Saturnus

Hierdie artikel handel oor die planeet Saturnus. Vir ander betekenisse van die naam, sien Saturnus (dubbelsinnig).

Saturnus is die sesde planeet van die Son af. Dit is 'n gasreus en die tweede grootste planeet in die sonnestelsel ná Jupiter. Die planeet is vernoem na die Romeinse god Saturnus en sy simbool  is 'n ligatuur van die Griekse letters kappa-rho, vir Saturnus se Griekse naam Cronus.

Saturnus het 'n kenmerkende ringstelsel wat hoofsaaklik bestaan uit ysdeeltjies, klipperige afval en stof. Die planeet het 82 mane, waarvan Titaan die grootste is.

Die samestelling van Saturnus bestaan hoofsaaklik uit waterstof, met klein proporsies helium en spore van ander elemente. Inwendig bestaan die planeet uit 'n klein kern van rots en ys wat deur 'n dik laag waterstof en 'n gasagtige buitelaag omhul word.

Wind op Saturnus kan 'n snelheid van tot 1 800 km/h bereik, wat heelwat vinniger is as die snelheid van wind op Jupiter. Saturnus het ook 'n planetêre magneetveld; die sterkte daarvan lê tussen die sterkte van die Aarde se magneetveld en die kragtiger veld om Jupiter.

Fisiese eienskappe 

Saturnus is 'n afgeplatte sferoïde, dit wil sê hy is sigbaar afgeplat by die pole en bult uit by die ewenaar. Die planeet se ewenaardeursnee en pooldeursnee verskil amper 10% (120 536 km teenoor 108 728 km). Dit is as gevolg van sy uiters vinnige rotasiespoed en vloeistoftoestand. Die ander planete is ook afgeplat, maar nie so baie nie.

Saturnus het ook die laagste digtheid van al die planete in die sonnestelsel: gemiddeld 0,69, wat heelwat laer is as water. Dit is egter slegs die gemiddelde waarde: Saturnus se kern is heelwat digter as water, maar die boonste atmosfeer is so gasagtig dat dit die gemiddeld merkwaardig afbring.

Samestelling 
Saturnus se buitenste atmosfeer bestaan uit 93,2% molekulêre waterstof en 6,7% helium. Spore van ammoniak, asetileen, etaan en metaan is ook bespeur. Die boonste wolke bestaan uit ammoniakkristalle, terwyl dit lyk of die laer wolke uit ammoniumhidrosulfied (NH4) of water bestaan.

Interne struktuur 
Saturnus is inwendig soortgelyk aan Jupiter, met 'n rotsagtige kern in die middel wat omhul word deur 'n vloeibare metaliese waterstoflaag wat weer deur 'n molekulêre waterstoflaag omhul word. Spore van verskeie yse is ook teenwoordig. Die binneste deel van die planeet is baie warm, met 'n kern wat oor die 12 000 kelvin (11 700 °C) meet; die planeet gee ook meer hitte af as wat hy van die Son ontvang. Die meeste ekstra energie word deur die Kelvin-Helmholtz-meganisme (stadige swaartekragsamepersing) opgewek, maar dit is nie genoeg om Saturnus se hitteproduksie te verduidelik nie. 'n Moontlike bykomende meganisme is die "reën" van heliumdruppels diep binne-in Saturnus: Daar word geglo sulke heliumdruppels gee deur middel van wrywing hitte af namate hulle deur die ligter waterstof val.

Atmosfeer 

Saturnus se atmosfeer het 'n kenmerkende ringpatroon wat sterk aan Jupiter s'n herinner, maar Saturnus se ringe is vaer en baie wyer naby aan die ewenaar. Die planeet se winde is van die vinnigste in die sonnestelsel. Voyager se data dui op oostewinde met 'n maksimum spoed van 500 m/s. Saturnus se delikater wolkpatrone is nie waargeneem tot met Voyager se besoek nie. Sedertdien het tegnologie egter so gevorder dat daar tans normale waarnemings van die Aarde af gemaak kan word.

Saturnus se redelik eentonige atmosfeer vertoon soms langdurige ovale en ander verskynsels wat algemeen op Jupiter is. In 1990 het die Hubble-ruimteteleskoop 'n enorme wit wolk naby Saturnus se ewenaar waargeneem wat nie daar was met Voyager se besoeke nie en in 1994 is 'n ander, kleiner storm waargeneem. Die 1990-storm was 'n voorbeeld van 'n Groot Wit Vlek, 'n unieke, maar kort gebeurtenis wat ongeveer elke 30 jaar op Saturnus voorkom. Vorige vlekke is in 1876, 1903, 1933, 1960 en 1990 waargeneem: die 1933-storm is die bekendste. As die storm aanhou om dié patroon te volg behoort die volgende vlek omstreeks 2020 te verskyn.

