perjantai 22. heinäkuuta 2016

SATURNUS

Tässä vaiheessa ennen pimeiden öiden saapumista esittelyyn pääsee aurinkokuntamme toiseksi suurin planeetta, Saturnus. Planeetta on vielä näkyvissä hämärätaivaalla Etelä-Suomessa hyvin matalalla, mutta mitä pohjoisemmaksi mennään, sitä vaikeampi sitä on löytää taivaalta. Eivätkä lähivuodet tuo helpotusta Saturnuksen näkemiseen, sillä seuraavien viiden vuoden aikana se on edelleen parhaimmillaankin vain 10 asteen korkeudella horisontista (siis Etelä-Suomesta katsottuna). Tämänkertainen blogin tarina ei kuvamateriaalin puutteen vuoksi sisällä käytännössä yhtään omia kuvia, mutta onneksi NASAn arkistoista on saatavilla riittävästi erinomaista materiaalia tekstin kuvitukseen.

Saturnus Cassini-luotaimen kuvaamana planeetan kiertoradalta.
Credits: NASA/JPL/Space Science Institute
Saturnus on siis toiseksi suurin planeetta aurinkokunnassamme ja se on uloin niistä viidestä planeetasta, jotka tunnettiin jo esihistoriallisella ajalla. Ensimmäiset merkinnät Saturnuksesta löytyvät Mesopotamiasta löydetyistä kivitauluista, joten Saturnuksen ”liikkuva” luonne on tunnettu jo ainakin noin 4 000 vuoden ajan. Saturnus on saanut nimensä roomalaisen mytologian sadonkorjuun jumalan mukaan. Kreikkalaisessa mytologiassa Saturnuksen vastine oli titaani Kronos. Varsinainen Saturnuksen tutkimuksen historia käynnistyi kuitenkin vasta 1600-luvulla, kun optiset apuvälineet tulivat mukaan tähtitaivaan tarkasteluun. Jo Galileo Galilei havaitsi vaatimattomalla kaukoputkellaan kaksi pullistumaa Saturnuksen vierellä vuonna 1610. Seuraavana vuonna ne olivat kuitenkin kadonneet, joten renkaiden ”löytyminen” jäi vielä odottamaan myöhempiä aikoja. Virallinen selitys ja rengasjärjestelmän vahvistaminen tapahtuikin siten vasta vuonna 1659, kun Christiaan Huygens selitti teoksessaan Systema Saturnium renkaiden olemuksen ja niiden käyttäytymisen pitkän ajan kuluessa. Huygens löysi myös Saturnuksen suurimman kuun, Titanin. Pian tämän jälkeen (1675) Giovanni Cassini näki tumman vyöhykkeen renkaiden keskellä ja päätteli, että renkaat eivät ole yhtenäiset. Cassini löysi Saturnukselta myös neljä uutta kuuta; Iapetuksen, Rhean, Tethyksen ja Dionen. Saturnuksen tutkimus on luonnollisesti ollut hyvin merkittävässä asemassa tähtitieteessä noista ajoista lähtien ja tiedot planeetasta ovat parantuneet koko ajan sekä Maan pinnalta tehtyjen havaintojen että viimeaikaisten luotainlentojen ansiosta.

Saturnus on toinen aurinkokunnan suurista kaasujättiläisistä. Sen halkaisija on noin 120 000 kilometriä eli vain 20 000 kilometriä vähemmän kuin Jupiterin. Saturnus on kuitenkin hyvin harvaa ainetta ja sen massa on alle 1/3 Jupiterin massasta. Itse asiassa Saturnuksen tiheys on niin pieni, että se kelluisi veden pinnalla (jos jostain niin suuri vesialue löytyisi). Saturnuksen keskimääräinen etäisyys Auringosta on 1,4 miljardia kilometriä ja sen kiertoaika Auringon ympäri 29,5 vuotta. Planeetan pyörähdysaika oman akselinsa ympäri on 10 tuntia ja 39 minuuttia. Harvasta rakenteesta ja nopeasta pyörähdysajasta johtuen, Saturnus on kaikkein litistynein planeetta. Sen halkaisija päiväntasaajalla on lähes 10 % suurempi kuin navoilla.

