SATURNO: CARATTERISTICHE, COMPOSIZIONE, ORBITA, STRUTTURA - ARTE - 2024

Saturno è il secondo pianeta più grande del sistema solare dopo Giove. Noto per il suo sistema ad anelli, appartiene ai pianeti chiamati Gioviani, che si trovano dopo la fascia degli asteroidi, che li separa dai pianeti rocciosi.

Noto fin dall'antichità, poiché è uno dei 5 pianeti visibili ad occhio nudo e il più lontano da essi, Galileo fu il primo ad osservarlo con un telescopio nel 1610. Nonostante notasse la deformazione provocata dagli anelli, la mancanza di risoluzione dello strumento non lo fece gli ha permesso di distinguerne la forma.

Il pianeta gassoso Saturno, rispetto alla Terra, 95 volte più piccolo. Fonte: immagine di Saturno: NASA / JPL / Space Science Institute Immagine della Terra: NASA / equipaggio dell'Apollo 17 / dominio pubblico.

Furono anni dopo, nel 1659, che Christian Huygens descrisse appropriatamente i famosi anelli. Poco tempo dopo, l'astronomo italiano Giovanni Cassini si rese conto che gli anelli avevano una divisione, che ora è chiamata divisione Cassini.

Sebbene gli astronomi dell'antichità non potessero dettagliare il sistema degli anelli, la già magnifica vista del pianeta deve averli impressionati abbastanza da dargli nomi come 'Alap Sahmas' (stella del Sole) per i Caldei, 'Phaenon' (luminoso come il Sole) per i greci o "Khima" (responsabile del diluvio universale) per gli ebrei.

Gli antichi romani associavano il pianeta al dio greco Cronos, padre di Zeus, che chiamavano Saturno. In onore di questa divinità, a dicembre venivano celebrate le feste chiamate Saturnalia, che gli antichi cristiani successivamente associarono al Natale.

Anche altre culture antiche come indù, cinesi e maya hanno osservazioni del pianeta nei loro archivi. Per i Maya, le date in cui si sono verificate le congiunzioni di Saturno, Giove e Marte erano festive.

Caratteristiche generali di Saturno

Saturno non è grande come Giove, è solo un terzo della sua massa, mentre il suo raggio è più piccolo del 16%.

È il meno denso dei pianeti; a 687 kg / m ³ potrebbe galleggiare sull'acqua se ci fosse un oceano abbastanza grande da contenerlo. È composto principalmente da idrogeno ed elio, gli elementi più leggeri conosciuti, sebbene ne contenga altri in proporzione molto minore.

Saturno ha un proprio campo magnetico, meno intenso di quello di Giove, ma molto più di quello della Terra, con l'asse magnetico parallelo all'asse di rotazione. Ecco perché le aurore sono comuni sotto forma di cerchi concentrici, proprio in ogni regione polare. Questi sono formati dal movimento di particelle caricate elettricamente nel mezzo dell'intenso campo magnetico del pianeta.

Un'altra caratteristica distintiva di Saturno è il calore che emette nello spazio, irradiando quasi il doppio dell'energia che riceve dal Sole. L'interno di Saturno è molto caldo e gli scienziati ritengono che sia dovuto alla condensazione dell'idrogeno liquido ad alta pressione. .

La pressione all'interno di Saturno è un milione di volte maggiore della pressione atmosferica terrestre. Le goccioline di idrogeno liquido acquistano velocità mentre viaggiano verso il centro del pianeta, producendo calore.

L'idrogeno liquido si comporta come un metallo e non è responsabile solo del calore irradiato, ma dell'effetto dinamo che crea il campo magnetico.

L'atmosfera di Saturno assomiglia a quella di Giove, con un modello simile di bande chiare e scure. Le nuvole sono costituite da cristalli di ammoniaca, acqua e idrosolfuro di ammonio.

Ci sono forti venti e tempeste occasionali che durano mesi sulla Terra. I venti equatoriali su Saturno possono raggiungere i 500 m / s.

Riepilogo delle principali caratteristiche fisiche del pianeta

-Massa: 5,69 x 10 ²⁶ kg.

-Raggio equatoriale: 6,0 x 10 ⁴ km

-Raggio polare : 5,4 x 10 ⁴ km

-Forma: appiattita.

-Distanza media dal Sole: 1,4 x 10 ⁹ km

- Inclinazione dell'orbita : 2.5º rispetto all'eclittica.

-Temperatura: tra -139 e -189 ºC.