In onlangse beelde van die Cassini-ruimtetuig lyk Saturnus se noordelike halfrond helderblou (soortgelyk aan Uranus). Die blou kleur kan nie tans van die Aarde af waargeneem word nie, aangesien Saturnus se ringe op die oomblik ons uitsig op die noordelike halfrond blokkeer. Die blou kleur is waarskynlik as gevolg van Rayleigh-verstrooiing.

Sterrekundiges het deur middel van infrarooifotografie gewys Saturnus het 'n warm poolmaalstroom; tot dusver is hy die enigste planeet in die sonnestelsel met dié verskynsel.

'n Skynbaar permanente heksagoniese golfpatroon in die atmosfeer om die noordelike poolmaalstroom by ongeveer 78°N is vir die eerste keer in die Voyager-beelde waargeneem en deur Cassini bevestig. Beelde van die Hubble-ruimteteleskoop dui op die teenwoordigheid van 'n straalstroom aan, maar geen sterk suidelike poolmaalstroom of enige heksagoniese golfpatroon nie. NASA het egter in November 2006 gerapporteer dat die Cassini-ruimtetuig 'n "orkaanagtige" storm by die suidpool waargeneem het wat 'n duidelik gedefinieerde oog in die wolke gehad het. Die waarneming is van belang omdat sulke oë in stormwolke nog op geen ander planeet behalwe die Aarde waargeneem is nie. (Die Galileo-ruimtetuig het geen oog in Jupiter se Groot Rooi Vlek kon waarneem nie.)

Rotasie 

Saturnus beweeg nie teen 'n eenvormige spoed om sy eie as nie, dus word meer as een rotasieperiode met hom verbind (nes met Jupiter). Stelsel I het 'n periode van 10 uur, 14 minute en 0 sekondes (844,3°/d) en bevat die ekwatoriale omgewing vanaf die noordpunt van die suid-ekwatoriale gordel en die suidpunt van die noord-ekwatoriale gordel. Alle ander breedtegrade het 'n rotasieperiode van 10 uur, 39 minute en 24 sekondes (810,76°/d), ook bekend as Stelsel II. Stelsel III word gebaseer op die radio-uitstralings van die planeet en het 'n periode van 10 uur, 39 minute en 22,4 sekondes (810,8°/d); aangesien die verwantskap tussen Stelsels II en III so nou is, het laasgenoemde Stelsel II grotendeels vervang.

Terwyl die Cassini-ruimtetuig Saturnus in 2004 genader het, het dit 'n geringe versnelling in die radio-rotasieperiode van Saturnus waargeneem; die nuwe tydsduur was 10 uur, 45 minute en 45 sekonds (± 36 sekondes). Die oorsaak van die versnelling is onbekend, alhoewel gespekuleer word dat dit as gevolg van die beweging van die radiobron na 'n ander breedtegraad binne-in Saturnus kan wees.

Saturnus se ringe 
 Hoofartikel: Saturnus se ringe.
Saturnus is seker een van die merkwaardigste planete in die sonnestelsel danksy sy bekende stelsel ringe wat om hom wentel.

Geskiedenis 

Hierdie ringe is in 1610 die eerste keer waargeneem deur Galileo Galilei met sy teleskoop, maar hy kon hulle nie as sodanig identifiseer nie. Hy het aan die Hertog van Toskane geskryf: "Die planeet Saturnus is nie alleen nie, maar bestaan uit drie, wat amper aan mekaar raak, maar nooit beweeg of uit verhouding gaan nie. Hulle is in 'n lyn parallel met die diereriem geleë en die middelste een (Saturnus self) is sowat drie keer die grootte van sy planete [die ringe]." Hy het ook daarna verwys as Saturnus se "ore". In 1612, as gevolg van die rotasie van die planeet en sy ringe was die vlak ringe reguit na die Aarde gedraai en het dit gelyk asof hulle verdwyn het. In 1613 het hulle weer verskyn, tot die konsternasie van Galilei.

In 1655 was Christiaan Huygens die eerste persoon wat voorgestel het dat Saturnus deur 'n ring omring word. Deur middel van 'n teleskoop wat meer gevorderd as Galilei s'n was, het Huygens die planeet bestudeer en waargeneem: "Dit [Saturnus] is omring deur 'n dun, plat ring wat niks aanraak nie en 'n neiging na die elliptiese het."

