Satürn'ün doğal uyduları

Satürn'ün doğal uyduları, sadece onlarca metre çapındaki minik uydulardan, Merkür gezegeninden daha büyük olan muazzam Titan'a kadar çok sayıda ve çeşitlidir. Satürn, halkalarında gömülü olmayan ve yörüngeleri doğrulanmış 145 uyduya sahiptir (bunlardan sadece 13'ünün çapı 50 kilometreden fazladır) ve ayrıca milyonlarca gömülü küçük uydu ve daha küçük sayısız halka taneciklerini içeren yoğun halkaları vardır. Yedi Satürn uydusu, elips şekline sahip olabilecek kadar büyüktür, ancak bunlardan sadece Titan ve muhtemelen Rhea şu anda hidrostatik dengededir. Satürn'ün uyduları arasında özellikle dikkat çekici olanlar; azot bakımından zengin, Dünya benzeri bir atmosfere, kurumuş nehir ağları ve hidrokarbon göllerinden oluşan bir manzaraya sahip, Güneş Sistemi'ndeki (Jüpiter'in uydusu Ganymede'den sonra) ikinci en büyük uydu olan Titan, güney kutup bölgesinden gaz ve toz jetleri çıkan Enceladus ve tezat oluşturan siyah ve beyaz yarım küreleriyle İapetus'dur.

Satürn'ün uyduları, yörüngeleri, boyut ve fiziksel özellikleri ve bu verilere göre tahmin edilebilecek oluşum mekanizmaları ve yaşam öyküleri açısından büyük bir çeşitlilik gösterirler. Satürn‘ün halkaları ve uyduları arasındaki karmaşık ilişki aydınlatılması gereken birçok ilginç noktayı barındırmaktadır.

Satürn'ün uyduları, yarı büyük ekseni 134.000 ile 23 milyon km. arasında değişen çok geniş bir yörünge yelpazesine dağılmış durumdadırlar. Gezegene bilinen en yakın uydu 2,21 RS (Satürn yarıçapı) uzaklıktaki yörüngedeki Metis'tir. Bilinen en uzak uydu ise, 383 RS uzaklıktaki yörüngesi ile Ymir adlı küçük uydudur.

Satürn'ün tüm büyük uyduları ile halkalar arasında yer alan iç yörüngelerde bulunan birkaç küçük uydu, gezegenin ekvator düzlemine göre eğikliği yok denecek kadar az ve aynı şekilde dışmerkezlik oranı çok küçük olan yörüngeler çizmeleri nedeniyle 'düzenli uydular' olarak adlandırılır ve bu özellikleri uyduların Satürn'ün oluşumu sırasında meydana geldiklerini düşündürür. Yüksek eğiklik ve dışmerkezliğe sahip yörüngelerde ve bazıları da ters yönde hareket eden 'düzensiz uydular'ın ise kendi içlerinde benzer yörünge özelliklerine sahip birkaç grup içinde toplanmaları dikkati çeker. Bu uyduların içinde yer aldıkları gruplara göre değişen ortak ve büyük olasılıkla Satürn dışı kökenleri olduğu düşünülür. Satürn uydu sistemine özgü bir özellik 'eş-yörüngeli uydu' gruplarının varlığıdır.

İç yörüngeleri işgal eden uydular Satürn‘ün halkaları ile yoğun etkileşim halindedirler. Çekim etkileri ile halkaların dağılım ve yoğunluklarını belirledikleri, halkalar arasındaki boşluklara neden oldukları için bu uydulara 'çoban' takma adı verilmiştir. Bu uyduları halkalar sisteminin dinamik bileşenleri olarak kabul etmek gerekir. Pan adlı uydu Encke bölümü'nün, 2005 yılında Cassini sondası tarafından gönderilen görüntüler yardımıyla keşfedilen Daphnis ise Keeler aralığı'nın açık kalmasından sorumludur ve bu boşluklar içinde yol alırlar. Atlas A halkasının dış sınırını belirler. Prometheus ve Pandora F halkasını iç ve dıştan aralarına alarak dar bir alana sıkıştırırlar.

