Saturnus

Renkaistaan kuuluisaa Saturnusta pidetään yhtenä kauneimmista taivaankappaleista. Saturnus on samankaltainen jättiläisplaneetta kuin Jupiterkin. Se on aurinkokuntamme planeetoista toiseksi suurin. Saturnuksen massa on 95,17 kertaa niin suuri kuin Maan massa. Saturnus koostuu Jupiterin tavoin etupäässä maailmankaikkeuden yleisimmistä aineista, vedystä ja heliumista. 60% Saturnuksesta on vetyä.

Jättiläisplaneettojen lailla Saturnuskin on kaasupallo, vailla kiinteää pintaa. Planeetta on piirteettömämpi kuin Jupiter. Sen pinnalta erottuu kuitenkin muutamia pilvivöitä. Se on myös selvästi litistynyt navoiltaan. Litistyminen johtuu sen nopeasta pyörimisnopeudesta ja kaasumaisesta olomuodosta. Saturnuksella on mahdollisesti kiinteä ydin, joka sisältää rautaa, nikkeliä ja eri kivilajeja.

Saturnuksen keskietäisyys Auringosta on 9,52 AU eli 1 424 miljoonaa km.

Kiertoaika Auringon ympäri on 29,35 vuotta. Se on siis yhtä kuin Saturnuksen vuosi. Saturnuksen vuorokausi on 10,5 tuntia eli sen pyörähdysaika akselinsa ympäri on 10,5 tuntia.

Saturnuksen päiväntasaajan eli ekvaattorin läpimitta on 120 000 km. Läpimitaltaan Saturnus on Maahan verrattuna kymmenkertainen.

Tuulet puhaltavat Saturnuksessa jopa 1 800 kilometrin tuntivauhtia eli 500 metriä sekunnissa. Tuulten nopeus on suurempi kuin Jupiterissa, mutta ei vielä niin suuri kuin Neptunuksessa. Kovan tuulen lisäksi Saturnuksella vallitsee ankara pakkanen; keskilämpötila on noin -185ºC.

Planeetta näyttää kellertävältä, koska sen yläkaasukehässä on ammoniakkikiteitä. Saturnus on uloin niistä planeetoista, jotka on tunnettu jo varhaisista ajoista saakka. Planeetta on nimetty antiikin roomalaisen jumalan mukaan. Saturnus näkyy öisellä taivaalla paljaallakin silmällä. Se ei kuitenkaan ole yhtä kirkas kuin Jupiter. Saturnuksen renkaat näkyvät harrastajakaukoputkella vähintään noin 20-kertaisella suurennuksella. Ne eivät näy kiikarilla. Kaukoputkella näkyy Saturnuksen suurin kuu Titan, toiseksi suurin kuu Rhea sekä Tethys, Dione ja Japetus.

Taiteilijan näkemys Cassini-luotaimesta Saturnusta kiertävällä kiertoradalla.

Saturnuksen renkaat

Kaikkia jättiläisplaneettoja ympäröi pienistä kappaleista koostuva hyvin ohut rengasjärjestelmä. Vain Saturnuksen renkaat ovat helposti havaittavissa. Saturnuksen ympärillä on pienistä jääkappaleista, sekä pii- ja rautaoksidista koostuvat, komeat renkaat. Renkaita on yhdeksän kokonaista ja kolme vajaata, jotka eivät ulotu kokonaan planeetan ympäri. Rengasjärjestelmässä on myös tumma aukko, jota sittemmin on kutsuttu Cassinin jaoksi. Se ei ole aivan tyhjä, vaan sisältää pienistä hiukkasista koostuvaa harvaa ainetta. Tämä noin 5 000 km leveä aukko johtuu pienen Mimas-kuun aiheuttamista häiriöistä.

Renkaat näyttävät yhtenäisiltä kehiltä. Ne koostuvat kuitenkin erillisistä pöly- ja vesijääkappaleista, joiden koko vaihtelee muutamasta sentistä useihin metreihin ja jotka kiertävät kukin omaa rataansa hyvin lähellä toinen toisiaan.