In 1675 het Giovanni Domenico Cassini vasgestel Saturnus se ring bestaan eintlik uit 'n aantal kleiner ringe en dat daar spasies tussen die ringe is. Die grootste van hierdie spasies is later die Cassini-verdeling genoem.

In 1859 het James Clerk Maxwell gedemonstreer dat die ringe nie solied kan wees nie, anders sou hulle onstabiel word en breek. Hy het voorgestel die ringe is uit kleiner deeltjies saamgestel wat saam om Saturnus wentel. Maxwell se teorie is in 1895 korrek bewys deur die spektroskopiese bestudering van die ringe deur James Keeler van die Lick-sterrewag in Kalifornië.

Fisiese eienskappe 

Saturnus se ringe kan met behulp van 'n klein moderne teleskoop of selfs net 'n goeie verkyker waargeneem word. Hulle strek van 6 630 km tot 120 700 km bo Saturnus se ewenaar met 'n algemene gemiddelde dikte van 'n kilometer en is saamgestel uit silikarots, ysteroksied en ysdeeltjies wat wissel in grootte van so groot soos 'n stofdeeltjie tot die grootte van 'n motor. Daar is twee hoofteorieë oor die ontstaan van die ringe. Een teorie, wat oorspronlik in die 19de eeu deur Édouard Roche voorgestel is, beweer die ringe is oorblyfsels van een van Saturnus se mane waarvan die wentelbaan so verswak het dat dit deur getykragte uiteengeruk is (sien Rochelimiet). 'n Variasie hiervan stel voor die maan is deur 'n groot komeet of asteroïde getref en het toe uiteengespat. Volgens die tweede teorie was die ringe nie deel van 'n maan nie, maar eerder die oorblyfsels van die oorspronklike newel waaruit Saturnus ontstaan het. Die teorie is tans nie meer gewild nie – daar word geglo Saturnus se ringe is oor 'n tydperk van miljoene jare onstabiel is en bly verander, en dus het dit onlangs eers ontstaan.

Die grootste gapings tussen Saturnus se ringe, soos die Cassini-verdeling en die Encke-gaping, kan van die Aarde af gesien word. Die Voyager-ruimtetuie het egter ontdek dat daar 'n ingewikkelde stelsel van duisende klein gapings en klein ringe is. Daar word gespekuleer die stelsel is die gevolg van die swaartekragsaantrekkings van Saturnus se baie mane. Sommige van die gapings het hul ontstaan te danke aan die wentelbane van klein mane (waarvan baie nog nie ontdek is nie), soos Pan, en sommige ringe blyk in stand gehou te word deur klein herdersmane soos Prometheus en Pandora. Ander gapings ontstaan as gevolg van die resonansie tussen die wentelperiode van klein deeltjies in die gaping en dié van 'n groter maan wat verder weg is. Mimas hou die Cassini-verdeling op so 'n manier in stand. Ander strukture in die ringe bestaan uit spiraalgolwe wat deur die mane se tydelike swaartekragversteurings veroorsaak word.

Data van die Cassini-ruimtetuig het aangedui Saturnus se ringe het hulle eie atmosfeer, onafhanklik van die planeet s'n. Die ringe se atmosfeer bestaan uit molekulêre suurstofgas (O2) wat ontstaan wanneer die ultravioletstrale van die Son met die waterys in die ringe reageer. Chemiese reaksies tussen die watermolekulefragmente en verdere ultravioletstimulasie skep en stel onder andere O2 vry. Volgens modelle van hierdie atmosfeer is H2 ook teenwoordig. Die O2- en H2-atmosfeer is egter so dun verspreid dat dit ongeveer een atoom dik sou wees as die hele atmosfeer op 'n manier op die ringe gekondenseer word. Die ringe het ook 'n dun verspreide OH (hidroksied)-atmosfeer. Soos in die geval van die O2 onstsaan hierdie atmosfeer deur die disintegrasie van watermolekules, maar in dié geval word die disintegrasie veroorsaak deur energieke ione wat bots teen watermolekules wat deur Saturnus se maan Enkelados uitgewerp word. Alhoewel hierdie atmosfeer so dun verspreid is, is dit van naby die Aarde af deur die Hubble-ruimteteleskoop ontdek.

Saturnus se helderheidspatrone is ingewikkeld. Die grootste deel van die variasies is vanweë die veranderende aspekte van die ringe – dit wil sê hul posisie ten opsigte van die Aarde. Daar is twee helderheidsiklusse per omwenteling. Daar moet egter ook rekening gehou word met die planeet se eksentrisiteit wat sy wentelbaan betref – dit beteken hy kry nie altyd dieselfde hoeveelheid lig van die Son af nie en weerkaats dus nie altyd dieselfde hoeveelheid nie.