Epimetheus ve Janus aynı yörüngeyi paylaşırlar. Bu yörünge boyunca belli aralıklarla hız değiştirerek birbirlerinin ilerisine ve gerisine geçmeleri Güneş Sistemi içinde başka örneğine rastlanmayan bir eş-yörünge ilişkisi oluşturur.

Tethys ile aynı yörüngede, bu uydunun 60o ilerisinde ve 60o gerisinde yol alan iki 'Truvalı uydu' bulunur: Telesto ve Calypso. Aynı şekilde Dione ile aynı yörüngeyi paylaşan Truvalı uydular Helene ve Polydeuces'dir. Bunlar da değişik bir eş-yörünge ilişkisine örnektir.

İnuit düzensiz grubu, yörünge eğikliği 45o - 46o olan beş uyduyu içerir. Bu grubun üyeleri İnuit mitolojisi'nde adı geçen devlerin adlarını taşımaktadırlar.

Norse ters yörüngeli düzensiz grubu en kalabalık düzensiz uydu grubudur. En büyük üyesi Phoebe dir. Yeni üyeleri İskandinav mitolojisi'ndeki devlerden esinlenerek adlandırılan bu grup, ters yönde hareket eden, yörünge eğikliği ve dışmerkezlik açısından çeşitlilik gösteren ve bu nedenle bir kısmı Skathi benzerleri ve Narvi benzerleri şeklinde iki alt grupta toplanan çok sayıda küçük uydu içerir.

Hyperion dışındaki bütün düzenli uydular kendi eksenleri etrafındaki dönüşlerini Satürn çevresindeki dolanmalarına eş sürede tamamlarlar, yani gezegenle çekimsel olarak kilitlenmiş dönüş periyotları vardır. Bu nedenle Satürn'e hep aynı yüzleri dönük kalır. Hyperion'un ise kendi etrafında dönüş ekseni sürekli yer değiştirdiği için kaotik bir dönüş biçimi vardır. Bunda uydunun yörüngesinin Titan'ınki ile 3:4 rezonans içinde olmasının payı bulunabilir. Düzensiz yörüngeli uydular ise dışmerkezlik derecesi yüksek yörüngeler izledikleri ve bu nedenle yörünge boyunca sürekli değişen hızlarla ilerledikleri için dönüş periyotlarının dolanma periyotları ile kilitlenmesi mümkün olmamıştır.

Yeni keşfedilen ve henüz resmi ad almamış uyduların büyük çoğunluğu yeterli gözlem süresini geçirmedikleri için yörüngelerine ait bilgiler kesinleşmemiş durumdadır. Tabloda yer alan bu uydulara ait bilgilerin ve gruplandırmanın kesin olmadığını gözönünde tutmak gerekmektedir.

Satürn'ün uyduları boyutları açısından da büyük bir çeşitlilik gösterirler. Güneş Sistemi'ndeki ikinci büyük uydu olan Titan, gezegenlerden Merkür ve Plüton'u çap açısından geride bırakır. Tethys, Dione, Rhea ve İapetus'un çapları 1000 km. yi aşar. Bu uydular büyük kütleleri ve kuvvetli yerçekimi nedeniyle tam bir küreye yakın biçimler almıştır. Güneş sistemi içinde bulunan çeşitli gök cisimleri üzerinde yapılan gözlemlerden öğrenildiği kadarıyla, 1000 km. civarında bir çap, bir gök cisminin oluşumu sırasında yoğunlaşan maddelerin açığa çıkardığı enerji nedeniyle ısınıp eriyerek tabakalar halinde farklılaşması ve kabaca küresel bir şekil ortaya çıkması için yeterli olmaktadır. Kuramsal hesaplamalar da buna yakın sonuçlar vermektedir. Ortalama çapı 100 km. -1000 km. arasında olan 7 uydu daha sayılabilir. Bunların arasında biçimi kusursuz bir küreye çok yakın olan Enceladus ile çok düzensiz bir görünüme sahip Phoebe, farklı köken ve yaşam öykülerinin uyduların fiziksel özelliklerine nasıl yansıdığına örnek oluştururlar.

Çapları 100 kilometreyi geçmeyen çok sayıda uydu, düzensiz şekillere sahip 'kaya' veya 'buz' parçaları olarak kabul edilir. Bugün için yeryüzünden gözlenebilirlik alt sınırı 3 km. kadar olduğundan, Satürn'ün henüz saptanamamış çok sayıda daha küçük uydusu olması mantıklı görünmektedir.

