SATURN: CARACTERÍSTIQUES, COMPOSICIÓ, ÒRBITA, ESTRUCTURA - ART - 2025

Saturn és el segon planeta més gran de sistema solar després de Júpiter. Conegut pel seu sistema d'anells, pertany als planetes anomenats jovians, que es troben després de l'cinturó d'asteroides, que els separa dels planetes rocosos.

Conegut des de l'antiguitat, ja que és un dels 5 planetes visibles a simple vista i el més allunyat d'ells, Galileu va ser el primer a observar-lo amb telescopi en 1610. Encara que va notar la deformació causada pels anells, la manca de resolució de l'instrument no li va permetre distingir la seva forma.

El planeta gasós Saturn, comparat amb la Terra, 95 vegades menor. Font: Saturn image: NASA / JPL / Space Science InstituteEarth image: NASA / Apollo 17 crew / Public domain.

Va ser anys després, en 1659, quan Christian Huygens va descriure encertadament els famosos anells. Poc temps després, l'astrònom italià Giovanni Cassini es va adonar que els anells tenien una divisió, que ara es diu divisió Cassini.

Tot i que els astrònoms de l'antiguitat no van poder detallar el sistema d'anells, la de per si magnífica visió de l'planeta va haver impressionar prou per donar-li noms com «ALAP Sahmas» (estrella de el Sol) per als caldeus, «Phaenon» (brillant com el sol) per als grecs o «Khima» (responsable de l'diluvi universal) per als hebreus.

Els antics romans van associar a l'planeta amb el déu grec Cronos, pare de Zeus, a el qual cridaven Saturn. En honor a aquesta deïtat celebraven al mes de desembre les festes anomenades Saturnals, que posteriorment els antics cristians van associar amb el Nadal.

Altres cultures antigues com els hindús, xinesos i maies també tenen en els seus registres observacions de la planeta. Per als maies, les dates en què ocorrien les conjuncions de Saturn, Júpiter i Mart eren festives.

Característiques generals de Saturn

Saturn no és tan gran com Júpiter, té només un terç de la seva massa, mentre que el seu radi és un 16% menor.

És el menys dens dels planetes; amb 687 kg / m ³ podria surar en l'aigua si hi hagués un oceà tan gran com per contenir-lo. Està compost fonamentalment d'hidrogen i heli, els elements més lleugers coneguts, tot i que conté altres en molta menor proporció.

Saturn posseeix camp magnètic propi, menys intens que el de Júpiter, però molt més que el terrestre, amb l'eix magnètic paral·lel a l'eix de rotació. Per això són comuns les aurores en forma de cercles concèntrics, just a cada regió polar. Aquestes es formen pel moviment de les partícules carregades elèctricament enmig de l'intens camp magnètic de la planeta.

Una altra característica distintiva de Saturn és la calor que llança a l'espai, ja que irradia gairebé el doble de l'energia que rep de el Sol. L'interior de Saturn està molt calent i els científics creuen que es deu a la condensació de l'hidrogen líquid a elevada pressió.

La pressió a l'interior de Saturn arriba a ser un milió de vegades més gran que la pressió atmosfèrica terrestre. Les gotes d'hidrogen líquid adquireixen velocitat a mesura que discorren cap al centre de la planeta, produint calor.

L'hidrogen líquid es comporta com un metall, i no només és responsable de la calor irradiat, sinó de l'efecte dinamo creador de el camp magnètic.

L'atmosfera de Saturn s'assembla a la de Júpiter, amb un patró similar de bandes clares i fosques. Els núvols consisteixen de cristalls d'amoníac, aigua i hidrosulfuro d'amoni.

Hi forts vents i ocasionals tempestes que duren mesos terrestres. Els vents equatorials a Saturn poden arribar als 500 m / s.

Resum de les principals característiques físiques de l'planeta

-Massa: 5.69 x 10 ²⁶ kg.

-Ràdio equatorial: 6.0 x 10 ⁴ km

-Ràdio polar: 5.4 x 10 ⁴ km

-Forma: aplatat.

-Distància mitjana a el Sol: 1.4 x 10 ⁹ km

- Inclinació de l'òrbita: 2.5º respecte a l'eclíptica.

Temperatura: entre -139 i -189 ºC.

-Gravedad: 10.4 m / s ²

-Camp magnètic propi: Sí.

-Atmósfera: Sí, majorment hidrogen.

