Sao Thổ

AU
}}
| perihelion =

}}
| semimajor =

}}
| eccentricity =
| period =

| synodic_period = 378,09 ngày
9,4492 Trái Đất
}}
| polar_radius =
Tuy khối lượng của hành tinh cao gấp 95 lần khối lượng của Trái Đất nhưng với thể tích lớn hơn 763 lần, khối lượng riêng trung bình của Sao Thổ chỉ bằng một phần tám so với của Trái Đất. Hình ảnh hành tinh có màu sắc vàng nhạt là do sự có mặt của các tinh thể amonia trong tầng thượng quyển. Dòng điện bên trong lớp hiđrô kim loại là nguyên nhân Sao Thổ có một từ trường hành tinh với cường độ hơi yếu hơn so với từ trường của Trái Đất và bằng một phần mười hai so với cường độ từ trường của Sao Mộc.

Sao Thổ có một hệ thống vành đai bao gồm chín vành chính liên tục và ba cung đứt đoạn, chúng chứa chủ yếu hạt băng với lượng nhỏ bụi và đá. Sao Thổ có 274 vệ tinh tự nhiên đã biết; trong đó 63 vệ tinh đã được đặt tên. Số lượng vệ tinh này không bao gồm hàng trăm tiểu vệ tinh ("moonlet") bên trong vành đai. Titan là vệ tinh lớn nhất của Sao Thổ và là vệ tinh lớn thứ hai trong hệ Mặt Trời, nó cũng lớn hơn cả Sao Thủy và là vệ tinh tự nhiên duy nhất trong hệ Mặt Trời có bầu khí quyển dày đặc.

Đặc trưng

Sao Thổ được phân loại là hành tinh khí khổng lồ bởi vì nó chứa chủ yếu khí và không có một bề mặt xác định, mặc dù có thể có một lõi cứng ở trong. Lõi này được bao quanh bởi lớp hiđrô kim loại lỏng dày hơn, tiếp đến là lớp lỏng gồm heli và phân tử hiđrô bão hòa mà dần dần theo độ cao chúng chuyển sang pha khí. Lớp ngoài cùng dày khoảng 1000&nbsp;km và chứa bầu khí quyển Sao Thổ.

Phần bên trong của Sao Thổ rất nóng, đạt tới nhiệt độ 11.700&nbsp;°C tại lõi, và hành tinh bức xạ nhiệt vào vũ trụ cao gấp 2,5 lần so với năng lượng bức xạ nó nhận được từ Mặt Trời. Đa số lượng năng lượng phát ra tuân theo cơ chế Kelvin–Helmholtz của quá trình hành tinh tự nén hấp dẫn chậm, nhưng nếu chỉ có duy nhất quá trình này thì không đủ giải thích lượng nhiệt Sao Thổ phát ra. Một cơ chế phụ khác có thể đó là Sao Thổ sinh ra nhiệt thông qua "sự mưa" của những giọt heli xuống sâu bên trong hành tinh. Khi những giọt này rơi qua lớp hiđrô mật độ thấp hơn giọt heli, quá trình này phát ra nhiệt lượng do sự ma sát giữa giọt và môi trường và quá trình này khiến cho tầng khí quyển Sao Thổ suy giảm lượng heli theo thời gian.

Khí quyển
Lớp khí quyển bên ngoài của Sao Thổ chứa 96,3% phân tử hiđrô và 3,25% heli. Tỉ lệ heli giảm đáng kể so với sự có mặt của nguyên tố này trong Mặt Trời.

Những cơn gió trong khí quyển Sao Thổ mạnh thứ hai so với những cơn gió thổi trên các hành tinh trong hệ Mặt Trời. Dữ liệu từ tàu Voyager cho thấy vận tốc lớn nhất của những cơn gió thổi về hướng đông hành tinh đạt tới 500&nbsp;m/s (1.800&nbsp;km/h). Trong những bức ảnh thu được từ tàu Cassini năm 2007, bán cầu bắc Sao Thổ hiện lên với màu xanh lam sáng, giống như màu của Sao Thiên Vương. Các nhà khoa học cho rằng những màu này chủ yếu là do hiện tượng tán xạ Rayleigh. Ảnh hồng ngoại tiết lộ ra tại vùng cực nam Sao Thổ có một xoáy ấm vùng cực khí quyển (warm polar vortex), một hiện tượng duy nhất xảy ra trong hệ Mặt Trời. Trong khi nhiệt độ trung bình trong khí quyển Sao Thổ khoảng −185&nbsp;°C, nhiệt độ tại xoáy khí quyển này cao đạt đến −122&nbsp;°C, và các nhà khoa học tin rằng nó là điểm ấm nhất trên Sao Thổ.