Satürn sisteminin çeşitli üyelerinin kolaylıkla gözlenebilen temel özellikleri farklı köken ve geçmişlerini ele verir niteliktedir. Titan, gezegenlerle karşılaştırılabilecek büyüklüğünün yanı sıra, kendine özgü yüzey özelliklerini şekillendiren ve aynı zamanda gözlemlenmesini güçleştiren yoğun atmosferi ile kuşkusuz bu ailenin en ilginç ve sırlarla dolu üyesidir. Sürekli şekil değiştiren bulutlar ve yoğun bir pus tabakası yüzünden görünür tayfta gözlemler sınırlı bilgi sağlar. 0,22 düzeyinde bir yansıtabilirlik (albedo) derecesi ile uydu üzerine düşen güneş ışığının büyük kısmını soğuran bu atmosfer Titan yüzeyinde 95K civarında bir sıcaklık sağlar. Radar ve kızılötesi incelemelerde çarpma krateri olduğu düşünülen oluşumların seyrekliği, büyük yükselti farklarının bulunmayışı, Titan'ın hızla değişen dinamik bir yüzey yapısına sahip olduğu izlenimi verir. Tektonik etkinlik ve yanardağ etkinliği lehinde yorumlanabilecek özelliklerin yanında, sıvı aşındırması sonucunda ortaya çıktığı düşünülen yapılara rastlanmaktadır. Yoğunluğu yer atmosferinin 1,5 katı kadar olan ve yoğun bulutluluğu ile yüzey şekillerinin büyükçe bir kısmını gizleyen Titan atmosferinin uydu yüzeyine yağmur ya da kar şeklinde yağış düşmesine neden olduğu ve bu akışkanların açtığı nehir veya sel yatakları ve depolandığı göller bulunabileceği düşünülmektedir.

Bir atmosferi olduğu kanıtlanan ikinci Satürn uydusu Enceladus'tur. Sürekli bir atmosfer barındırmasına yeterli kütlesi olmadığı hesaplanan bu uyduda, düşük çekim gücü nedeniyle hızla uzaya kaçırılan gazların ancak güçlü bir yanardağ ya da gayzer etkinliği ile açıklanabilmesi olasıdır. Bu uydu gibi, diğer büyük uyduların tümünde de değişen derecelerde yüzey hareketliliğine ilişkin belirtiler gözlenmiştir: yüksek albedo dereceleri (Enceladus için 0,9; Tethys için 0,8; Rhea için 0,65; Dione için 0,55), krater yoğunluğunun değiştiği alanlar, kırıklar, sırtlar. İapetus iki yarıküresi arasında 10 katı aşan bir yansıtabilirlik farkı gösterir: uydunun hareketi yönündeki yarıküre için 0,04' e karşılık arka yarıkürede 0,5. Bunun yanı sıra, bu uyduyu ekvatoru boyunca çepeçevre dolanan en az10 km yüksekliğinde ve 20 km. eninde kemer şeklinde bir yükselti bulunmaktadır. Bu özelliklerin nedenleri aydınlatılamamıştır.

Phoebe ve düzensiz yörüngeye sahip diğer küçük uyduların çoğu oldukça düşük yansıtabilirlik derecelerine sahiptir. Bu özellikleri yörünge özellikleri ile birleştirildiğinde, bu uyduların Satürn sistemi dışı kökenli olabilecekleri görüşü güç kazanmaktadır.