-Densitat: 687 kg / m ³

-Satèl·lits: 82 formalment designats, molts altres llunes diminutes, sense designació.

-Anells: Sí, un sistema complex.

Els anells de Saturn

El sistema d'anells de Saturn és únic en el sistema solar per la seva extraordinària bellesa. Font: Pixabay.

Els anells són el segell distintiu de Saturn, perquè encara que els altres gegants gasosos també els posseeixen, sense cap dubte els d'aquest planeta són els més espectaculars.

Els anells estan compostos principalment de gel i roques i es mantenen en forma gràcies a l'acció gravitatòria d'alguns satèl·lits especialitzats: els satèl·lits pastors.

Il·lustració dels anells de Saturn

A l'començament, per falta de resolució en els seus telescopis, els astrònoms van pensar que els anells formaven un disc continu de matèria al voltant de la planeta. En tot cas, el gruix de el sistema és menyspreable, com a molt de tot just d'un quilòmetre, podent ser de metres en algunes regions.

L'astrònom italià Giovanni Cassini va ser el primer a adonar-se de l'existència d'una línia divisòria entre ells, prop de 1675.

Anys més tard, el matemàtic francès Pierre de Laplace va assenyalar que en realitat existien nombrosos anells prims. Finalment, James Clerk Maxwell va construir un model en el qual va proposar que els anells estaven compostos de moltes partícules, cadascuna d'elles seguint una òrbita independent.

Els astrònoms distingeixen els anells amb lletres de l'alfabet. Els 7 anells principals i més brillants són A, B, C i D, mentre que E, F i G són més pàl·lids.

A més hi ha milers d'anells més febles. El més pàl·lid i extern va ser detectat amb telescopi infraroig i es diu anell de Febe.

Representació artística que mostra els anells de Saturn i els satèl·lits majors. Font: photojournal.jpl.nasa.gov.

La divisió de Cassini separa l'anell A del B, però en el mateix anell A existeix una regió fosca anomenada divisió d'Encke, mantinguda per un dels satèl·lits de Saturn: Pa. Dins la regió també hi ha un anell summament prim.

Hi ha divisions de amplades diverses, també anomenades en honor a astrònoms famosos: Colombo, Huygens, Maxwell i Keeler.

Origen dels anells

Els anells estan compostos de partícules la grandària va des d'un gra de sorra (microns) fins a enormes roques amb desenes de metres de llarg, però els astrònoms estan d'acord en què no es van originar a el mateix temps que el planeta, sinó molt recentment.

S'estima que els anells principals A, B i C probablement tenen uns pocs centenars de milions d'anys, i això és molt poc en termes astronòmics. Els científics estan segurs que tots els planetes de sistema solar es van formar a el mateix temps, fa uns 4600 milions d'anys enrere.

El material que compon els anells va poder provenir d'un cometa, un meteor o una lluna, fragmentat per causa de la gravetat de la planeta. En tot cas, no es tracta de les restes de la formació de la planeta.

Certament l'origen dels anells és incert per ara, però el consens general és que són més aviat inestables, així que tan ràpid com es van formar, pot ser que desapareguin en el transcurs d'alguns milions d'anys.

Moviment de translació

Òrbita de Saturn. La distància mitjana entre Saturn i el Sol és de més de 1,400,000,000 km (9 UA). Amb una velocitat orbital mitjana de 9.69 km / s, Saturn necessita 10,759 dies terrestres volta al voltant de Sol. Font: Todd K. Timberlake Autor of Easy Java Simulation = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0)

Saturn demora 29 anys i 167 dies a recórrer la seva òrbita al voltant de el Sol. Curiosament, Saturn i Júpiter es troben en ressonància orbital, ja que hi ha interacció gravitatòria entre ells. Per descomptat l'atracció de el Sol és molt més gran, però la de Júpiter també influeix.

Quan hi ha ressonància orbital entre objectes astronòmics, els seus períodes orbitals mantenen una determinada proporció, sempre amb nombres petits. En el cas de Saturn-Júpiter, aquest últim gira 5 voltes per cada 2 voltes de Saturn i es considera que aquesta ressonància té efectes estabilitzadors per a les òrbites de tots dos planetes.

La ressonància orbital que es produeix entre les partícules que componen els anells de Saturn i els satèl·lits que orbiten entre ells, exerceix un poderós efecte en l'estructura dels anells, per exemple l'existència de la divisió de Cassini.

