Resonanz stabilisierende Wirkungen auf die Umlaufbahnen beider Planeten hat.

Die Orbitalresonanz, die zwischen den Teilchen, aus denen die Saturnringe bestehen, und den Satelliten, die zwischen ihnen kreisen, auftritt, wirkt sich stark auf die Struktur der Ringe aus, beispielsweise auf die Existenz der Cassini-Spaltung.

Saturn ist der Planet im Sonnensystem mit der größten Anzahl von Satelliten, von denen 6 verwandte Umlaufzeiten haben. Mal sehen:

-Mimas und Tethys im Verhältnis 1: 2. Für 1 Runde Mimas dreht sich Tethys 2 Mal.

-Encélado und Dione im Verhältnis 1: 2.

-Hyperion und Titan im Verhältnis 4: 3.

Schließlich ist es bemerkenswert, dass 85% des Drehimpulses des Sonnensystems im Gegensatz zur Sonne, die trotz des höchsten Massenanteils nur einen geringen Drehimpuls aufweist, auf Jupiter und Saturn konzentriert sind, die beiden größten Planeten.

Der Drehimpuls eines Systems ist eine interessante physikalische Größe, da er ohne externe Wechselwirkungen erhalten bleibt. Für eine Änderung ist ein Nettodrehmoment von innen erforderlich.

Saturn Bewegungsdaten

Die folgenden Daten beschreiben kurz die Bewegung des Saturn:

- Mittlerer Radius der Umlaufbahn: 1,43 x 109 km

- Neigung der Umlaufbahn : 2,5º in Bezug auf die Ebene der Ekliptik

-Exzentrizität: 0,056

- Durchschnittliche Umlaufgeschwindigkeit : 9,6 km / s

- Übertragungszeitraum : 29,46 Jahre

- Rotationszeit: 10,66 Stunden

Wann und wie man Saturn beobachtet

Der Planet Saturn gilt als überlegener Planet, da seine Umlaufbahn außerhalb der Erdumlaufbahn liegt. Die höheren Planeten sind Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Im Gegenteil, die Planeten, deren Umlaufbahn der Sonne am nächsten liegt, werden minderwertige Planeten genannt: Merkur und Venus.

Die beste Zeit, um einen überlegenen Planeten zu beobachten, ist, wenn die Erde zwischen ihn und die Sonne gerät. Andererseits ist es schwieriger zu erkennen, wann er in Verbindung steht, da er weiter von der Erde entfernt und nahe an der Sonne liegt, was ihn verdeckt. Die Situation wird im folgenden Bild grafisch beschrieben:

Opposition und Konjunktion eines äußeren Planeten. Quelle: Maran, S. Astronomie für Dummies.

Eines der Hauptziele eines jeden Himmelsbeobachters ist natürlich die Betrachtung der Ringe, für die ein kleines Teleskop ausreicht. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Ringe manchmal in Bezug auf die Erde am Rande liegen und daher unsichtbar sind.

Der Blickwinkel der Ringe ändert sich über 30 Jahre. Dies ist die Zeit, in der Saturn die Sonne umkreist.

Die nächsten Gegensätze des Saturn sind:

-2020 : 20. Juli

-2021 : 2. August

-2022 : 14. August

-2023 : 27. August

-2024 : 08. September

-2025 : 21. September

Drehbewegung

Saturn benötigt durchschnittlich 10,66 Stunden, um eine Umdrehung auf seiner eigenen Rotationsachse durchzuführen, obwohl sich nicht alle Zonen mit der gleichen Geschwindigkeit drehen. Am Äquator beträgt die Rotationsgeschwindigkeit beispielsweise 10,25 Stunden, während sie im Inneren des Planeten ungefähr 10,65 Stunden beträgt.

Dieses Phänomen ist als Differentialrotation bekannt und beruht auf der Tatsache, dass der Planet nicht fest ist, wie wir gesagt haben. Auch aufgrund seiner flüssig-gasförmigen Natur erfährt der Planet aufgrund der Rotationsbewegung eine Verformung, die an den Polen abgeflacht wird.

Komposition

Die Zusammensetzung des Saturn ist grundsätzlich dieselbe wie die des Jupiter und der anderen gasförmigen Planeten: Wasserstoff und Helium, nur dass auf dem Saturn der Wasserstoffanteil angesichts der geringen Dichte höher ist.

Da sich Saturn im äußeren Bereich des Nebels bildete, aus dem das Sonnensystem hervorging, konnte der Planet schnell wachsen und eine große Menge des im Nebel vorhandenen Wasserstoffs und Heliums einfangen.

Aufgrund der enormen Drücke und Temperaturen, die mit zunehmender Tiefe zunehmen, wird der molekulare Wasserstoff an der Oberfläche in metallischen Wasserstoff umgewandelt.

Obwohl der Planet gasförmig ist, gibt es in seinem Kern einen geringeren Anteil schwererer Elemente, die zumindest teilweise felsig sind, wie Magnesium, Eisen und Silizium.