Satürn uydularının çeşitli uzay araçları tarafından elde edilen yüzey görüntüleri, kütle ve yoğunluklarına ilişkin ölçümler ve kısmen de tayfölçüm verileri sayesinde iç yapıları hakkında bazı varsayımlarda bulunmak mümkün olmuştur. Büyük uyduların 1,2 g/cm3 ile 1,5 g/cm3 arasında değişen yoğunlukları 1/3 oranında kaya ve 2/3 oranında buzdan oluşan bir yapı ile uyumludur. En azından 1000 km. çap sınırının üzerindeki uyduların geçmişinde bu bileşenlerin eriyerek tabakalanmasına izin verecek yüksek sıcaklıkların söz konusu olduğu bir dönem varsayılabilir. Büyük uyduların tümünde az ya da çok yakın tarihli jeolojik etkinliğin varlığını düşündüren yüzey yapılarının gözlenmesi, günümüzde de bazı uydularda sıvı halde iç katmanlar bulunabileceğine işaret eder. Özellikle Enceladus küçük kütlesine karşın önemli volkanik etkinlik belirtileri vererek oldukça aktif bir jeolojiye ve hareketli bir iç yapıya sahip görünür. Bunun nedeni Dione ile rezonans halindeki yörüngesinden kaynaklanan gel-git etkileri ile ısınma olabilir. Titan 1,8 g/cm3 ile tüm uydular içinde yoğunluğu en yüksek olanıdır. Bu uydunun büyük kütlesinden kaynaklanan nispeten önemli çekim gücünün yol açtığı sıkışma da hesaba alındığında yine diğer uydulardaki buz-kaya oranına ulaşılır. Phoebe'nin yarı yarıya buz-kaya dağılımına sahip olması ise yine düzenli uydulardan farklı bir kökeni olduğunu doğrular niteliktedir.

Güneş bulutsusu olarak adlandırılan gaz ve toz kütlesi 4,6 milyar yıl önce bilinmeyen bir nedenle yoğunlaşarak bugünkü şekliyle Güneş Sistemi'ni oluşturmaya başladığında, Satürn ve diğer gaz devlerinin 10.000 yıl gibi kısa bir süre içinde bugünkü kütlelerine yakın boyutlara ulaştıkları sanılmaktadır. Satürn'ün en azından düzenli uydularının da, Satürn'ü oluşturan diskin gezegen üzerinde yoğunlaşamamış kalıntılarından bu dönem içinde ortaya çıktıklarına kesin gözüyle bakılır. Bu uyduların dışmerkezlik veeğiklik oranları çok düşük yörüngeleri bu düşünceyi destekler.

İç yörüngelerdeki uydular, Satürn‘ün halkaları ve Satürn arasında önemli etkileşimler vardır ve bunlar halkalar ve iç uyduların bugün sahip oldukları özelliklerin bazılarından sorumludurlar. Halkaların içindeki yörüngelerde yer alan uydular halkaların bugün bilinen şekillerini korumasında etkilidir ve bu nedenle 'çoban uydular' olarak da adlandırılırlar. Halkaları oluşturan materyalin en azından bir kısmının kaynağı olarak da görülen bu uyduların tanımı konusunda yakın gelecekte yeni bir belirsizlik ortaya çıkması olasıdır. Halkaların aslında sayısız halkacıktan oluşan kesintili yapısı belirginleştikçe, halkacıklar arasında bu yapıyı düzenleyen ancak günümüzün olanaklarıyla saptanamayacak küçüklükte sayısız uydunun varlığından kuşkulanılmaktadır. Halkaları oluşturan toz ve buz taneciklerinin her birinin teknik olarak Satürn'ün birer uydusu olduğu göz önünde tutulduğunda, hangi yapılara uydu adı verilmesi gerektiği tartışılır hale gelmektedir.

Düzensiz yörüngeye sahip, özellikle de ters hareketli uyduların ise Satürn'ün çekim alanına yakalanarak sonradan uydusu haline gelmiş asteroid ya da belki de kuyrukluyıldız parçaları oldukları düşünülür. Yakalanma mekanizması, daha önceden Güneş çevresinde Satürn yörüngesi ile kesişen bir yörünge üzerinde yol alan bir gökcisminin bir nedenle hız değiştirmesini gerektirir. Bu nedenler günümüzde, bilinen asteroid ve kuyrukluyıldız yörüngelerinde yeterli değişikliği yaratabilecek güçte değildir. Bu nedenle düzensiz yörüngeli uyduların da Satürn tarafından yakalanmalarının Güneş Sistemi'nin çok erken dönemlerinde gerçekleşmiş olduğu sanılmaktadır.