Cạnh thẳng của lục giác vùng cực bắc dài xấp xỉ 13.800&nbsp;km, lớn hơn cả đường kính của Trái Đất. Toàn bộ cấu trúc này quanh quay cực bắc với chu kỳ (bằng với chu kỳ bức xạ vô tuyến của hành tinh) và các nhà khoa học giả thuyết rằng chu kỳ này bằng với chu kỳ tự quay của phần bên trong Sao Thổ.

Cực nam

Các bức ảnh do kính thiên văn Hubble chụp vùng cực nam cho thấy sự có mặt của một dòng khí tốc độ cao (jet stream), nhưng không hình thành nên xoáy khí quyển mạnh hay cấu trúc lục giác như ở cực bắc. NASA công bố vào tháng 11 năm 2006 rằng tàu Cassini đã quan sát thấy một cơn bão dạng "xoáy thuận nhiệt đới" gần như đứng im ở cực nam Sao Thổ và xác định ra rõ ràng một mắt bão. Quan sát này rất nổi bật vì đám mây với mắt bão không xuất hiện trước đó trên bất kỳ hành tinh nào trừ Trái Đất. Ví dụ, hình ảnh từ tàu Galileo đã không quan sát thấy mắt bão trong Vết Đỏ Lớn của Sao Mộc. Cơn bão cực nam này có kích cỡ tương đương với Trái Đất, và những cơn gió ở đây có tốc độ lên đến 550&nbsp;km/h.

Những đặc điểm khác
Năm 2006, tàu không gian Cassini đã quan sát thấy một dải mây với tên gọi "Chuỗi Ngọc trai" dài 60.000&nbsp;km ở bắc bán cầu. Những đặc điểm này chính là những vùng quang mây và cho phép con tàu này có thể chụp được những tầng mây ở sâu bên dưới.

Từ quyển

Sao Thổ có từ trường đơn giản hình dáng giống lưỡng cực từ. Cường độ của nó tại xích đạo bằng - 0,21 gauss (21 µT) - xấp xỉ bằng một phần mười hai cường độ từ trường bao quanh Sao Mộc và hơi yếu hơn so với từ trường của Trái Đất. Khi tàu Voyager 2 đi vào từ quyển Sao Thổ, nó đo được áp suất gió Mặt Trời cao và từ quyển mở rộng ra vùng không gian chỉ bằng 19 lần bán kính Sao Thổ, hay 1,1 triệu km, mặc dù con tàu thu được ảnh hưởng của gió Mặt Trời trong vòng vài giờ, nó vẫn còn phát hiện được gió Mặt Trời trong khoảng 3 ngày. Từ quyển của Sao Thổ, giống như của Trái Đất, làm sinh ra hiện tượng cực quang.

Quỹ đạo và sự tự quay

Khoảng cách trung bình giữa Sao Thổ và Mặt Trời là trên 1,4 tỷ kilômét (9 AU). Với tốc độ quỹ đạo trung bình bằng 9,69&nbsp;km/s, Tháng 3 năm 2007, các nhà thiên văn thấy rằng sự biến đổi trong bức xạ vô tuyến từ hành tinh không phù hợp để sử dụng làm giá trị tốc độ tự quay của Sao Thổ. Sự biến đổi này có thể là do hoạt động từ những giếng phun phát ra từ vệ tinh Enceladus của Sao Thổ. Hơi nước phát ra bao quanh Sao Thổ từ những giếng này bị ion hóa và tạo ra sự kéo trong từ trường Sao Thổ, làm chậm sự quay tương đối của hành tinh thông qua tín hiệu vô tuyến. Vào tháng 9 năm 2007, ước lượng ban đầu về tốc độ tự quay hành tinh dựa trên nhiều số liệu quan trắc từ các tàu Cassini, Voyager và Pioneer là 10&nbsp;h 32&nbsp;m 35&nbsp;s.