-Gravità: 10,4 m / s ²

-Campo magnetico proprio: sì.

-Atmosfera: Sì, principalmente idrogeno.

-Densità: 687 kg / m ³

-Satelliti: 82 designati formalmente, molte altre lune minuscole, nessuna designazione.

-Anelli: Sì, un sistema complesso.

Gli anelli di Saturno

Il sistema degli anelli di Saturno è unico nel sistema solare per la sua straordinaria bellezza. Fonte: Pixabay.

Gli anelli sono il segno distintivo di Saturno, perché sebbene anche gli altri giganti gassosi li posseggano, senza dubbio quelli di questo pianeta sono i più spettacolari.

Gli anelli sono composti principalmente da ghiaccio e rocce e si mantengono in forma grazie all'azione gravitazionale di alcuni satelliti specializzati: i satelliti pastore.

Illustrazione degli anelli di Saturno

All'inizio, a causa della mancanza di risoluzione nei loro telescopi, gli astronomi pensavano che gli anelli formassero un disco continuo di materia attorno al pianeta. In ogni caso lo spessore del sistema è trascurabile, al massimo, appena un chilometro, e può essere metri in alcune regioni.

L'astronomo italiano Giovanni Cassini fu il primo a notare l'esistenza di una linea di demarcazione tra di loro, intorno al 1675.

Anni dopo, il matematico francese Pierre de Laplace fece notare che in realtà c'erano numerosi anelli sottili. Infine, James Clerk Maxwell ha costruito un modello in cui ha proposto che gli anelli fossero costituiti da molte particelle, ognuna seguendo un'orbita indipendente.

Gli astronomi distinguono gli anelli con le lettere dell'alfabeto. I 7 anelli principali e più luminosi sono A, B, C e D, mentre E, F e G sono più chiari.

Ci sono anche migliaia di anelli più deboli. Quello più pallido e più esterno è stato rilevato con un telescopio a infrarossi e si chiama anello di Phoebe.

Rendering dell'artista che mostra gli anelli di Saturno e i satelliti più grandi. Fonte: photojournal.jpl.nasa.gov.

La divisione di Cassini separa l'anello A dall'anello B, ma nello stesso anello A c'è una regione oscura chiamata divisione Encke, mantenuta da uno dei satelliti di Saturno: Pan. All'interno della regione c'è anche un anello estremamente sottile.

Ci sono divisioni di larghezza variabile, che prendono anche il nome da famosi astronomi: Colombo, Huygens, Maxwell e Keeler.

Origine degli anelli

Gli anelli sono costituiti da particelle di dimensioni variabili da un granello di sabbia (micron) a enormi rocce lunghe decine di metri, ma gli astronomi concordano sul fatto che non hanno avuto origine nello stesso periodo del pianeta, ma molto di recente.

Si stima che gli anelli principali A, B e C abbiano probabilmente qualche centinaio di milioni di anni, e questo è molto poco in termini astronomici. Gli scienziati sono sicuri che tutti i pianeti del sistema solare si siano formati nello stesso momento, circa 4,6 miliardi di anni fa.

Il materiale che compone gli anelli potrebbe provenire da una cometa, una meteora o una luna, frammentata a causa della gravità del pianeta. In ogni caso, non sono i resti della formazione del pianeta.

Certamente l'origine degli anelli al momento è incerta, ma l'opinione generale è che siano piuttosto instabili, quindi non appena si sono formati, potrebbero scomparire nel corso di alcuni milioni di anni.

Movimento di traduzione

Orbita di Saturno. La distanza media tra Saturno e il Sole è superiore a 1.400.000.000 km (9 UA). Con una velocità orbitale media di 9,69 km / s, Saturno ha bisogno di 10.759 giorni terrestri per girare intorno al Sole. Fonte: Todd K. Timberlake autore di Easy Java Simulation = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0)

Saturno impiega 29 anni e 167 giorni per percorrere la sua orbita attorno al Sole. Curiosamente, Saturno e Giove sono in risonanza orbitale, poiché esiste un'interazione gravitazionale tra loro. Ovviamente l'attrazione del Sole è molto maggiore, ma influenza anche quella di Giove.

Quando c'è una risonanza orbitale tra oggetti astronomici, i loro periodi orbitali mantengono una certa proporzione, sempre con piccoli numeri. Nel caso di Saturno-Giove, quest'ultimo ruota di 5 giri ogni 2 giri di Saturno e si ritiene che questa risonanza abbia effetti stabilizzanti per le orbite di entrambi i pianeti.