Geniş bir alana yayılan Satürn'ün halkaları, yansıttıkları güneş ışınları nedeniyle gezegenin Yer'den izlenen parlaklığını kat kat arttırırlar ve Satürn'ün uydularının gözlenmesini güçleştirirler. Bu nedenle Satürn'ün uydularının bulunması genellikle Yer'in halka düzlemi geçişlerine denk gelmiştir. Satürn'ün 30 yıl süren her dolanım dönemi içinde iki kez gerçekleşen bu konum, halkaların tutulum ile aynı düzleme gelmeleri nedeniyle Yer'den görünmez olmalarını sağlar.

1848'de William Bond ve George Bond, Hyperion'u gözlemlediler. Ancak onlardan iki gün sonra bu uyduyu gören William Lassell buluşu ilk yayınlayan ve uyduya adını veren kişi oldu.

1899 yılında William Henry Pickering, aralıklarla çekilmiş fotoğraf levhalarını karşılaştırarak Phoebe'yi keşfetti. Bu uydu fotoğraf yöntemiyle bulunan ilk uydu oldu. Pickering 1905 yılında Themis adını verdiği yeni bir uydu gördüğünü bildirmiş, ancak sonradan böyle bir uydunun varolmadığı anlaşılmıştır.

1966 yılında eş-yörüngeli uydular Epimetheus ve Janus, Audouin Dollfus ve Richard Walker tarafından ayrı ayrı gözlendi. Bu iki uydunun ilişkisi ve bu gözlemlerin niteliği ancak 1978'de Stephen M. Larson ve John W. Fountain tarafından aydınlatılabildiği için bu uyduların keşfi bu dört gözlemcinin adı ile anılmaktadır.

1979 yılında Pioneer 11, Kasım 1980'de Voyager 1 ve Ağustos 1981'de Voyager 2 uzay sondaları Satürn'ün yakınından geçtiler. Voyager 1 tarafından elde edilen görüntülerde 3 yeni Satürn uydusu bulundu. Voyager 2'nin gönderdiği fotoğrafların Mark Showalter tarafından sonradan değerlendirilmesiyle 1990'da en iç yörüngedeki uydu Pan bulundu.

1997 yılında fırlatılan Cassini-Huygens uzay aracı 1 Temmuz 2004'te Satürn çevresinde yörüngeye girdi. İki ayrı uzay sondasından oluşan araçtan, Huygens iniş aracı ayrılarak 14 Ocak 2005'te Titan yüzeyine iniş yaptı. İniş sırasında atmosferin fiziksel ve kimyasal özellikleri üzerinde veriler topladı, görüntüler elde etti. Ancak bir programlama hatası nedeniyle elde edilen verilerin yarısı yeryüzüne aktarılamadan kaybedildi. Sondanın yüzeyle teması duyarlı ölçüm aygıtları ile değerlendirilerek yüzey yapısı hakkında bilgi edinilmeye çalışıldı. Uydu yüzeyinden görüntüler alındı. Bu veriler henüz değerlendirme aşamasındadır.

Cassini-Huygens programının ikinci bileşeni olan Cassini yörünge aracı Satürn çevresinde değişen yörüngeler izleyerek gezegen ve uyduları ile ilgili gözlemlerine başladı. 2004 yılında üç (Methone, Pallene ve Polydeuces), 2005 yılında 1 yeni uydu buldu. Aracın 2004 yılı içinde çektiği fotoğraflarda varlığından kuşkulanılan 3 yeni uydu ise henüz doğrulanmadı. Bu sonda Phoebe, Titan, İapetus ve Enceladus yakın geçişlerinde uyduların yüksek çözünürlüklü görüntülerini elde etti ve bilimsel gözlemler gerçekleştirdi. Elde edilen ilk bilgiler arasında Titan atmosferinin yapısı, bileşimi, hareketleri; uydu yüzeyinin radar gözlemleri ile elde edilen topoğrafik özellikleri; Phoebe'nin yüzey ayrıntıları, iç yapısı ve büyük olasılıkla Kuiper kuşağı ile bağlantılanan geçmişi; Enceladus'un daha önceden bilinmeyen atmosferi ve çevresinde yüksek yoğunluklu toz parçacıklarının saptanması sayılabilir.