Vành đai hành tinh

Vành đai sao Thổ là vành đai mở rộng nhất trong 8 hành tinh thuộc hệ Mặt Trời. Có lẽ được biết đến nhiều nhất với hệ thống vành đai hành tinh khiến nó có hình ảnh nổi bật nhất. Galileo Galilei được cho là người đầu tiên quan sát thấy vành đai này năm 1610 nhưng không thể nhận rõ nó. Hơn 40 năm sau, Christiaan Huygens là người đầu tiên mô tả rằng vật thể này là vành đai. Vành này mở rộng từ 6.630&nbsp;km đến 120.700&nbsp;km bên trên xích đạo của Sao Thổ, với độ dày trung bình bằng 20 mét và chứa tới 93% băng nước, một ít tholin và 7% cacbon vô định hình. Những hạt trong vành đai có kích thước từ những hạt bụi nhỏ cho tới những tảng băng lớn 10 m. Những hành tinh khí khổng lồ khác cũng có hệ thống vành đai, hệ thống của Sao Thổ là lớn nhất và nhìn rõ nhất. Có hai giả thuyết chính về nguồn gốc của vành đai này. Một là những phần còn lại của một vệ tinh tự nhiên của Sao Thổ đã bị phá hủy. Giả thuyết thứ hai đó là những vật liệu còn lại từ tinh vân lúc hình thành hệ Mặt Trời còn sót lại khi Sao Thổ hình thành. Một số băng nước trong vành đai xuất phát từ những mạch phun của vệ tinh Enceladus. Thay vì vậy, gần đây người ta đã xác định được tuổi của những vành đai này chỉ khoảng vài trăm triệu năm tuổi.

Xa bên ngoài vành đai ở khoảng cách 12 triệu km tính từ hành tinh đó là vành đai Phoebe, nghiêng một góc 27° so với vành đai lớn, và giống như vệ tinh Phoebe, vành đai này quay nghịch hành trên quỹ đạo. Một số vệ tinh của Sao Thổ, bao gồm Pandora và Prometheus, hoạt động như những vệ tinh chăn dắt điều khiển sự phân bố của các hạt băng nước trong vành đai và tạo nên những khoảng trống giữa các vành đai.

Vệ tinh tự nhiên

. Những điểm tối là bóng của các vệ tinh trên khí quyển Sao Thổ.]]

Tính đến tháng 3 năm 2025, Sao Thổ có 274 vệ tinh tự nhiên, 63 trong số chúng đã có tên chính thức. Titan (vệ tinh được phát hiện đầu tiên của Sao Thổ, năm 1655) là vệ tinh lớn nhất của Sao Thổ (thậm chí nó còn có kích thước to hơn hành tinh nhỏ nhất của hệ Mặt Trời là Sao Thủy 5,6%), chiếm hơn 90% tổng khối lượng của mọi vật thể quay quanh Sao Thổ bao gồm cả vành đai; trên đó đã phát hiện ra tồn tại những hợp chất hữu cơ. Nó cũng là vệ tinh duy nhất được biết có những hồ hydrocarbon. Vệ tinh lớn thứ hai của Sao Thổ, Rhea, có thể cũng có một vành đai mờ quay quanh chính nó, Thông thường, đa số các vệ tinh của Sao Thổ được đặt tên theo các vị thần Titan trong thần thoại Hy Lạp. Manh mối cho điều này gồm những hạt giàu muối với thành phần giống như "trong đại dương" mà những hạt băng này bị đẩy ra từ sự bốc hơi của nước muối lỏng phóng ra từ những mạch phun. Năm 2015, thông qua dòng hải lưu trên Enceladus, tàu Cassini đã phát hiện thấy hầu hết các thành phần để duy trì các dạng sống trên vệ tinh nhờ quá trình sản sinh metan.

Lịch sử thám hiểm

Đã có ba giai đoạn chính trong quan sát và thăm dò Sao Thổ. Kỷ nguyên đầu tiên đó là quan sát từ thời cổ đại (như bằng mắt thường), trước khi phát minh ra kính thiên văn. Bắt đầu từ thế kỷ XVII với sự phát triển của kính thiên văn đã thúc đẩy thiên văn quan sát từ mặt đất. Kỷ nguyên thứ ba đó là những chuyến thăm dò của tàu không gian, hoặc quay trên quỹ đạo hoặc bay qua. Trong thế kỷ XXI quá trình nghiên cứu tiếp tục với những quan sát từ Trái Đất (hoặc từ các vệ tinh quay quanh quỹ đạo Trái Đất) và tàu Cassini quay quanh Sao Thổ.

Quan sát từ thời cổ đại

Sao Thổ đã được biết đến từ thời cổ đại. Trong thời kỳ này, nó là thiên thể xa nhất trong số năm hành tinh đã biết trong hệ Mặt Trời (ngoại trừ Trái Đất) và cũng được gán cho nhiều nhân vật trong thần thoại các nền văn minh khác nhau. Các nhà thiên văn Babylon đã quan sát một cách có hệ thống và ghi chép lại chuyển động của Sao Thổ.