In 1980 het Voyager I verby Saturnus gevlieg en ontdek dat die F-ring (die buitenste ring) saamgestel is uit drie dun ringe wat lyk asof dit volgens 'n ingewikkelde struktuur gevleg is. Dit is tans bekend dat die twee buitenste ringe (van die drie) bestaan uit knoppe, knikke en klonte wat die illusie van 'n vlegsel skep, terwyl die middelste, vaer ring tussen die twee lê.

Die ringe se speke 

Tot 1980 is die struktuur van Saturnus se ringe toegeskryf aan die gevolg van swaartekrag. Die Voyager-ruimtetuig het egter radiale verskynsels in die B-ring ontdek, waarna as "speke" verwys word. Hierdie speke kan nie as gevolg van swaartekrag verduidelik word nie, aangesien hulle permanente posisie en wenteling om die ringe nie ooreenstem met wentelmeganika nie. Die speke lyk donkerder teen die verligte kant van die ringe en lig teen die verdonkerde kant. Daar word aangeneem hulle is verwant aan elektromagnetiese wisselwerkings, aangesien hulle amper saam met Saturnus se magnetosfeer beweeg.

Sowat 25 jaar later het Cassini weer die speke waargeneem. Hulle blyk 'n seisoenale verskynsel te wees: Hulle verdwyn in die middel van Saturnus se winter en somer en verskyn dan weer namate Saturnus nader aan sy dag-en-nagewenings beweeg. Die speke was nie sigbaar toe Cassini Saturnus in 2004 besoek het nie. Sommige wetenskaplikes het gespekuleer die speke sou nie weer voor 2007 sigbaar wees nie, gebaseer op modelle wat die speke se formasie probeer beskryf. Die Cassini-span het nietemin bly uitkyk vir speke in inkomende beelde van die ringe, en die speke was weer op beelde te sien wat op 5 September 2005 geneem is.

Saturnus se natuurlike satelliete 
 Hoofartikel: Saturnus se natuurlike satelliete.
Saturnus het 'n groot aantal mane. Dit is nie bekend presies hoeveel daar is nie, aangesien die wentelende stukke ys in Saturnus se ringe tegnies gesproke almal mane is en dit is moeilik om te onderskei tussen 'n groot ysdeeltjie en 'n klein maan. Teen 2019 is 82 mane reeds geïdentifiseer, saam met drie onbevestigde mane wat miskien net groot klonte in die ringe is. Baie van die mane is uiters klein: Van die 82 het 30 'n deursnee van minder as 10 km en nog 13 'n deursnee van minder as 50 km. Slegs sewe van die mane was groot genoeg om deur hul swaartekrag rond gedruk te word. Hulle word in die tabel hieronder met die Aarde se Maan vergelyk. Die noemenswaardigste maan is Titaan, aangesien hy die enigste maan in die Sonnestelsel is met 'n digte atmosfeer.

Saturnus se mane word tradisioneel na Titane van die Griekse mitologie vernoem. Die gewoonte het ontstaan nadat John Herschel – die seun van William Herschel en die ontdekker van Mimas en Enkelados – dit voorgestel het in sy 1847-uitgawe van Results of Astronomical Observations made at the Cape of Good Hope; die Titane was die broers en susters van Kronos, die Griekse ekwivalent van die Romeinse god Saturnus, na wie die planeet vernoem is.

Verkenning van Saturnus

Pioneer 11 
Saturnus is vir die eerste keer in September 1979 besoek, deur Pioneer 11. Dit het binne 20 000 km van die planeet se boonste wolke verbygevlieg en laeresolusiebeelde van die planeet en sommige van sy mane geneem. Hierdie beelde was egter nie goed genoeg om enige oppervlakeienskappe te kon waarneem nie. Die ruimtetuig het ook die ringe bestudeer; tussen die ontdekkings was die dun F-ring en die feit dat die donker gapings tussen die ringe helder vertoon wanneer dit in die rigting van die son gesien word, met ander woorde, hulle het nie 'n gebrek aan materie nie. Pioneer 11 het ook Titaan se temperatuur gemeet.

Voyager 

In November 1980 het die die Voyager 1-ruimtetuig die Saturnusstelsel besoek. Dit het die eerste hoëresolusiebeelde van die planeet, ringe en satelliete teruggestuur. Die oppervlakke van verskeie mane kon vir die eerste keer gesien word. Voyager 1 het baie na aan Titaan verbygevlieg en sodoende ons kennis oor die maan se atmosfeer aansienlik vergroot. Daar is egter ook bewys dat Titaan se atmosfeer nie deur sigbare golflengtes deurdring kan word nie, en daarom kon weer eens geen oppervlakeienskappe waargeneem word nie. Die besoek het ook die begin van die ruimtetuig se vliegroete uit die Sonnestelselvlak uit gekenmerk.

