Der Saturn ist der sechste Planet im Sonnensystem und der zweitgrößte Planet nach Jupiter. Saturn, sowie Jupiter, Uranus und Neptun, werden als Gasriesen eingestuft. Der Saturn ist nach dem römischen Gott der Landwirtschaft benannt. Das Symbol von Saturn ist die Sichel.

Grundsätzlich besteht der Saturn aus Wasserstoff, mit Begleitstoffen wie Helium und Spuren von Wasser, Methan, Ammoniak und schweren Elementen. Der innere Bereich ist ein relativ kleiner Kern aus Eisen, Nickel und Eis, der mit einer dünnen Schicht aus metallischem Wasserstoff und einer gasförmigen äußeren Schicht bedeckt ist. Die äußere Atmosphäre des Planeten erscheint ruhig und homogen aus dem Weltall, obwohl manchmal langlebige Formationen darauf erscheinen. Die Geschwindigkeit des Windes auf dem Saturn kann an manchen Stellen 1800 km / h erreichen, was viel heftiger ist als auf dem Jupiter. Der Saturn hat ein planetares Magnetfeld, das eine Zwischenposition zwischen dem Erdmagnetfeld und dem mächtigen Jupiter-Magnetfeld einnimmt. Das Magnetfeld vom Saturn erstreckt sich über 1.000.000 Kilometer in Richtung Sonne.

Saturn hat ein auffälliges Ringsystem, das hauptsächlich aus Eispartikeln, wenigen schweren Elementen und Staub besteht. Rund um den Planeten verlaufen derzeit 69 bekannte Satelliten. Titan ist der größte von ihnen, sowie der zweitgrößte Mond im Sonnensystem (nach dem Jupitermond Ganymed). Titan ist in seiner Größe Merkur überlegen und nur einer der Satelliten unter den Planeten des Sonnensystems mit einer dichten Atmosphäre.

Saturn unter den Planeten des Sonnensystems

Größenvergleich von Erde und Saturn

Saturn und Erde im Größenvergleich

Saturn zählt zu der Art der Gasplaneten: Er besteht hauptsächlich aus Gasen und hat keine feste Oberfläche. Der Äquatorradius des Planeten beträgt 60.300 km, der Polradius 54.400 km; von allen Planeten im Sonnensystem hat der Saturn die größte Kontraktion. Das Gewicht des Planeten beträgt die 95,2-fache Masse der Erde, aber die durchschnittliche Dichte beträgt nur 0,687 g / cm3. Es ist der einzige Planet im Sonnensystem, dessen durchschnittliche Dichte geringer ist als die Dichte von Wasser.

Orbitale Eigenschaften und Rotation des Saturn

Die durchschnittliche Entfernung zwischen Saturn und der Sonne beträgt 1430 Millionen Kilometer. Der Saturn dreht sich mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 9,69 km / s und 10 759 Tagen um die Sonne (etwa 29,5 Jahre). Die Entfernung vom Saturn zur Erde variiert von 1195 bis 1660 Millionen km, die durchschnittliche Entfernung während des Verlaufes beträgt etwa 1280 Millionen km.

Beobachtbare charakteristische Objekte der Saturnatmosphäre kreisen je nach Breitengrad unterschiedlich schnell. Wie im Fall von Jupiter gibt es mehrere Gruppen solcher Objekte. Die sogenannte „Zone 1“ hat eine Rotationsperiode von 10 h 14 min 00 s (d. h. die Winkelgeschwindigkeit beträgt 844,3 ° / Tag oder 2,345 Umdrehungen / Tag). Sie erstreckt sich vom nördlichen Rand des südlichen Äquatorgürtels bis zum südlichen Rand des nördlichen Äquatorgürtels. Alle anderen Breiten des Saturn machen die „Zone 2“ aus. Für „Zone 2“ wurde die Rotationsperiode ursprünglich auf 10 h 39 min 24 s (Geschwindigkeit 810,76 ° / Tag oder 2,2521 Umdrehungen / Tag) geschätzt. Anschließend wurden die Daten überarbeitet: Eine neue Schätzung wurde gegeben – 10 Stunden, 34 Minuten und 13 Sekunden. „Zone 3“, deren Anwesenheit auf Beobachtungen der Radioemission während des Voyager-1-Fluges basiert, hat eine Rotationszeit von 10 h 39 min 22,5 s (Geschwindigkeit 810,8 ° / Tag oder 2,2522 Umdrehungen / Tag).