La risonanza orbitale che si verifica tra le particelle che compongono gli anelli di Saturno ei satelliti che orbitano tra di loro, esercita un potente effetto sulla struttura degli anelli, ad esempio l'esistenza della scissione di Cassini.

Saturno è il pianeta del sistema solare con il maggior numero di satelliti, 6 dei quali hanno periodi orbitali correlati, vediamo:

-Mimas e Tethys, in rapporto 1: 2. Per 1 turno di Mimas, Tethys gira 2 volte.

-Encélado e Dione, in relazione 1: 2.

-Hyperion e Titan, in un rapporto 4: 3.

Infine, è notevole che l'85% del momento angolare del sistema solare sia concentrato in Giove e Saturno, i due pianeti più grandi, a differenza del Sole, che pur avendo la percentuale di massa più alta ha poco momento angolare.

Il momento angolare di un sistema è una quantità fisica interessante, perché si conserva in assenza di interazioni esterne. Affinché avvenga una modifica, è necessaria una coppia netta dall'interno.

Dati sul moto di Saturno

I seguenti dati descrivono brevemente il moto di Saturno:

-Raggio medio dell'orbita: 1,43 x 109 km

- Inclinazione dell'orbita : 2.5º rispetto al piano dell'eclittica

-Eccentricità: 0,056

- Velocità orbitale media : 9,6 km / s

- Periodo di trasferimento : 29,46 anni

- Periodo di rotazione: 10,66 ore

Quando e come osservare Saturno

Il pianeta Saturno è considerato un pianeta superiore, poiché la sua orbita è al di fuori dell'orbita della Terra. I pianeti superiori sono Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Al contrario, i pianeti la cui orbita è più vicina al Sole sono chiamati pianeti inferiori: Mercurio e Venere.

Il momento migliore per osservare un pianeta superiore è quando la Terra si trova tra esso e il Sole. D'altra parte, è più difficile vedere quando è in congiunzione, poiché è più lontano dalla Terra e vicino al Sole, che lo oscura. La situazione è graficamente descritta nell'immagine seguente:

Opposizione e congiunzione di un pianeta esterno. Fonte: Maran, S. Astronomy for Dummies.

Naturalmente, uno degli obiettivi principali di qualsiasi osservatore del cielo è quello di visualizzare gli anelli, per i quali è sufficiente un piccolo telescopio. Bisogna però tener conto che a volte gli anelli sono a filo rispetto alla Terra e quindi sono invisibili.

L'angolo di visualizzazione degli anelli cambia nell'arco di 30 anni, che è il tempo in cui Saturno orbita attorno al Sole.

Le prossime opposizioni di Saturno sono:

-2020 : 20 luglio

-2021 : 2 agosto

-2022 : 14 agosto

-2023 : 27 agosto

-2024 : 8 settembre

-2025 : 21 settembre

Moto rotatorio

Saturno impiega in media 10,66 ore per completare una rivoluzione sul proprio asse di rotazione, sebbene non tutte le sue zone ruotino alla stessa velocità. Ad esempio, all'equatore la velocità di rotazione è di 10,25 ore, mentre all'interno del pianeta è di circa 10,65 ore.

Questo fenomeno è noto come rotazione differenziale ed è dovuto al fatto che il pianeta non è solido, come abbiamo detto. Anche a causa della sua natura liquido-gassosa, il pianeta subisce deformazioni dovute al movimento rotatorio, appiattendosi ai poli.

Composizione

La composizione di Saturno è fondamentalmente la stessa di quella di Giove e degli altri pianeti gassosi: idrogeno ed elio, solo che su Saturno la proporzione di idrogeno è maggiore, data la bassa densità.

Poiché Saturno si è formato nella regione esterna della nebulosa che ha dato origine al sistema solare, il pianeta è stato in grado di crescere rapidamente e catturare una grande quantità di idrogeno ed elio presenti nella nebulosa.

A causa delle enormi pressioni e temperature che aumentano man mano che si scende in profondità, l'idrogeno molecolare sulla superficie si trasforma in idrogeno metallico.

Sebbene il pianeta sia gassoso, c'è una proporzione minore di elementi più pesanti nel suo nucleo, che è almeno in parte roccioso, come magnesio, ferro e silicio.

Oltre a questi elementi abbondano vari tipi di ghiaccio, come l'ammoniaca, l'acqua e il ghiaccio metano, che tendono ad accumularsi verso il centro del pianeta, che è ad alta temperatura. Per questo motivo, il materiale è effettivamente liquido, anziché gassoso.

