Saturnus

Manen van
Saturnus:


Pan
Atlas
Prometheus
Pandora
Epimetheus
Janus
Mimas
Enceladus
Tethys
Telesto
Calypso
Dione
Helene
Rhea
Titan
Hyperion
Iapetus
Phoebe
Paaliaq
Albiorix
Siarnaq

( Manen met een diameter > 20 kilometer )





De planeet die bekend staat als de tweede gasreus in het zonnestelsel, lijkt als twee druppels water op Jupiter. Nou, bijna dan... Saturnus is in het exclusieve bezit van een majestueus ringenstelsel, dat vanaf de aarde al zichtbaar is door een kleine amateur-telescoop. Als we dit bijzondere fenomeen wegdenken, ontwaren we echter een overeenkomstig planeetoppervlak met wolkenbanden, gigantische wervelstormen, en poollichtverschijnselen.



Hoe dan ook, Saturnus blijft een unieke wereld. Veel van zijn minder opvallende - en karakteristieke - eigenschappen worden bepaald door zijn grotere afstand tot de zon en zijn relatief kleine omvang en massa.

‘Oppervlak’
De rotatieperiode van Saturnus bedraagt iets meer dan tien uur. In dit opzicht doet de planeet nauwelijks onder voor Jupiter. Als gevolg van enorme snelheid die hierdoor aan het oppervlak ontstaat, vormen zich in de bovenste lagen van Saturnus’ atmosfeer dan ook verscheidene wolkenbanden. Nabij zijn evenaar lopen de windsnelheden op tot wel vijfhonderd meter per seconde; bijna vier keer zo hard dan in de zwaarste gemeten stormen op Jupiter.

Het voor ons zichtbare deel van Saturnus’ dampkring kan qua ‘scheikundige creativiteit’ geenszins tippen aan de atmosferische bovenlagen van zijn naaste buur. Door zijn grotere afstand tot de zon bevinden de chemisch actievere wolkenbanden zich namelijk dieper in zijn atmosfeer. En doorat het in de atmosferische bovenlagen wél aanwezige ammoniakgas onder de koudere omstandigheden eerder condenseert, ontstaat een gekristalliseerde nevel (cirrusbewolking) die veel onderliggende structuren verhult.



Waterstof en helium zijn de twee stoffen die in de dampkring van Saturnus het meeste voorkomen. Direct onder de zojuist beschreven ammoniaknevels bevinden zich in dichte mistlagen echter eveneens kleine concentraties moleculair koolstof. Enkele tientallen kilometers dieper treffen we wolken van waterijs, methaan en wellicht enkele organische stoffen aan. Op dit niveau detecteerden Amerikaanse ruimtesondes begin jaren tachtig overigens ook elektrische ontladingen, oftewel: bliksem.

Saturnus leert ons dat gigantische wervelstormen hun bestaansrecht niet alleen ontlenen aan Joviaanse omstandigheden. Ook op de geringde planeet manifesteren zich atmosferische verschijnselen die sterk doen denken aan de Grote Rode Vlek (GRV) op Jupiter. Dergelijke verschijnselen ontstaan door een combinatie van convectie vanuit het planetaire inwendige en interacties van deze warmere lucht met de equatoriale straalstroom. Soortgelijke fenomenen worden op hogere breedtes vrijwel nooit waargenomen.

Als geheel lijkt Saturnus nog meer op een ‘mandarijntje’ (Schilling, 2001) dan Jupiter. In het vlak dat aan beide polen raakt, is zijn straal namelijk ongeveer één aardstraal korter dan in zijn equatoriale vlak. Mede door hun derhalve betrekkelijk afgeplatte vorm, ligt de dagtemperatuur op de polen aanzienlijk lager dan elders bovenin de Saturnusdampkring.

Inwendige
De dichtheid van Saturnus is zo gering dat hij in een denkbeeldige bak water zou blijven drijven. Dit gegeven, gecombineerd met het feit dat de planeet een kleiner volume heeft dan Jupiter, suggereert dat zijn mantel van voornamelijk vloeibaar waterstof, direct onder de buitenste dampkring, verhoudingsgewijs groter is. Immers, pas op een diepte van ongeveer 30.000 kilometer neemt de inwendige druk zulke hoge waarden aan dat waterstofatomen hun elektronen verliezen en een metallisch medium vormen. Anders dan bij Jupiter is het verder vrijwel zeker dat de planeet een rotsachtige kern heeft die is ingekapseld in een ijsachtige laag.