Zusätzlich zu diesen Elementen gibt es viele Arten von Eis, wie Ammoniak, Wasser und Methaneis, die dazu neigen, sich in Richtung des Zentrums des Planeten anzusammeln, das sich bei hohen Temperaturen befindet. Aus diesem Grund ist das Material tatsächlich flüssig und nicht gasförmig.

Saturnwolken bestehen aus Ammoniak und Wassereis, während in der Atmosphäre zusätzlich zu diesen Substanzen Acetylen, Methan, Propan und Spuren anderer Gase nachgewiesen wurden.

Interne Struktur

Interne und externe Struktur des Saturn. Quelle: Kelvinsong / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Obwohl Saturn von Wasserstoff und Helium dominiert wird, wird angenommen, dass er in der Natur einen felsigen Kern enthält. Während des Prozesses der Bildung der Planeten des Sonnensystems kondensierten Gase um diesen Kern herum, in einem schnellen Prozess, der es ihm ermöglichte, schnell zu wachsen.

Der Kern des Saturn enthält, wie gesagt, Gesteine ​​und flüchtige Elemente und Verbindungen, die von einer Schicht flüssigen Wasserstoffs umgeben sind. Wissenschaftler schätzen, dass dieser Kern zwischen 9 und 22 Mal größer als die Erde ist: mit einem Radius von etwa 25.000 km.

Diese Schicht aus flüssigem Wasserstoff ist wiederum von Schichten aus flüssigem Wasserstoff und Helium umgeben, die schließlich in den äußersten Schichten gasförmig werden. Die Frenkel-Linie ist eine thermodynamische Grenze, die die gasförmige Flüssigkeit von der Flüssigkeit trennt.

Saturns natürliche Satelliten

Nach den jüngsten Zählungen hat Saturn 82 ausgewiesene Satelliten und eine Vielzahl von Mini-Monden, denen es noch fehlt. Dies macht Saturn zum Planeten mit den meisten Satelliten bis heute.

Das Satellitensystem des Saturn ist sehr komplex. Es ist beispielsweise bekannt, dass sie eine direkte Wirkung auf die Ringe haben: Hirtensatelliten.

Darüber hinaus gibt es trojanische Satelliten, die sich in einer stabilen Umlaufbahn bei 60 ° vor oder hinter anderen Satelliten befinden. Zum Beispiel sind die Monde Telesto und Calypso Trojaner von Thetys, einem der Hauptsatelliten des Saturn.

Die Hauptsatelliten des Saturn sind Titan, Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Hyperion, Iapetus und Phoebe. Diese Satelliten waren bereits vor Weltraummissionen bekannt, aber Forschungssonden zum Saturn haben noch viel mehr entdeckt.

Links Mimas und ein riesiger Einschlagkrater. Rechts die Oberfläche von Titan. Beide Bilder stammen von der Cassini-Sonde. Quelle: Wikimedia Commons.

Der größte aller Saturnmonde ist Titan, der auch eine eigene Atmosphäre hat und nach Ganymed, dem großen Mond des Jupiter, der zweitgrößte im gesamten Sonnensystem ist. Titan ist noch größer als Merkur.

Auf der anderen Seite ist Enceladus, der sechste Saturnmond, ein riesiger Schneeball mit einer Überraschung: Sein Kern ist von einem Ozean aus heißem flüssigem Wasser bedeckt.

Saturn und Titan, sein wichtigster Satellit

Eine merkwürdige Tatsache unter den Saturnmonden ist, dass es Satelliten gibt, deren Umlaufbahnen gleich sind, die jedoch nicht kollidieren können. Die bemerkenswertesten dieser coorbitalen Satelliten sind Janus und Epimetheus.

Nicht alle Monde des Saturn haben eine kugelförmige Form, es gibt viele unregelmäßige Satelliten, die im Allgemeinen klein sind und ziemlich weit vom Planeten entfernt umkreisen.

Titan und seine Atmosphäre

Mosaik von Infrarotbildern von Titan, aufgenommen von der Cassini-Sonde im Jahr 2015. Quelle: NASA via Wikimedia Commons.

Es ist der größte und wichtigste Satellit des Saturn, der mit Hilfe des Teleskops von der Erde aus als kleiner Lichtpunkt sichtbar ist. Der niederländische Astronom Christian Huygens war der erste, der es um 1655 sah, und John Herschel nannte es bereits im 19. Jahrhundert Titan.

Seine ungefähre Dichte beträgt 1,9 g / cm ³ und obwohl es einen felsigen Kern enthält, ist es eine Welt, die fast ausschließlich aus Eis besteht.

Titan hat eine dichte Atmosphäre, die von Stickstoff und einem geringen Prozentsatz Methan sowie Spuren von Kohlenwasserstoffen dominiert wird. Dies ist eine bemerkenswerte Seltenheit im Sonnensystem, da den anderen Satelliten eine eigene Atmosphäre fehlt.