Die differentielle Rotation der Saturnatmosphäre ist ähnlich der Rotation der Atmosphären von Jupiter, Venus und auch der Sonne. Die Rotationsgeschwindigkeit des Saturns ist nicht nur in der Breite und Tiefe, sondern auch in der Zeit variabel. Dies wurde zuerst von A. Williams entdeckt. Die Analyse der Variabilität der Rotationsperiode der Äquatorialzone hat gezeigt, dass der Hauptbeitrag zu dieser Variabilität die Halbjahres- und Jahreszyklen ausmachen.

Ursprung von Saturn

Den Ursprung von Saturn (sowie Jupiter) erklären zwei Haupthypothesen. Nach der Hypothese „Kontraktion“, gibt es eine Ähnlichkeit bei der Zusammensetzung des Saturns mit der Sonne. Beide Himmelskörper haben einen hohen Anteil an Wasserstoff und als Folge eine niedrige Dichte. Diese Tatsache erklärt, dass sich in der Gas- und Staubscheibe in dem Prozess der Planetenbildung in den frühen Stadien des Sonnensystems massive „Kondensationen“ bildeten, die zu diesen Planeten führten. Somit wurden die Sonne und die Planeten auf eine ähnliche Weise gebildet. Dennoch kann diese Hypothese die Unterschiede in der Zusammensetzung vom Saturn und der Sonne nicht erklären.

Die zweite Hypothese der „Akkretion“ besagt, dass der Prozess der Saturnbildung in zwei Phasen stattfand. Während einer Phase löste sich ein Teil des Gases aus der Region von Jupiter und Saturn auf, was sich auf den Unterschied in der chemischen Zusammensetzung von Saturn und der Sonne auswirkte. Dann begann die zweite Stufe, als die größten Körper die doppelte Masse der Erde erreichten. Während mehrerer Hunderttausend Jahre setzte sich der Prozess der Akkretion von Gas in diese Körper aus der primären protoplanetaren Wolke fort. In der zweiten Phase erreichte die Temperatur der äußeren Schichten des Saturn 2000 ° C.

Atmosphäre und Struktur von Saturn

Die obere Atmosphäre des Saturn besteht aus 96,3 % Wasserstoff (nach Volumen) und 3,25 % Helium (verglichen mit 10 % in der Atmosphäre von Jupiter). Es gibt Beimischungen wie Methan, Ammoniak, Phosphin, Ethan und einigen anderen Gasen. Die Ammoniakwolken im oberen Teil der Atmosphäre sind stärker als die Jupiterwolken. Die Wolken des unteren Teils der Atmosphäre bestehen aus Ammoniumhydrogensulfid (NH4SH) oder Wasser.

Stürme in der Atmosphäre von Saturn

Stürme in der Atmosphäre von Saturn

Laut den Voyagers wehen starke Winde auf dem Saturn, bis zu 500 m / s. Die Winde wehen hauptsächlich in östlicher Richtung (in Richtung der axialen Rotation). Ihre Stärke schwächt sich vom Äquator ab; In einer gewissen Entfernung vom Äquator gibt es auch westliche atmosphärische Strömungen. Eine Reihe von Daten zeigt, dass die Zirkulation der Atmosphäre nicht nur in der oberen Wolkenschicht, sondern auch in einer Tiefe von mindestens 2.000 km stattfindet. Voyager 2-Messungen zeigten außerdem, dass die Winde in der südlichen und nördlichen Hemisphäre symmetrisch zum Äquator sind. Es gibt eine Annahme, dass die symmetrischen Strömungen irgendwie unter einer Schicht der sichtbaren Atmosphäre verbunden sind.