Saturn és el planeta de sistema solar amb major quantitat de satèl·lits, 6 d'ells tenen períodes orbitals relacionats, vegem:

-Mimas i Tetis, en relació 1: 2. Per 1 volta de Mimas, Tetis gira 2 cops.

-Encélado i Dione, en relació 1: 2.

-Hiperión i Tità, en relació 4: 3.

Finalment, és notable que el 85% de el moment angular de el sistema solar es concentra a Júpiter i Saturn, els dos planetes grans, en contrast amb el Sol, que tot i tenir el major percentatge de massa té poc moment angular.

El moment angular d'un sistema és una magnitud física interessant, perquè es conserva en absència d'interaccions externes. Perquè passi un canvi, cal un torque net provinent de l'interior.

Dades de el moviment de Saturn

Les següents dades descriuen succintament el moviment de Saturn:

-Ràdio mitjà de l'òrbita: 1.43 x 109 km

- Inclinació de l'òrbita: 2.5º respecte a el plànol de l'eclíptica

-Excentricidad: 0.056

- Velocitat orbital mitjana: 9.6 km / s

- Període de translació: 29.46 anys

- Període de rotació: 10.66 hores

Quan i com observar a Saturn

El planeta Saturn és considerat un planeta superior, a l'estar la seva òrbita per fora de l'òrbita de la Terra. Els planetes superiors són Júpiter, Saturn, Urà i Neptú. Per contra, als planetes l'òrbita és més propera a el Sol se'ls diu planetes inferiors: Mercuri i Venus.

El millor moment per observar un planeta superior és quan la Terra s'interposa entre ell i el Sol. En canvi, és més difícil de veure quan està en conjunció, a l'estar més llunyà a la Terra i prop de el Sol, que el opaca. La situació es descriu gràficament en la següent imatge:

Oposició i conjunció d'un planeta exterior. Font: Maran, S. Astronomia per Dummies.

Naturalment que un dels objectius principals de qualsevol observador de el cel és contemplar els anells, per a això n'hi ha prou un telescopi petit. Però cal tenir en compte que en ocasions els anells estan de cant respecte a la Terra i per tant són invisibles.

L'angle amb què es veuen els anells canvia al llarg de 30 anys, que és el període en què Saturn recorre la seva òrbita al voltant de el Sol.

Les properes oposicions de Saturn són:

-2020: 20 de juliol

-2021: 2 d'agost

-2022: 14 d'agost

-2023: 27 d'agost

-2024: 8 set

-2025: 21 de setembre

Moviment de rotació

Saturn triga de mitjana unes 10.66 hores a completar un gir sobre el seu eix de rotació, encara que no totes les seves zones giren a la mateixa taxa. Per exemple, a l'equador la velocitat de rotació és de 10.25 hores, mentre que a l'interior de la planeta és de 10.65 hores aproximadament.

A aquest fenomen se li coneix com rotació diferencial i es deu al fet que el planeta no és sòlid, com hem dit. També per la seva naturalesa líquida-gasosa, el planeta experimenta deformació a causa de el moviment de rotació, tornant-se aplatat en els pols.

composició

La composició de Saturn és fonamentalment la mateixa que la de Júpiter i els altres planetes gasosos: hidrogen i heli, solament que en Saturn la proporció d'hidrogen és més gran, donada la baixa densitat.

Atès que Saturn es va formar a la regió externa de la nebulosa que va originar a el sistema solar, el planeta va poder créixer ràpidament i capturar una gran quantitat de l'hidrogen i de l'heli presents a la nebulosa.

A causa de les enormes pressions i temperatures en augment a mesura que s'avança en profunditat, l'hidrogen molecular de la superfície es transforma en hidrogen metàl·lic.

Tot i que el planeta és gasós, hi ha una menor proporció d'elements més pesats en el seu nucli, que a l'almenys en part és rocós, com magnesi, ferro i silici.

A més d'aquests elements, abunden diversos tipus de gel, com ara gel d'amoníac, d'aigua i de metà, els quals tendeixen a acumular-cap al centre de la planeta, que està a elevada temperatura. Per això en realitat el material es troba líquid, en comptes de gasós.