Es hat auch Ozeane und Niederschläge, aber nicht Wasser, sondern Methan. Die Existenz dieser Verbindung ist seit der Mitte des 20. Jahrhunderts dank der vom Astronomen Gerard Kuiper durchgeführten Spektroskopie bekannt. Später bestätigte die Voyager-Sonde diese Entdeckung.

Das Interessante an Titan ist, dass dort neben Methan, das Vorläufer des Lebens ist, viele organische Verbindungen nachgewiesen wurden. Der Mechanismus, durch den Titan diese besondere Atmosphäre erlangte, ist noch unbekannt, aber von großem Interesse, da die Menge an Kohlenwasserstoffen viel größer ist als die der Erde.

Im Rahmen der Cassini-Mission zum Saturn gelang es der Huygens-Sonde, auf der Oberfläche von Titan zu landen und eine gefrorene Oberfläche zu finden, die jedoch voller Landformen war.

Obwohl Titan eine abwechslungsreiche Geologie und ein abwechslungsreiches Klima aufweist, ist es für den Menschen eine unwillkommene Welt. Die Atmosphäre ist sehr dynamisch; Beispielsweise ist bekannt, dass Hochgeschwindigkeitswinde wehen, die den größten Hurrikanen an Land weit überlegen sind.

Missionen zum Saturn

Pionier 11

Es wurde 1973 von der NASA gestartet und erreichte 1979 einige Jahre später die Umlaufbahn des Saturn. Diese Mission nahm Bilder mit niedriger Auflösung auf und fand auch unbekannte Satelliten und Ringe, die von der Erde aus nie gesehen wurden.

Die Sonde wurde 1995 endgültig entfernt, trug jedoch die Plakette mit der berühmten Nachricht von Carl Sagan und Frank Drake, falls außerirdische Seefahrer darauf stießen.

Voyager

Diese Mission bestand aus dem Start von zwei Sonden: Voyager 1 und Voyager 2.

Obwohl Voyager 1 so konzipiert wurde, dass es Jupiter und Saturn erreicht, hat es bereits die Grenzen des Sonnensystems überschritten und ist 2012 in den interstellaren Raum eingetreten. Zu seinen wichtigsten Erkenntnissen gehört die Bestätigung der Existenz der Titanatmosphäre sowie wichtige Daten der Saturnatmosphäre und des Ringsystems.

Voyager 2 sammelte Informationen über die Saturnatmosphäre, den atmosphärischen Druck und zahlreiche hochwertige Bilder. Nach dem Besuch des Saturn erreichte die Sonde Uranus und Neptun, wonach sie ebenso wie die Schwestersonde in den interstellaren Raum eintrat.

Cassini

Die Cassini-Mission war ein Gemeinschaftsprojekt der NASA, der Europäischen Weltraumorganisation und der italienischen Weltraumorganisation. Es wurde 1997 von Cape Canaveral aus gestartet und hatte zum Ziel, den Planeten Saturn und sein Satellitensystem zu untersuchen.

Die Sonde erreichte 2004 den Saturn und schaffte es 294 Mal, den Planeten zu umkreisen, bis 2017 kein Treibstoff mehr vorhanden war. Die Sonde wurde dann absichtlich in Saturn getaucht, um zu verhindern, dass sie gegen einen der Satelliten stößt, und um so eine radioaktive Kontamination zu vermeiden.

Cassini trug die Huygens-Sonde, das erste von Menschen geschaffene Objekt, das auf einer Welt jenseits des Asteroidengürtels landete: Titan, Saturns größter Satellit.

Huygens steuerte Bilder der Landschaft des Titanen sowie der Struktur der Ringe bei. Es wurden auch Bilder von Mimas erhalten, einem weiteren Saturn-Satelliten, der Ringe streift. Sie zeigen den riesigen Herschel-Krater mit einem riesigen Berg in der Mitte.

Cassini bestätigte auch das Vorhandensein von Wasser auf Enceladus, dem sechsten eisigen Saturnmond mit einem Durchmesser von 500 km, der sich in Orbitalresonanz mit Dione befindet.

Enceladus, der eisige Mond des Saturn, in dem sich ein Ozean befindet. Cassini-Sondenbild. Quelle: Wikimedia Commons. NASA / JPL / Space Science Institute / gemeinfrei.

Das Wasser von Enceladus ist heiß und der Planet ist voller Geysire und Fumarolen, die Wasserdampf und organische Verbindungen ausstoßen, weshalb viele glauben, dass es Leben beherbergen könnte.

Über Iapetus, einen weiteren großen Saturn-Satelliten, enthüllten Cassini-Bilder eine dunkle Seite, deren Ursprung noch unbestimmt ist.

Verweise

1. Der Himmel des Monats. Konjunktionen und Gegensätze externer Planeten. Wiederhergestellt von: elcielodelmes.com.
2. Maran, S. Astronomie für Dummies.
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