Renkaiden syntytapaa ei tunneta varmuudella, mutta moni seikka viittaa siihen, että ne ovat olleet olemassa lähes yhtä kauan kuin Saturnus. Saturnuksen renkaiden arvioidaan syntyneen jo 4,4 miljardia vuotta sitten eli melko pian Aurinkokunnan ja planeettojen muotoutumisen jälkeen. Renkaiden uskotaan syntyneen suurehkojen kuiden, pyrstötähtien ja meteoriittien törmäyksissä muodostuneista kappaleista, jotka ovat painovoiman vaikutuksesta jääneet kiertämään planeettaa. Ne ovat voineet syntyä myös yhdestä Saturnuksen lähellä hajonneesta kuusta. Renkaiden varjo planeetan pinnalla ja planeetan varjo renkaissa näkyvät helposti.

Jo Galileo Galilei näki nämä renkaat, mutta ei ymmärtänyt niiden luonnetta. Renkaiden tiheimmän osan leveys on noin 60 000 kilometriä eli sama kuin planeetan säde. Renkaat ovat paksuudeltaan hyvin ohuet - paksuus lienee ehkä vain joitakin kymmeniä metrejä tai enimmillään noin sadan metrin luokkaa. Renkaiden halkaisija on noin 270 000 km eli yli kaksi kolmasosaa Maan ja Kuun välisestä etäisyydestä. Saturnuksen kirkkaat renkaat heijastavat valoa hyvin, niiden albedo vaihtelee 0.2 ja 0.6 välillä. Maasta käsin on mahdollista nähdä kolme Saturnuksen renkaista.

Saturnus - kuva Cassini 2008.



Aurinkokunnan planeetat, takimmaisesta etummaiseen: Merkurius, Venus, Maa (rinnallaan Kuu), Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus ja Neptunus.



Saturnuksen ympärillä päärenkaita on seitsemän, renkaat on nimetty isoilla aakkosilla, A:sta G:hen. Ne on nimetty löytöjärjestyksessä, ei sisältä ulos. Siksi aakkoset ovat Saturnuksen ympärillä epäjärjestyksessä. Lisäksi on vielä kuiden mukaan nimettyjä himmeitä renkaita.

Rengasjärjestelmä ei ole mikään fossiilinen, kuollut muinaismuisto menneisyydestä, vaan dynaaminen osa Aurinkokunnan toiseksi suurinta planeettaa. Saturnusta kiertävällä kuukatraalla on tärkeä osansa rengashuollossa. Kymmenet "paimenkuut" pitävät renkaita teräväreunaisina ja tarkkarajaisina. Renkaiden sisällä, väleissä ja reunamilla kiertää parinkymmenen kilometrin läpimittaisia kappaleita, pikkukuita, jotka vetovoimallaan pitävät rengashiukkaset kurissa. Näitä pieniä kuita ilmeisesti sekä hajoaa että syntyy uusia, kaiken aikaa. Kuiksi tulkitut tihentymät saattavat ilmaantua ja kadota jopa tuntien ja päivien aikana.

Universumissa kaikki on suurta - ja vieläkin suurempaa

Jos ovat Saturnuksen renkaat suuria, niin vielä suurempaa löytyy Universumista. Tutkijat ovat ilmoittaneet löytämästään jättimäisestä eksoplaneetasta, joka kiertää nuoren Auringon kaltaista tähteä, jonka nimi on J1407. Se on Maasta noin 420 valovuoden päästä. Tämän eksoplaneetan, joka on huomattavasti Saturnusta suurempi, ympärillä on läpimitaltaan 200 kertaa suurempi rengasjärjestelmä, kuin on Saturnuksella. Jokainen rengas itsessään on kymmenien miljoonien kilometrien levyinen.



Taiteilijan näkemys Cassini-luotaimesta Saturnusta kiertävällä kiertoradalla.



Creative Commons - Sinulla on vapaus: kopioida, levittää, näyttää ja esittää teosta.
*Kuva - Copyright © David Monniaux

Huygens-laskeutuja

Cassini-Huygens-luotain saapui Saturnusta kiertävälle radalle heinäkuussa 2004. Cassini tutki Saturnusta, sen renkaita ja kuita sekä erityisesti Titania mm. tutkalla. Huygens-laskeutuja suunniteltiin yksinomaan Titanin tutkimiseen. Cassini lähetti sen kohti Titania 25. joulukuuta 2004. Luotain laskeutui onnistuneesti Titanin pinnalle 14. tammikuuta 2005. Huygens tutki pudotessaan mm. kaasukehän koostumusta. Se selvisi laskeutumisesta ja pystyi lähettämään takaisin tietoa Titanin pinnan olosuhteista.