Le nubi di Saturno sono costituite da ammoniaca e acqua ghiacciata, mentre nell'atmosfera, oltre a queste sostanze, sono state rilevate acetilene, metano, propano e tracce di altri gas.

Struttura interna

Struttura interna ed esterna di Saturno. Fonte: Kelvinsong / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Sebbene dominato da idrogeno ed elio, si ritiene che Saturno contenga un nucleo roccioso in natura. Durante il processo di formazione dei pianeti del sistema solare, i gas si sono condensati attorno a questo nucleo, in un processo rapido che gli ha permesso di crescere rapidamente.

Il nucleo di Saturno contiene, come abbiamo detto, rocce ed elementi e composti volatili, circondati da uno strato di idrogeno liquido. Gli scienziati stimano che questo nucleo sia tra 9 e 22 volte più grande della Terra: circa 25.000 km di raggio.

Questo strato di idrogeno liquido è circondato a sua volta da strati di idrogeno liquido ed elio, che alla fine diventano gassosi negli strati più esterni. La linea Frenkel è un confine termodinamico che separa il fluido gassoso dal liquido.

I satelliti naturali di Saturno

Secondo i conteggi più recenti, Saturno ha 82 satelliti designati e una moltitudine di mini lune che ancora ne mancano. Ciò rende Saturno il pianeta con il maggior numero di satelliti fino ad oggi.

Il sistema satellitare di Saturno è molto complesso; ad esempio, è noto che hanno un'azione diretta sugli anelli: i satelliti dei pastori.

Inoltre, ci sono satelliti Trojan, che rimangono in un'orbita stabile a 60º avanti o dietro altri satelliti. Ad esempio, le lune Telesto e Calypso sono Trojan di Thetys, uno dei principali satelliti di Saturno.

I principali satelliti di Saturno sono Titano, Mima, Encelado, Teti, Dione, Rea, Iperione, Giapeto e Febe. Questi satelliti erano noti da prima delle missioni spaziali, ma le sonde di ricerca su Saturno ne hanno scoperti molti altri.

A sinistra Mimas e un enorme cratere da impatto. A destra la superficie di Titano. Entrambe le immagini provengono dalla sonda Cassini. Fonte: Wikimedia Commons.

La più grande di tutte le lune di Saturno è Titano, che ha anche la sua atmosfera ed è la seconda più grande dell'intero sistema solare, dopo Ganimede, la grande luna di Giove. Titano è persino più grande di Mercurio.

Encelado, invece, la sesta luna di Saturno, è un'enorme palla di neve con una sorpresa: il suo nucleo è ricoperto da un oceano di acqua calda e liquida.

Saturno e Titano, il suo satellite più importante

Un fatto curioso tra le lune di Saturno è che ci sono satelliti le cui orbite sono le stesse, ma riescono a non entrare in collisione. I più notevoli di questi satelliti coorbitali sono Janus ed Epimetheus.

Non tutte le lune di Saturno sono di forma sferoidale, ci sono molti satelliti irregolari, generalmente di piccole dimensioni e con orbite abbastanza lontane dal pianeta.

Titano e la sua atmosfera

Mosaico di immagini a infrarossi di Titano, scattate dalla sonda Cassini nel 2015. Fonte: NASA tramite Wikimedia Commons.

È il più grande e importante dei satelliti di Saturno, visibile dalla Terra come un piccolo punto luminoso, con l'aiuto del telescopio. L'astronomo olandese Christian Huygens fu il primo a vederlo intorno al 1655 e John Herschel, già nel XIX secolo, lo chiamò Titano.

La sua densità approssimativa è di 1,9 g / cm ³ e sebbene contenga un nucleo roccioso, è un mondo quasi interamente fatto di ghiaccio.

Titano ha un'atmosfera densa dominata da azoto e una piccola percentuale di metano, oltre a tracce di idrocarburi. Questa è una rarità notevole nel sistema solare, poiché gli altri satelliti non hanno un'atmosfera propria.

Ha anche oceani e precipitazioni, ma non acqua, ma metano. L'esistenza di questo composto è nota dalla metà del XX secolo, grazie alla spettroscopia effettuata dall'astronomo Gerard Kuiper. Successivamente la sonda Voyager ha confermato questa scoperta.