Scott S. Sheppard, David C. Jewitt ve arkadaşlarının Hawaii Üniversitesi'ndeki çalışma grubu sistematik bir araştırma yürüterek 2004'te Satürn'ün 12 yeni uydusunu daha saptadılar. Bunlar, çapları birkaç kilometreyi geçmeyen ve günümüzün olanaklarıyla Yer'den yapılan gözlemlerle yakalanabilecek en küçük cisimleri oluşturmaktadırlar.

Huygens, Titan'ı keşfettiğinde ona bir ad vermemişti. Gezegenin bilinen tek uydusu olarak kaldığı sürece, 'Satürn'ün ayı' adıyla anıldı. Cassini kendi bulduğu dört uyduya kral XIV. Louis onuruna 'Louis'nin yıldızları' adını verdi, bu dönemde henüz adı olmayan Titan ise 'Huygens ayı' olarak bilindi. William Herschel'in bugün Mimas ve Enceladus olarak bilinen uyduları bulmasından yarım yüzyıl sonra oğlu John Herschel Satürn'ün tüm uydularının Yunan mitolojisi'nde Kronos'un (Roma mitolojisi'ndeki Satürn'ün eşdeğeri) kardeşleri olarak geçen Titan'ların adlarını taşımasını önerdi ve o tarihte bilinmekte olan yedi uyduya bugün taşıdıkları adları verdi. Bu gelenek, 1980'lerde Titan'ların soyundan gelenlerin adlarını da kapsayacak şekilde genişletilerek günümüze dek gelmiştir. 2000 yılından bu yana bulunan düzensiz uydulara ise bulundukları yörünge grubuna göre İnuit, İskandinav ve Galya mitolojisinde yer alan devlerin adları verilmektedir.

En büyük uydu Titan, 8. kadir derecesindeki parlaklığı ile çıplak gözle görülme sınırının altında kalır, ancak küçük bir dürbün ya da amatör teleskopla Satürn'ün yanında kolaylıkla görülür. Diğer büyük uyduların orta büyütmeli bir teleskopla görülmeleri mümkündür. Satürn'ün önemli uyduları tutulum düzlemine oldukça eğik olan Satürn ekvator düzleminde yol aldıkları için, Jüpiter uydularında gözlenen örtülme ve tutulma olayları, 30 yılda iki kez gerçekleşen Satürn ekvator düzlemi geçişleri dışında görülmez. Ancak gezegenin halkaları büyüm boyut ve parlaklıklarıyla özellikle iç yörüngelerdeki uyduların çoğunun gözlenmesini zorlaştırırlar. Bu nedenle ekvator düzlemi geçişleri uyduların rahatça izlenmesi için bir fırsat olarak kabul edilir.

Burada Satürn'ün uyduları, en kısadan en uzuna doğru yörünge periyoduna (veya yarı büyük eksene) göre listelenmiştir. Yüzeyleri küremsi olacak kadar büyük olan uydular koyu renkle vurgulanıp mavi bir arka planda belirtilirken, düzensiz uydular; kırmızı, turuncu ve gri arka planda listelenmiştir. Düzensiz uyduların yörüngeleri ve ortalama uzaklıkları sık sık gezegensel ve güneşsel tedirginlikler nedeniyle kısa zaman aralığında oldukça değişkendir, bu nedenle tüm düzensiz uyduların listelenmiş yörünge öğelerinin ortalaması 300 yıllık sayısal integrasyon üzerinden alınır. Yörünge öğelerinin tümü, 1 Ocak 2000 Karasal Zaman dönemine dayanmaktadır.

Aşağıdaki nesneler (Cassini tarafından gözlemlenmiştir) katı cisimler olarak onaylanmamıştır. Bunların gerçek uydular mı yoksa F Halkası içindeki kalıcı yığınlar mı olduğu henüz belli değil.

Farklı gök bilimciler tarafından iki uydunun keşfedildiği iddia edildi, ancak bir daha asla görülmedi. Her iki uydunun da Titan ve Hyperion arasında yörüngede döndüğü söylenmişti.

Themis, 1905'te astronom William Pickering tarafından keşfedildiği iddia edildi, ancak bir daha asla görülmedi.Bununla birlikte, 1960'lara kadar çok sayıda almanak ve astronomi kitabında yer almıştı.