Titan - Saturnuksen kuu

Saturnusta kiertää ainakin 62 kuuta. Pienempien kuiden lukumäärä voi kuitenkin olla huojuva, koska ei ole tarkkaan määritelty sitä, mikä on kuu ja mikä on jääkappale tai kivenmurikka. Saturnuksen kuita ovat Pan, Atlas, Prometheus, Pandora, Epimetheus, Janus, Mimas Enceladus, Tethys, Telesto, Calypso, Dione, Helene, Rhea, Titan, Hyperion, Japetus ja Phoebe.

Saturnuksen kuista suurin on 5 150 kilometrin läpimittainen Titan. Sen löysi hollantilainen Christiaan Huygens jo 25. maaliskuuta 1655. Titan on koko Aurinkokunnan toiseksi suurin kuu. Se on planeetta Merkuriustakin suurempi. Kuista vain Jupiterin kuu Ganymedes on suurempi. Titan näkyy punertavana pisteenä kiikarillakin. Titanista näkyy vain sen pilvipeitteen yläpinta, joka on noin 200 kilometriä kiinteän pinnan yläpuolella.

Pilvien peittämä Titan on ainoa kuu Aurinkokunnassa, jolla on merkittävä, enimmäkseen typestä koostuva kaasukehä. Paine pinnalla on noin 1,6 kertaa niin suuri kuin Maan pinnalla. Kaasukehän kemiallinen koostumus muistuttaa ilmakehää, joka Maassa oli elämän syntyvaiheessa. Siksikin tutkijat nykyisin ovat kiinnostuneita Titanista ja mahdollisesta elämästä siellä. Titanissa on myös hiilivetyjärviä.

Titanin pinnalla on pakkasta noin -180 °C. Kuuta peittää vesijään ja hiilivetyjään seos. Jäätä on kivinä. Jään seassa on hiekan tai saven karkeuksista mineraaliainesta. Tämän jäisen pintakuoren alla velloo kymmenien kilometrien paksuinen sula kerros vettä, ammoniakkia ja muita ainesosia. Tätä sulaa kerrosta liikuttelee vuorovesi-ilmiön tapaan kuun emoplaneetan Saturnuksen valtava vuorovesivoima, joka on 400 kertaa suurempi, kuin Kuun aiheuttama Maassa. Vuorovesivoimat aikaansaavat myös kitkakuumentumista, joka pitää Titanin sulan kerroksen sulana.

Titanilla pinta on varsin tasaista - korkeuserot ovat kilometrin taikka pari. Pinnassa on kraattereita varsin vähän, sillä pinta uusiutuu nopeasti. Titanin maisemaan kuuluu myös metaanilumen peittämä vuoristo ja erilaisia juonteita, jotka muistuttavat kuin joenuomia tai laaksoja. Ne lienevät syntyneet metaanilähteiden purkautumisista. Pintaan on myös purkautunut vettä ja jäätä ja näistä on syntynyt vaaleampia jääharjanteita.

Saturnusta ja sen kuita on tutkittu luotainten avulla jo pidemmän aikaa. Pioneer 11 oli ensimmäinen avaruusluotain, joka lensi Saturnuksen ohi syyskuussa 1979. Seuraavien kahden vuoden aikana planeetan ohittivat Voyager 1 (marraskuussa 1980) ja Voyager 2 (elokuussa 1981). Heinäkuussa 2004 Saturnusta kiertävälle radalle saapui Cassini-Huygens-luotain. Tästä yksiköstä Huygens-laskeutuja oli tarkoitettu tutkimaan erityisesti Titania, jonka pinnalle se laskeutui onnistuneesti 14. tammikuuta 2005. Luotain havaitsi myös, että Saturnuksen kuun Enceladuksen jään alla oli vettä nestemäisessä muodossa. Tämä sai monet tutkijat liittämään Enceladuksen niiden vieraiden taivaankappaleiden joukkoon, joilla ehkä voi esiintyä elämää.

Aivan kaikki ei mennyt Huygensin osalta suunnitellusti. Ilmeisesti tietokoneiden ohjelmointivirheen takia osa Huygensin ottamista valokuvista jäi saapumatta. Samalla menetettiin myös joitakin Titanin tuulien voimakkuuksiin liittyviä mittaustuloksia.