Britische Astronomen entdeckten in der Atmosphäre des Saturn einen neuen Polar Aurora-Typ, der einen Ring um einen der Pole des Planeten bildet. In der Atmosphäre des Saturn gibt es manchmal stabile Formationen, die superstarke Hurrikane darstellen. Ähnliche Objekte werden auf anderen Gasplaneten des Sonnensystems beobachtet. Der Riese „Big White Oval“ erscheint etwa einmal in 30 Jahren auf dem Saturn, das letzte Mal wurde er 2010 beobachtet (kleinere Hurrikane werden häufiger gebildet).

Hexagonale Formation am Nordpol

Wolken am Nordpol des Saturns bilden ein riesiges Sechseck. Dies wurde zuerst während der Voyagerflüge in der Nähe vom Saturn in den 1980er Jahren entdeckt, ein Phänomen, das an keinem anderen Ort im Sonnensystem gesehen wurde. Das Sechseck befindet sich auf einer Breite von 78 °, und jede Seite ist ungefähr 13.800 km lang, d. h. größer als der Durchmesser der Erde. Die Dauer seiner Rotation beträgt 10 Stunden 39 Minuten. Diese Periode fällt mit der Periode der Änderung der Intensität der Radioemission zusammen, die wiederum gleich der Rotationsperiode des inneren Teils vom Saturn ist.

Eine seltsame Wolkenstruktur wird auf dem Infrarotbild der Cassini-Sonde gezeigt, die im Oktober 2006 um den Saturn kreiste. Die Bilder zeigen, dass das Sechseck die ganzen 20 Jahre nach dem Flug der Voyager stabil blieb und die hexagonale Struktur der Wolken während ihrer Rotation bestehen bleibt.

Interne Struktur von Saturn

In der Tiefe des Saturn wachsen der atmosphärische Druck und die Temperatur. Der Wasserstoff wird flüssig, aber dies ist ein allmählicher Übergang. In einer Tiefe von etwa 30 000 km wird Wasserstoff metallisch (der Druck erreicht etwa 3 Millionen Bar). Die Zirkulation elektrischer Ströme in metallischem Wasserstoff erzeugt ein Magnetfeld (viel weniger stark als das von Jupiter). Im Zentrum des Planeten ist ein massiver Kern aus harten und schweren Materialien – Silikate, Metalle und vermutlich Eis. Seine Masse beträgt etwa 9 bis 22 Erdmassen. Die Kerntemperatur erreicht 11 700 ° C, und die Energie, die der Planet in den Weltraum abstrahlt, ist 2,5-mal höher, als die Energie die der Planet von der Sonne empfängt. Ein bedeutender Teil dieser Energie wird durch den Kelvin-Helmholtz-Mechanismus erzeugt (wenn die Temperatur des Planeten sinkt, nimmt auch der Druck in ihm ab, infolgedessen zieht er sich zusammen und die potenzielle Energie seiner Substanz geht in Wärme über). Es wurde jedoch gezeigt, dass dieser Mechanismus nicht die einzige Energiequelle des Planeten sein kann. Es wird geschätzt, dass die Kernregion einen Durchmesser von ungefähr 25.000 km hat.

Magnetfeld – Struktur der Magnetosphäre des Saturn

Der Planet Saturn mit Aurora

Der Planet Saturn mit Aurora

Die Magnetosphäre des Saturn wurde 1979 von der Raumsonde Pioneer-11 entdeckt. In dem Ausmaß ist nur die Magnetosphäre vom Jupiter größer. Die Magnetopause, die Grenze zwischen der Magnetosphäre des Saturn und dem Sonnenwind, befindet sich in einem Abstand von 20 Saturn-Radien von ihrem Zentrum, und der Schwanz der Magnetosphäre erstreckt sich über Hunderte von Radien. Die Magnetosphäre des Saturn ist mit Plasma gefüllt, das vom Planeten und seinen Satelliten erzeugt wird. Unter den Satelliten spielt Enceladus die wichtigste Rolle, deren Geysire Wasserdampf emittieren, von dem ein Teil durch das Magnetfeld des Saturn ionisiert wird.

Die Wechselwirkung zwischen der Magnetosphäre des Saturn und dem Sonnenwind erzeugt helle Ovale der Aurora um die Pole des Planeten, in sichtbaren, ultravioletten und infraroten Lichtern.