Ptolemy, một nhà triết học Hy Lạp sống ở Alexandria, Nền văn minh Trung Hoa, Nhật Bản, Triều Tiên và Việt Nam cổ đại gọi hành tinh này là Thổ Tinh (土星), đặt tên dựa theo nguyên tố thổ của Ngũ Hành.

Người Hebrew cổ đại gọi Sao Thổ là 'Shabbathai'. Trong tiếng Ottoman Thổ Nhĩ Kỳ, tiếng Urdu và tiếng Mã Lai, hành tinh có tên gọi 'Zuhal', viết từ chữ Ả Rập زحل.

Quan sát ở châu Âu (thế kỷ XVII–XIX)
(1659): hình trên là giải thích của ông về sự thay đổi của vành Sao Thổ khi hành tinh quay quanh Mặt Trời, hình dưới là vành đai khi Sao Thổ ở vị trí nghiêng nhất khi nhìn từ Trái Đất.]]

Để quan sát thấy vành đai Sao Thổ từ mặt đất cần một kính thiên văn có đường kính ít nhất 15&nbsp;mm

Voyager bay qua

Tháng 11 năm 1980, con tàu không gian Voyager 1 đến hệ thống Sao Thổ. Nó đã gửi về những bức ảnh phân giải cao của hành tinh, các vành đai và vệ tinh của nó. Chi tiết bề mặt của nhiều vệ tinh đã được quan sát lần đầu tiên. Voyager&nbsp;1 cũng đã bay qua vệ tinh Titan, gửi thêm nhiều dữ liệu và tăng độ hiểu biết của các nhà thiên văn về khí quyển vệ tinh này. Nó chứng minh rằng không thể quan sát bề mặt Titan qua bước sóng khả kiến; do vậy các nhà khoa học đã không có một bức ảnh nào về bề mặt vệ tinh này. Chuyến bay qua có mục đích làm thay đổi quỹ đạo Voyager 1 để quỹ đạo của nó rời khỏi mặt phẳng quỹ đạo của hệ Mặt Trời.

Khoảng một năm sau, vào tháng 8 năm 1981, Voyager 2 tiếp tục bay qua và nghiên cứu hệ thống hành tinh này. Thêm nhiều bức ảnh chụp gần các vệ tinh Sao Thổ gửi về Trái Đất, cũng như thêm những dữ liệu về sự thay đổi trong khí quyển vành đai hành tinh. Thật không may, trong giai đoạn bay qua, camera đã không điều chỉnh được góc chụp trong hai ngày và do vậy một số kế hoạch chụp ảnh đã bị hủy. Trường hấp dẫn của Sao Thổ đã được lợi dụng để đẩy con tàu đến Sao Thiên Vương.

Năm 2006, cơ quan NASA thông báo tàu Cassini đã phát hiện ra dấu vết của nước lỏng phóng ra từ những mạch nước phun trên vệ tinh Enceladus. Trong các bức ảnh chụp đã hiện ra những tia chứa hạt băng đang được phun vào quỹ đạo quanh Sao Thổ từ những mạch phun ở vùng cực nam vệ tinh này. Theo nhà khoa học hành tinh Andrew Ingersoll, Viện Công nghệ California, "Những vệ tinh khác trong hệ Mặt Trời có những đại dương nước lỏng bao phủ bởi lớp băng dày hàng kilômét. Điều khác biệt ở đây đó là nước lỏng có thể ở sâu 10 m ngay dưới bề mặt." Tháng 5 năm 2011, các nhà khoa học NASA tại hội nghị về mặt trăng Enceladus thông báo Enceladus "có thể là một nơi sống được bên ngoài Trái Đất trong hệ Mặt Trời khi chúng ta biết về nó".

Các bức ảnh của tàu Cassini cũng mang lại những khám phá mới khác. Nó đã khám phá thêm một số vành đai hành tinh mới, bên ngoài vành đai sáng chính cũng như bên trong các vành G và E. Nguồn gốc của những vành này là hệ quả của vụ va chạm giữa những thiên thạch với hai vệ tinh của Sao Thổ. Tháng 6 năm 2006, Cassini phát hiện ra những hồ hiđrôcabon gần cực bắc của Titan, và được xác nhận vào tháng 1 năm 2007. Tháng 3 năm 2007, thêm những bức ảnh gần cực bắc Titan tiết lộ ra những "biển" hydrocarbon, với cái rộng nhất có diện tích bằng biển Caspi. Tháng 10 năm 2006, con tàu phát hiện ra một cơn bão đường kính 8.000&nbsp;km với một mắt bão ở cực nam của Sao Thổ.