Els núvols de Saturn es componen de gels d'amoníac i d'aigua, mentre que a l'atmosfera, a més d'aquestes substàncies s'han detectat acetilè, metà, propà i traces d'altres gasos.

estructura interna

Estructura interna i externa de Saturn. Font: Kelvinsong / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Encara dominat per l'hidrogen i heli, es creu que Saturn conté un nucli de naturalesa rocosa. Durant el procés de formació dels planetes del sistema solar, al voltant d'aquest nucli es van anar condensant els gasos, en un ràpid procés que li va permetre créixer ràpidament.

El nucli de Saturn conté, com hem dit, roques i elements i compostos volàtils, envoltats per una capa d'hidrogen líquid. Els científics estimen que aquest nucli és entre 9 i 22 vegades més gran que la Terra: uns 25.000 km de radi aproximadament.

Aquesta capa d'hidrogen líquid està envoltada al seu torn de capes d'hidrogen i heli líquids, que finalment es tornen gasosos en les capes més externes. La línia de Frenkel és una frontera termodinàmica que separa el fluid gasós de el líquid.

Els satèl·lits naturals de Saturn

D'acord als recomptes més recents, Saturn posseeix 82 satèl·lits amb designació, i multitud de mini llunes que encara no en tenen. Això converteix a Saturn al planeta amb major quantitat de satèl·lits fins a la data.

El sistema de satèl·lits de Saturn és molt complex; per exemple, se sap que tenen una acció directa sobre els anells: els satèl·lits pastors.

A més, hi ha satèl·lits troians, que romanen en una òrbita estable al 60 º per davant o per darrere d'altres satèl·lits. Per exemple, les llunes Telest i Calipso són troians de Thetys, un dels satèl·lits més grans de Saturn.

Els principals satèl·lits de Saturn són Tità, Mimas, Encelade, Tetis, Dione, Rea, Hiperió, Jàpet i Febe. Aquests satèl·lits es coneixen des d'abans de les missions espacials, però les sondes d'investigació a Saturn s'han descobert moltes més.

A l'esquerra Mimas i un descomunal cràter d'impacte. A la dreta la superfície de Tità. Les dues imatges provenen de la sonda Cassini. Font: Wikimedia Commons.

La més gran de totes les llunes de Saturn és Tità, que a més posseeix atmosfera pròpia i és la segona més gran de tot el sistema solar, després de Ganímedes, la gran lluna de Júpiter. Tità és fins i tot més gran que Mercuri.

Per la seva banda Encélado, la sisena lluna de Saturn en grandària, és una enorme bola de neu amb una sorpresa: el seu nucli està cobert per un oceà d'aigua líquida i calenta.

Saturn i Tità, el seu satèl·lit més important

Un fet curiós entre les llunes de Saturn és que hi ha satèl·lits les òrbites són les mateixes, però s'ho fan per no xocar. Els més notables d'aquests satèl·lits coorbitales són Janus i Epimeteu.

No totes les llunes de Saturn tenen forma esferoïdal, hi ha molts satèl·lits irregulars, generalment de mida petita i òrbites bastant allunyades de la planeta.

Titan i la seva atmosfera

Mosaic d'imatges en infraroig de Tità, preses per la sonda Cassini en 2015. Font: NASA a través de Wikimedia Commons.

És el més gran i més important dels satèl·lits de Saturn, visible des de la Terra com un petit punt de llum, amb ajuda de l'telescopi. L'astrònom holandès Christian Huygens va ser el primer a veure-ho cap a 1655 i John Herschel, ja al segle XIX, la qual va denominar Titan.

La seva densitat aproximada és de 1.9 g / cm ³ i encara que conté un nucli rocós, és un món gairebé tot fet de gel.

Titan posseeix una densa atmosfera en la qual predomina el nitrogen i un petit percentatge de metà, a més de traces d'hidrocarburs. Es tracta d'una notable raresa en el sistema solar, ja que els altres satèl·lits no tenen atmosfera pròpia.

També té oceans i pluges, però no d'aigua, sinó de metà. L'existència d'aquest compost es coneix des de mitjans de segle XX, gràcies a l'espectroscòpia duta a terme per l'astrònom Gerard Kuiper. Posteriorment la sonda Voyager va confirmar aquest descobriment.

L'interessant de Tità és que s'han detectat molts compostos orgànics allà, a més de l'metà, que són precursors de la vida. El mecanisme mitjançant el qual Titan va adquirir aquesta peculiar atmosfera encara és desconegut, però revesteix un gran interès, ja que l'abundància d'hidrocarburs és molt superior a la que posseeix la Terra.