Das Magnetfeld von Saturn, wie auch beim Jupiter, entsteht aufgrund des Dynamoeffekts in der Zirkulation von metallischem Wasserstoff im äußeren Kern. Das Magnetfeld ist fast dipolar, genau wie bei der Erde, mit den magnetischen Nord- und Südpolen. Der nördliche Magnetpol befindet sich in der nördlichen Hemisphäre und der südliche Magnetpol befindet sich in der südlichen Hemisphäre, im Gegensatz zu der Erde, wo die geografischen Pole der magnetischen Position gegenüberliegen. Das Magnetfeld am Saturnäquator beträgt 21 mT (0,21 Gs), was einem magnetischen Dipolmoment von etwa 4,6 × 1018 Tl · m3 entspricht. Der magnetische Dipol des Saturn ist starr mit seiner Rotationsachse verbunden, daher ist das Magnetfeld sehr asymmetrisch. Der Dipol ist etwas entlang der Rotationsachse vom Saturn zum Nordpol verschoben.

Das innere Magnetfeld von Saturn lenkt den Sonnenwind von der Oberfläche des Planeten ab, verhindert seine Wechselwirkung mit der Atmosphäre und schafft ein Gebiet, das als Magnetosphäre bezeichnet wird und mit einem Plasma ganz anderer Art gefüllt ist als das Plasma des Sonnenwinds. Die Saturn-Magnetosphäre ist die zweitgrößte Magnetosphäre im Sonnensystem, die größte ist die Magnetosphäre von Jupiter. Wie in der Magnetosphäre der Erde wird die Grenze zwischen dem Sonnenwind und der Magnetosphäre als Magnetopause bezeichnet. Die Entfernung von der Magnetopause zum Zentrum des Planeten (entlang der Sonne-Saturn-Gerade) variiert zwischen 16 und 27 R♄ (R♄ = 60 330 km ist der äquatoriale Radius des Saturn). Die Entfernung hängt vom Druck des Sonnenwindes ab, der von der Sonnenaktivität abhängt. Die durchschnittliche Entfernung zur Magnetopause beträgt 22 R♄. Auf der anderen Seite des Planeten dehnt der Sonnenwind das Magnetfeld des Saturns zu einem langen magnetischen Schweif aus.

Die Saturn Monde

Der Saturn verfügt über 69 Monde

Der Saturn verfügt über 69 Monde

Die größten Monde – Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Titan und Iapetus – wurden im Jahr 1789 entdeckt, und sind bis heute die wichtigsten Forschungsobjekte. Die Durchmesser der Monde liegen im Bereich von 397 (Mimas) bis zu 5150 km (Titan). Die Massenverteilung entspricht der Verteilung nach dem Durchmesser. Die größte Exzentrizität der Umlaufbahn besitzt Titan, die kleinste – Diona und Tethys.

Der größte der Monde ist Titan. Es ist auch das zweitgrößte im gesamten Sonnensystem, nach dem Mond Ganymed von Jupiter. Titan besteht etwa zur Hälfte aus Wassereis und Gestein.

Ringe des Saturn

Saturn mit seinen eindrucksvollen Ringen

Saturn mit seinen eindrucksvollen Ringen

Heute weiß man, dass alle vier gasförmigen Riesen Ringe haben, aber sie sind am bemerkenswertesten beim Saturn. Die Ringe befinden sich in einem Winkel von etwa 28 ° zur Ebene der Ekliptik. Je nach der gegenseitigen Anordnung der Planeten sehen sie daher von der Erde anders aus. Sie können sowohl in Form von Ringen als auch eine Kante gesehen werden. Wie Huygens vorgeschlagen hat, sind die Ringe kein fester Körper, sondern bestehen aus Milliarden winziger Teilchen, die sich in einer nahezu planetaren Umlaufbahn befinden. Dies wurde durch die spektrometrischen Beobachtungen von Belopol’skii am Pulkovo-Observatorium und zwei weiteren Wissenschaftlern in den Jahren 1895-1896 bewiesen.

Es gibt drei Hauptringe und der Vierte ist dünner. Die drei Hauptringe werden normalerweise mit den ersten Buchstaben des lateinischen Alphabets bezeichnet.