Amper 'n jaar later, in Augusts 1981, het Voyager 2 die bestudering van die Saturnusstelsel voortgesit. Weer eens is meer beelde van Saturnus se mane van naderby verkry, asook bewyse van veranderings in Saturnus se atmosfeer en ringe. Ongelukkig het die ruimtetuig se beweegbare kamera tydens die besoek vir 'n paar dae lank vasgesit en sommige beplande foto's is nie geneem nie. Saturnus se swaartekrag is gebruik om die ruimtetuig na Uranus te stuur.

Die ruimtetuie het ook 'n aantal nuwe satelliete, wat naby of binne Saturnus se ringe wentel, ontdek en bevestig. Hulle het ook die klein Maxwell- en Keeler-gaping ontdek.

Cassini 

Op 1 Julie 2004 het die Cassini-Huygens-ruimtetuig in 'n wentelbaan om Saturnus gegaan. Cassini het egter die omliggende stelsel vooraf reeds bestudeer. In Junie 2004 het die ruimtetuig naby die maan Phoibe verbygevlieg en hoëresolusiebeelde en data teruggestuur.

Die wenteltuig het twee keer verby Titaan gevlieg voordat die Huygens-verkenningstuig op 25 Desember 2004 na die maan se oppervlak gestuur is. Huygens het op 14 Januarie 2005 suksesvol op Titaan se oppervlak geland en tydens en ná die landing 'n menigte data teruggestuur. Gedurende 2005 het Cassini verskeie kere verby Titaan en ander ysige satelliete gevlieg.

Op 10 Maart 2007 het NASA gerapporteer dat die Cassini-ruimtetuig bewyse van vloeibare waterreservoirs gevind het wat in geisers op Saturnus se maan Enkelados uitbars.

Op 20 September 2006 het die Cassini-ruimtetuig 'n voorheen onontdekte ring ontdek, buite die helderder hoofringe van Saturnus en binne die G- en E-ring.

Einde 2006 het die ruimtetuig vier nuwe satelliete ontdek en bevestig. Sy hoofsending het in 2008 ten einde geloop, nadat dit 74 keer om die planeet gewentel het.

Besigtiging 
Saturnus is die verste van die vyf planete wat maklik sonder enige gereedskap waargeneem kan word. Die ander vier is Mercurius, Venus, Mars en Jupiter (Uranus is slegs in baie donker gebiede sigbaar). Saturnus was ook die mees onlangs ontdekte planeet tot met die ontdekking van Uranus in 1781. Saturnus kom snags voor as 'n helder, geel ster met 'n gemiddelde magnitude van 0,46. Dit neem ongeveer 29½ jaar om sy elliptiese wentelbaan teen die agtergrond van die twaalf sterrebeelde van die diereriem te voltooi. Om Saturnus se ringe duidelik te sien word gereedskap in die vorm van goeie verkykers of teleskope benodig wat minstens 20x vergroot.

Alhoewel dit enige tyd lonend is om Saturnus te besigtig, word die planeet en sy ringe die beste waargeneem wanneer sy ringe in 'n goeie posisie ten opsigte van die Son en Aarde is. Die planeet was laas op 13 Januarie 2005 op sy helderste, te danke aan die helling van sy ringe. Die volgende keer is eers weer in 2031.

Wanneer 'n mens Saturnus besigtig, is dit interessant om in gedagte te hou die planeet is 75 ligminute van die Aarde af. Die beteken dit wat ons sien, is hoe Saturnus 75 minute tevore gelyk het.

Verwysings

Eksterne skakels 
  Beeldargief van Saturnus by die NASA/ESA/Hubble-ruimteteleskoop se webwerf.
  Saturn Fact Sheet – Feite oor Saturnus by NASA se webargiewe.
  Cassini-Huygens: mission to Saturn an Titan  – NASA se webtuiste vir die Cassini-missie.
  Change of seasons on Saturn by die Hubblesite-webwerf.
  Theoretical description of the rings of Saturn  by die Academy for Future Science se webwerf.
  Planets – Saturn – 'n Engelse gids tot Saturnus vir kinders.
  'n .wav opname van Saturnus se radio uitstralings by die NASA-webwerf.

 Hierdie artikel is vertaal uit die Engelse Wikipedia