Saturnus straalt bijna twee keer zoveel energie het heelal in dan hij van de zon ontvangt. Dit is niet zozeer het gevolg van een energetische inwendige samentrekking (contractie), maar van een constante ‘regen’ van gecondenseerd helium. In de vloeibare mantel van waterstof treedt daardoor wrijving op. De energie die hierbij vrijkomt, is in principe zeer gering. Maar omdat het proces zich overal in de planeet afspeelt, is het nettoresultaat significant.

De energie die op deze wijze in het binnenste van de geringde planeet ontstaat, wordt grotendeels door middel van convectie naar de oppervlakte getransporteerd. De warme opwaartse stromen van gassen en vloeistoffen hebben een belangrijke invloed op het globale wolkenpatroon. Overigens is de mechanica van luchtstromen op Saturnus vrijwel identiek aan die op Jupiter.

Magnetisch veld   
Saturnus’ magnetisch veld, dat door elektrische stromen in het inwendige wordt opgewekt, is veel minder sterk dan dat van Jupiter. Aangezien de rotatieperiode van de gasreus amper verschilt van die van zijn grotere soortgenoot, moet de verklaring hiervoor vooral gezocht worden in de relatief kleine mantel van metallisch - en dus geleidend - waterstof.

Vanaf de aarde is de geringe zogeheten synchrotronstraling, die in de magnetosfeer van Saturnus wordt gegenereerd door ingevangen elektronen, niet of nauwelijks meetbaar. Het ringenstelsel is daarvoor verantwoordelijk. De meeste inkomende deeltjes worden namelijk, nog vóórdat ze de sterkere delen van het magnetisch veld bereiken, ingevangen door materie in het ringenstelsel. Hierdoor bleef het lang twijfelachtig of Saturnus überhaupt over een magnetisch veld beschikte.



Ondanks het relatief zwakke magnetische dipool-veld van Saturnus, hebben wetenschappers wel degelijk energetische poollichtverschijnselen aan zijn magnetische polen gesignaleerd. Maar zo systematisch en sierlijk als op Jupiter doet het fenomeen zich op de planeet niet voor. Bovendien is het magnetisch veld van de Saturnus niet sterk genoeg om noemenswaardige elektrische ontladingen tussen zijn satellieten en zijn atmosfeer te faciliteren. Mede hierdoor zijn er, eveneens in tegenstelling tot op Jupiter, nooit ‘vingerafdrukken’ van manen in het schouwspel betrokken. Overigens is poollicht op Saturnus visueel sowieso niet waarneembaar. Tijdens magnetische stormen gloeien zijn atmosferische gassen vooral op bij golflengten in het UV-gebied van het elektromagnetische spectrum.

Ringenstelsel   
Als ‘ster’ is Saturnus als vele duizenden jaren een bekende verschijning aan het firmament. Maar de ware aard van het hemellichaam kwam pas in 1610 aan het licht, toen de Italiaanse astronoom Galileo Galilei als eerste mens een telescoop op Saturnus richtte en iets van zijn contouren kon ontwaren. Met groot enthousiasme rapporteerde hij over ‘vreemde uitsteeksels’ aan weerszijden van de planeet. Zijn verklaring luidde indertijd dat Saturnus op zeer korte afstand moest worden begeleid door twee grote objecten.

In deze moderne tijd weten we wel beter: Saturnus is dé geringde planeet. Uiteraard spreken we dan niet over een ring in de zin van een massief, aaneengeschakeld totaal, maar als een gefragmenteerde concentratie van losse stof-, en gruisdeeltjes en met ijs bedekte rotsblokken dat in een dun doch uitgestrekt baanvlak om de planeet beweegt. Het geconcentreerde en lichtheldere karakter van het ringenstelsel, wekt op afstand de indruk dat we te maken hebben met een compact geheel. Zelfs de Amerikaanse Voyager-ruimtesondes konden geen duidelijk onderscheid maken tussen de afzonderlijke bouwstenen van het ringenstelsel toen ze Saturnus begin jaren tachtig passeerden.