Com a part de la missió Cassini a Saturn, la sonda Huygens va aconseguir aterrar sobre la superfície de Tità i va trobar una superfície congelada, però plena d'accidents geogràfics.

Encara Titan gaudeix d'una geologia i un clima variats, és un món poc acollidor per als éssers humans. La seva atmosfera és molt dinàmica; per exemple, se sap que bufen vents de gran velocitat, molt superiors als més grans huracans terrestres.

Missions a Saturn

Pioneer 11

Va ser llançat per la NASA el 1973 i va aconseguir l'òrbita de Saturn alguns anys després, el 1979. Aquesta missió va captar imatges de baixa resolució i també va trobar satèl·lits desconeguts i anells mai vistos des de la Terra.

La sonda va quedar a la deriva finalment en 1995, però portant la placa amb el famós missatge creat per Carl Sagan i Frank Drake, en el cas que navegants alienígenes arribessin a ensopegar amb ella.

Voyager

Aquesta missió va consistir en el llançament de dues sondes: Voyager 1 i Voyager 2.

Tot i que la Voyager 1 va ser concebuda per arribar fins a Júpiter i Saturn, ja va depassar l'altre de el sistema solar, internant-se en l'espai interestel·lar en 2012. Entre les seves troballes més importants hi ha la confirmació de l'existència de l'atmosfera de Tità, així com dades importants de l'atmosfera de Saturn i de el sistema d'anells.

La Voyager 2 va recopilar informació sobre l'atmosfera de Saturn, la pressió atmosfera i nombroses imatges d'alta qualitat. Després de visitar Saturn, la sonda va arribar a Urà i Neptú, després de la qual cosa es va internar en l'espai interestel·lar, a l'igual que la sonda germana.

Cassini

La missió Cassini va ser un projecte conjunt entre la NASA, l'Agència Espacial Europea i l'Agència Espacial Italiana. Va ser llançada en 1997 des de Cap Canyar i el seu objectiu era estudiar a l'planeta Saturn i el seu sistema de satèl·lits.

La sonda va arribar a Saturn en 2004 i va aconseguir orbitar 294 vegades a l'planeta fins 2017, a l'esgotar el seu combustible. Llavors la sonda va ser submergida deliberadament a Saturn, per evitar que s'estavellés contra algun dels satèl·lits i evitar així la contaminació radioactiva.

Cassini portava la sonda Huygens, el primer objecte fabricat per la humanitat en aterrar en un món més enllà de l'cinturó d'asteroides: Titan, el satèl·lit més gran de Saturn.

Huygens va aportar imatges de el paisatge de Tità, així com de l'estructura dels anells. També va obtenir imatges de Mimas, un altre satèl·lit de Saturn que pastura anells. En elles es mostra el descomunal cràter Herschel, amb una enorme muntanya en el seu centre.

Cassini també va confirmar la presència d'aigua en Encélado, la sisena i gelada lluna de Saturn, de 500 km de diàmetre, que està en ressonància orbital amb Dione.

Encélado, la gelada lluna de Saturn que alberga un oceà al seu interior. Imatge de la sonda Cassini. Font: Wikimedia Commons. NASA / JPL / Space Science Institute / Public domain.

L'aigua d'Encélado està calent, i al planeta abunden els guèisers i les fumaroles que expulsen vapor d'aigua i compostos orgànics, raó per la qual molts creuen que pogués albergar vida.

Sobre Japeto, un altre dels grans satèl·lits de Saturn, les imatges de Cassini van revelar una banda enfosquit, l'origen és indeterminat encara.

referències

1. El cel del mes. Conjuncions i oposicions planetes externs. Recuperat de: elcielodelmes.com.
2. Maran, S. Astronomia per Dummies.
3. NASA. Missions Cassini. Recuperat de: solarsystem.nasa.gov.
4. Powell, el Sr. The Naked Eye Planets in the Night Sky (and how to identify them). Recuperat de: nakedeyeplanets.com.
5. Seeds, el Sr. 2011.The Solar System. Seventh Edition. Cengage Learning.
6. Wikipedia. Anell planetari. Recuperat de: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Saturn (planeta). Recuperat de: es.wikipedia.org.
8. Wikipedia. Saturn (planet). Recuperat de: en.wikipedia.org.