Từ năm 2004 đến 2009, con tàu đã phát hiện và xác nhận thêm 8 vệ tinh mới. Nhiệm vụ cơ bản của nó kết thúc vào năm 2008 khi hoàn thành 74 vòng quỹ đạo quanh Sao Thổ. Vào tháng 4 năm 2013, Cassini gửi về các bức ảnh chụp một cơn bão tại cực bắc Sao Thổ, lớn hơn cơn bão đã được tìm thấy trên Trái Đất 20 lần với những cơn gió thổi với tốc độ nhanh hơn 530&nbsp;km/h. Ngày 15 tháng 9 năm 2017, tàu vũ trụ Cassini-Huygens thực hiện "phần cuối cùng" của nhiệm vụ: một số lần tàu vũ trụ bay qua các khoảng trống giữa Sao Thổ và vành đai phía trong của Sao Thổ. Sự thâm nhập khí quyển của tàu Cassini đã kết thúc nhiệm vụ của nó.

Các chương trình trong tương lai

Cơ quan Hàng không & Vũ trụ Mỹ và Cơ quan vũ trụ châu Âu từng hợp tác xây dựng chương trình thám hiểm hệ thống Sao Thổ và vệ tinh Titan có tên gọi Titan Saturn System Mission (TSSM), dự kiến chi phí 2,5 tỷ USD khởi hành năm 2020 (sau dự án nghiên cứu Sao Mộc và vệ tinh của nó Europa: EJSM/Laplace), mượn quán tính Trái Đất và sức hút hấp dẫn của Sao Kim để đến gần Sao Thổ vào khoảng năm 2029. TSSM dự kiến đi vòng quanh Sao Thổ trong 2 năm, lấy mẫu Titan trong 2 tháng và bay vòng quanh vệ tinh này trong 20 tháng. Năm 2009 cơ quan ESA đã rút khỏi dự án này, hiện tại dự án TSSM không được chính phủ Mỹ phê duyệt ngân sách cho NASA triển khai dự án này, và nó mới chỉ trên khái niệm nghiên cứu, chưa có ngày phóng cụ thể hoặc những bước thực hiện chế tạo tàu.

Quan sát

Sao Thổ là hành tinh xa nhất trong số năm hành tinh có thể quan sát bằng mắt thường, những hành tinh khác bao gồm Sao Thủy, Sao Kim, Sao Hỏa và Sao Mộc (Sao Thiên Vương và 4 Vesta có thể nhìn bằng mắt thường nhưng trong trời rất tối và không có ánh sáng nhân tạo). Vào đêm tối trời, Sao Thổ hiện ra như một điểm sáng, màu vàng với cấp sao biểu kiến thường từ +1 và 0. Nó mất xấp xỉ 29½ năm để đi hết một vòng đường Hoàng Đạo trong nền trời của các chòm sao Hoàng Đạo. Đa số những người muốn quan sát hành tinh này phải sử dụng kính thiên văn (hoặc ống nhòm lớn) phóng đại ít nhất 20 lần mới có thể nhìn thấy được vành đai của nó. cho dù Sao Thổ gần Trái Đất hơn vào cuối năm 2003.

}}

Liên kết ngoài

Tiếng Anh
Saturn profile at NASA's Solar System Exploration site
Saturn Fact Sheet, by NASA
Gazeteer of Planetary Nomenclature – Saturn (USGS) bản lưu
Dự án Cassini–Huygens của NASA về Sao Thổ

Research News about Saturn
General information about Saturn
Studies on the Rings of Saturn - Diễn tả lý thuyết của các vòng Sao Thổ Vladimir V. Tchernyi, Andrew Ju. Pospelov, Serge V. Girich, The Academy For Future Science
Astronomy Cast, Episode 59: Saturn 22/10/2007
Outside In – Space Film – (now "In Saturn’s Rings") movie for Giant Screen & IMAX™ theaters – film animated from hundreds of thousands of still Cassini photographs
Saturn During Daylight in Brisbane (12&nbsp;inch telescope) 16/11/2011
Saturn 'Rev 175' Raw Preview 28/11/2012
A Trip Into Space - Saturn From Voyager 2 - Một cuộc đi không gian Sự tả và các ảnh của Sao Thổ
Tiếng Việt