Het is niettemin de verdienste van deze twee ruimteverkenners, alsook de Cassini-missie, dat we tegenwoordig toch enige kijk hebben op de structuur van dit bijzondere systeem. Nadat al meer dan honderd jaar bekend was dat er ten minste twee onderbrekingen in het ringenstelsel konden worden aangewezen, fotografeerden de Voyagers talloze ‘scheidingen’ die voorheen nooit waren opgemerkt. Saturnus’ ringenstelsel, zo bleek, vertoont opmerkelijk veel overeenkomsten met een gegroefde grammofoonplaat.

Astronomen hebben het ringenstelsel van Saturnus met behulp van alfabetische aanduidingen opgedeeld in zeven ‘primaire ringen’. Vanwege hun grote helderheid springen de A, B en C-ringen hiervan het meest in het oog. De buitenste component van dit trio is de A-ring, die nabij haar buitengrens eveneens de zogenoemde ‘Encke-scheiding’ omvat. Aan haar binnenzijde vormt de bekende ‘Cassini-scheiding’ de grens met de eveneens heldere B-ring, die op haar beurt weer van de wat lichtzwakkere binnenste C-ring wordt gescheiden door de ‘Maxwell-scheiding’.

De drie helderste delen van het ringenstelsel strekken zich uit tot op ongeveer 140.000 kilometer van Saturnus’ middelpunt. Hun dikte is zeer gering, variërend van een luttele honderd meter tot - maximaal - een kleine kilometer. Dit is anders bij de voor het blote oog onzichtbare D, E ,F en G-ringen, die zich - met uitzondering van de D-ring - allen buiten het heldere deel van het systeem bevinden. De dikte van deze veel ijlere stofwolken neemt ruwweg toe naarmate ze verder van de planeet zijn verwijderd.

Over de oorsprong van het ringenstelsel van Saturnus bestaat onder astronomen nog geen eensgezindheid. In de negentiende eeuw vormde de zogeheten catastrofetheorie voor velen een bevredigende verklaring. Losse materie, afkomstig van één of meer door getijdenkrachten gefragmenteerde satellieten, zou volgens deze theorie in een baan om de planeet zijn gekomen. Latere berekeningen aan de invloed van getijdenkrachten op vaste hemellichamen ondermijnden de geloofwaardigheid van deze hypothese. Tegenwoordig vermoeden de meeste onderzoekers dat vrijwel alle ringmaterie is vrijgekomen tijdens een vernietigende inslag op een van Saturnus’ manen. Een enkeling houdt nog vast aan het idee dat het ringenstelsel het gecondenseerde restant is van een gasachtig omhulsel uit de vroege oergeschiedenis van de gasreus. Dit zou kunnen verklaren waarom zoveel ringdeeltjes een ijzig karakter hebben. Maar mede omdat de ringenstelsels van Uranus en Neptunus veel minder ijzig van karakter zijn, wordt deze verklaring minder aannemelijk geacht.

Auteur(s):     A.S.





Saturnus in cijfers
Diameter 120.536 ±8 km (equator)
108.728 ±20 km (polair)
Afplatting 1 / 10,21
Massa 5,685 × 10^26 kg
Gemiddelde dichtheid 0,687 g/cm^3
Valversnelling 11,17 m/s^2
Rotatietijd (lokale 'dag') 10 u 47 m 6 s
Omlooptijd om de zon (lokaal 'jaar') 10.757,73 d (29,45 jaar)
Afstand tot de zon 1,426×10^9 km
Temperatuur (gem.) 143 K (-130°C)
Samenstelling atmosfeer
Waterstof (H 2 ) 96 (±2) %
Helium (He) 3 (±2) %
Methaan (CH 4 ) 0,4 (±0,2) %
Waterdamp (H 2 O) 0,1%
Ammoniak (NH 3 ) 0,012 (±0,008) %
Ethaan (C 2 H 6 ) 0,0007 (±0,0002) %
Waterstoffosfide (PH 3 ) 0,0001%
Propaan (C 3 H 8 ) sporen
Acetyleen (C 2 H 2 ) sporen
Databron: NASA