Kaiken kaikkiaan tämä Cassini-Huygens-lento on onnistunut hyvin. Paljon uutta tietoa Saturnuksesta ja sen kuista on saatu. Nasan mukaan kolme miljardia dollaria maksanut Cassini-Huygens -projekti on ollut kaikkein kunnianhimoisin koko planeettatutkimuksen historiassa ja luotain laskeutujineen parhaiten varustettu. Myös Suomi teki tässä avaruustutkimuksessa historiaa, sillä sekä Cassinissa että Huygens-laskeutujassa oli mukana suomalaista tekniikkaa ja huippuosaamista.

Luotain Cassini törmäytettiin Saturnukseen 15. syyskuuta 2017 ja näin sen tehtävät päättyivät.

Cassini-luotaimesta juuri irrottautunut Huygens-laskeutuja on aloittautunut laskeutumisensa kohti sen alapuolella oranssisena näkyvää Titan-kuuta. Laskeutumiseen ja kuun pinnalle pääsyyn kului aikaa kolme viikkoa. Huygens teki laskeutumisensa aikana mittauksia kaasukehästä ja lähetti Maahan kuvia Titanin pinnasta. Taustalla oikealla Saturnus renkaineen.

Christiaan Huygens (1629 - 1695)

Hollantilainen tiedemies Christiaan Huygens on ollut merkittävä henkilö Saturnuksen ja Titanin tutkimuksessa. Hän tulkitsi Saturnuksen renkaat ensi kerran renkaiksi, vuonna 1659. Jo aiemmin hän oli Saturnusta tarkkaillessaan havainnut sitä kiertävän kuun, jonka nykyisin tunnemme nimellä Titan.

Christiaan Huygensin innoittavana esikuvana kaukoputkien kehittelyssä ja tähtitaivaan tutkimuksessa oli italialainen tähtitieteilijä, filosofi ja fyysikko Galileo Galilei (1564 - 1642), joka vuonna 1610 löysi Jupiterin neljä kuuta, jotka tunnemme nykyisin nimellä Galilein kuut - Io, Europa, Ganymedes ja Kallisto.

Christiaan Huygens oli laajasti sivistynyt mies ja hän ennätti paneutua elämänsä aikana monenlaisiin asioihin. Hän teki esimerkiksi kellojen tarkkuutta lisääviä keksintöjä, kehitti kaavan liikemäärän säilymisestä törmäyksessä ja oli yksi Ranskan tiedeakatemian perustajajäseniä. Hän kävi myös tiederiitaa valon olemuksesta Isaac Newtonin kanssa. Kelloihin ja aikaa mittaavaan horologiaan Christiaan Huygens tunsi mielenkiintoa siksi, että tähtitieteessä tarvittiin hyvin tarkkaa ajan mittaamista.



Lähteet
*Heikki Oja: Universumi - Ursa
*Heikki Oja: Galaksit - Ursa
*Tieteen Maailma: Maailmankaikkeus
*Nasa
*Colin A. Ronan: Tähtienharrastajan käsikirja
*Hannu Karttunen: Tähdet ja maailmankaikkeus - MMM
*Ursa: Tähtitaivas 2000 - kartasto ja käsikirja
*Geologia.fi: Mikko Turunen: Aurinkokunta Avaruudessa
*Geologia.fi: Ari Brozinski: Big Bang - alkuräjähdys
*Wikipedia
*Google Earth
*Yle Uutiset: Pimeä aine ei ehkä olekaan niin pimeää
*Ursa: Kosmos - Tähtitieteen viitetietokanta
*Seppo Linnaluoto: Esitelmällä pimeästä energiasta oli 150 kuulijaa
*Tieteen Kuvalehti: Saturnus: Kaasuplaneetta kauniine renkaineen
*HS: Lento Saturnukseen - Huygens-luotain lähetti tietoja Titanista
*Yle Oppiminen: Saturnuksen renkaat
*Markus Hotakainen: Saturnuksen renkaat kuhisevat kuita - Pienet kiertolaiset muokkaavat valtavaa rengasjärjestelmää ja pitävät sen koossa
*Tiede.fi: Saturnuksen renkaat ovat kääpiöitä näihin renkaisiin verrattuna