La cosa interessante di Titano è che lì sono stati rilevati molti composti organici, oltre al metano, che sono precursori della vita. Il meccanismo con cui Titano ha acquisito questa peculiare atmosfera è ancora sconosciuto, ma è di grande interesse, poiché l'abbondanza di idrocarburi è molto maggiore di quella della Terra.

Nell'ambito della missione Cassini su Saturno, la sonda Huygens è riuscita ad atterrare sulla superficie di Titano e ha trovato una superficie ghiacciata, ma piena di morfologie.

Sebbene Titano goda di una geologia e di un clima variegati, è un mondo inospitale per gli umani. La sua atmosfera è molto dinamica; Ad esempio, è noto che soffiano venti ad alta velocità, di gran lunga superiori ai più grandi uragani terrestri.

Missioni su Saturno

Pioneer 11

Fu lanciata dalla NASA nel 1973 e raggiunse l'orbita di Saturno alcuni anni dopo, nel 1979. Questa missione catturò immagini a bassa risoluzione e trovò anche satelliti e anelli sconosciuti mai visti dalla Terra.

La sonda era finalmente alla deriva nel 1995, ma recava la targa con il famoso messaggio creato da Carl Sagan e Frank Drake, nel caso in cui i navigatori alieni dovessero inciampare su di essa.

Voyager

Questa missione consisteva nel lancio di due sonde: Voyager 1 e Voyager 2.

Sebbene la Voyager 1 sia stata concepita per raggiungere Giove e Saturno, ha già superato i confini del sistema solare, entrando nello spazio interstellare nel 2012. Tra le sue scoperte più importanti c'è la conferma dell'esistenza dell'atmosfera di Titano, oltre a dati importanti dell'atmosfera di Saturno e del sistema degli anelli.

La Voyager 2 ha raccolto informazioni sull'atmosfera di Saturno, la pressione atmosferica e numerose immagini di alta qualità. Dopo aver visitato Saturno, la sonda ha raggiunto Urano e Nettuno, dopo di che è entrata nello spazio interstellare, così come la sonda sorella.

Cassini

La missione Cassini era un progetto congiunto tra la NASA, l'Agenzia Spaziale Europea e l'Agenzia Spaziale Italiana. È stato lanciato nel 1997 da Cape Canaveral e il suo obiettivo era studiare il pianeta Saturno e il suo sistema satellitare.

La sonda ha raggiunto Saturno nel 2004 ed è riuscita a orbitare attorno al pianeta 294 volte fino al 2017, quando ha finito il carburante. La sonda è stata quindi deliberatamente immersa in Saturno, per evitare che si schiantasse contro uno dei satelliti ed evitare così la contaminazione radioattiva.

Cassini trasportava la sonda Huygens, il primo oggetto di fabbricazione umana ad atterrare su un mondo oltre la fascia degli asteroidi: Titano, il più grande satellite di Saturno.

Huygens ha contribuito con immagini del paesaggio di Titano e della struttura degli anelli. Ha anche ottenuto immagini di Mimas, un altro satellite di Saturno che sfiora gli anelli. Mostrano l'enorme cratere Herschel, con un'enorme montagna al centro.

Cassini ha anche confermato la presenza di acqua su Encelado, la sesta luna ghiacciata di Saturno, di 500 km di diametro, che è in risonanza orbitale con Dione.

Encelado, la gelida luna di Saturno che ospita un oceano al suo interno. Immagine della sonda Cassini. Fonte: Wikimedia Commons. NASA / JPL / Space Science Institute / Pubblico dominio.

L'acqua di Encelado è calda e il pianeta è pieno di geyser e fumarole che espellono vapore acqueo e composti organici, motivo per cui molti credono che possa ospitare la vita.

Riguardo a Giapeto, un altro dei grandi satelliti di Saturno, le immagini di Cassini hanno rivelato un lato oscurato, la cui origine è ancora indeterminata.

Riferimenti

1. Il cielo del mese. Congiunzioni e opposizioni pianeti esterni. Estratto da: elcielodelmes.com.
2. Maran, S. Astronomy for Dummies.
3. POT. Missioni Cassini. Estratto da: solarsystem.nasa.gov.
4. Powell, M. The Naked Eye Planets in the Night Sky (e come identificarli). Estratto da: nakedeyeplanets.com.
5. Seeds, M. 2011. Il sistema solare. Settima edizione. Cengage Learning.
6. Wikipedia. Anello planetario. Estratto da: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Saturno (pianeta). Estratto da: es.wikipedia.org.
8. Wikipedia. Saturno (pianeta). Estratto da: en.wikipedia.org.