Myös avaruusteleskooppi Hubble saa otettua tarkkoja lähikuvia Saturnuksesta.
Credit: NASA, ESA and E. Karkoschka (University of Arizona)
Saturnuksen sisäinen rakenne on todennäköisesti melko lailla Jupiterin kaltainen. Ydin on luultavasti kiveä ja rautaa. Suurin osa planeetasta on nestemäistä vetyä ja heliumia. Uloimpana kerroksena on pilvistä koostuva kaasukehä, joka niin ikään on pääasiassa vetyä ja heliumia. Pintakerroksista on lisäksi havaittu hieman metaania ja ammoniakkia. Kaasukehän yläosassa puhaltavat valtavat tuulet, jotka voivat olla nopeudeltaan jopa 500 metriä sekunnissa. Saturnuksen pilvikehässä ei ole näkyvissä samanlaisia vyöhykkeitä kuin Jupiterissa, vaan pinta näyttää tasaisen kellertävältä. Luotainten ottamissa kuvissa voi kuitenkin nähdä hieman sävyeroja planeetan pinnalla ja toisinaan lyhytikäisiä valkeita läikkiä, jotka ovat pyörremyrskyjä. Kaasukehän lämpötila pilvien yläpinnalla on noin – 180 astetta.

Saturnuksen tunnetuin ominaispiirre ovat ilman muuta sen renkaat. Ne ovat koostumukseltaan jäätä, kiveä ja pölyä. Virallisesti renkaiden löytämisen kunnia on annettu Christiaan Huygensille, vaikka jo Galileo Galilei oli ne nähnyt kahtena pallona Saturnuksen sivuilla (Galilei tulkitsi ne kuiksi). Renkaiden yhtenäisimmän osan halkaisija on noin 280 000 kilometriä, mutta paksuus vain joitakin satojan metrejä. Tämän vuoksi ne eivät näy Maahan, kun ne ovat suoraan meitä kohti. Renkaat eivät ole yhtenäiset, vaan niissä on suurempia ja pienempiä aukkoja. Kaksi suurinta aukkoa, Cassinin ja Encken jaot, näkyvät suhteellisen helposti jo Maan pinnalta. Erityisesti Cassinin jako erottuu selvästi jo pienehkölläkin kaukoputkella, jos olosuhteet ovat hyvät. Aukot ovat syntyneet radalla kiertävien kuiden vaikutuksesta, jolloin kuun painovoima on siivonnut pienemmät kappaleet lähialueelta. Kuut ovat muutenkin merkittävässä asemassa renkaiden säilymiselle, sillä ne estävät renkaan aineksen leviämisen kauemmas avaruuteen. Rengasjärjestelmä on kaiken kaikkiaan hyvin monimutkainen ja esimerkiksi Cassini-luotaimen valokuvat ovat paljastaneet niistä yhä uusia yksityiskohtia. Meille näkyvän rengasjärjestelmän ulkopuolelta on havaittu myös heikompi rengasjärjestelmä, mutta sen aines on niin harvaa, että sitä ei ole mahdollista nähdä Maasta. Uloimpia renkaiden osia on havaittu jopa yli 10 miljoonan kilometrin päässä Saturnuksen pinnasta.

Renkaiden lukuisat aukot ja tarkempi rakenne tulevat hyvin esiin Cassini-luotaimen kuvissa.
Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Saturnuksesta löytyy runsaasti lisätietoa myös NASAn planeettaa koskevilta sivuilta:


Saturnukselta on löydetty kaikkiaan 62 kuuta. Suurin osa niistä on hyvin pieniä ja rajanveto kuun ja renkaiden suurimpien jääkimpaleiden välillä on häilyvä. Vain 11 kuun halkaisija on yli 100 kilometriä. Selvästi suurin kuista on Titan, joka 5 150 kilometrin läpimitallaan on myös aurinkokunnan toiseksi suurin. Titanilla on selvä kaasukehä, joka koostuu enimmäkseen typestä. Titan on yksi kiinnostavimmista paikoista aurinkokunnassa, sillä sen arvellaan muistuttavan varhaista Maata. Titan on yksi niistä harvoista kohteista aurinkokunnassa, jossa voisi mahdollisesti olla edellytyksiä elämälle. Kuun pinnan lämpötila on tosin vain – 180 astetta ja kylmyyden vuoksi Titanin järvet koostuvatkin erilaisista hiilivedyistä, kuten metaanista. Pinnalta on havaittavissa muitakin maankaltaisia geologisia muodostelmia kuten jokisuistoja, dyynejä, tasankoja ja pieniä vuoristoja. Kaasukehän ja vulkaanisen toiminnan vaikutuksesta Titanin pinta uusiutuu nopeasti, eikä sen pinnalla ole juurikaan kraattereita. Titanin löysi Christiaan Huygens vuonna 1655 ja se näkyy suhteellisen helposti myös Maan pinnalta pienelläkin kaukoputkella.

Titanin paksu kaasukehä peittää näkymän kuun pinnalle.
Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Seuraavaksi suurimmat kuut; Tethys, Dione, Rhea ja Iapetus, löydettiin 1600-luvun loppupuolella Giovanni Cassinin ansiosta. Nämä kaikki kuut ovat kooltaan 1 000 – 1 500 kilometriä. Näistä Tethys, Dione ja Rhea ovat hyvin tyypillisiä tämän kokoluokan kuita, jotka koostuvat lähes ainoastaan vesijäästä. Kuiden pinnat ovat täynnä kraattereita ja jään murtumisesta aiheutuneita halkeamia. Iapetus sen sijaan poikkeaa edellisistä, vaikka sekin toki koostuu pääosin vesijäästä. Iapetuksen erikoisuus on sen pinnan väritys, joka on toiselta puolelta vaalea ja toiselta lähes musta. Tumman materiaalin toispuoleisuutta on arvailtu sen löytymisestä saakka, mutta vasta aivan viime vuosina sille näyttäisi löytyvän selitys. Syyllisen arvioidaan olevan eräästä toisesta Kuusta, Phoebesta, irtoava materiaali, joka muodostaa vasta löydetyn uuden ja erittäin harvan renkaan Saturnuksen ympärille. Tämä rengas, kuten myös Phoebe, kiertävät Saturnusta toiseen suuntaan kuin suurin osa muista kuista. Lisäksi Iapetuksen kierto on lukkiutunut Saturnuksen kanssa niin, että kuun sama puoli on aina kohti Saturnusta. Tämän seurauksena pölyrengas kohtaa Iapetuksen aina samasta suunnasta ja peittää sen pinnan vain yhdeltä puolelta. Tethys, Dione, Rhea ja Iapetus ovat kaikki kooltaan niin suuria, että ne näkyvät jo keskikokoisilla kaukoputkilla.

Merkillisen näköinen Iapetus saa pölyä pinnalleen Saturnuksen uloimmasta ja lähes näkymättömästä renkaasta.
Credits: NASA/JPL/Space Science Institute
Muista kuista kiinnostavimpia ovat noin 400 – 500 kilometrin kokoiset järkäleet, Mimas ja Enceladus. Mimaksen tunnetuin ominaispiirre on sen ulkonäkö. Sen arpista pintaa koristaa kuun kokoon nähden valtava, 130 kilometrin kokoinen kraatteri, joka saa Mimaksen näyttämään Tähtien Sota elokuvan legendaariselta Kuolemantähdeltä. Enceladus tunnetaan puolestaan geysireistä, jotka suihkuttavat vettä avaruuteen kuun pinnan jäisistä raoista. Enceladuksen 30-40 kilometrin paksuisen jääkuoren alla velloo suolainen meri, jossa voi olla edellytyksiä myös jonkinlaiselle elämälle.

Kuolemantähteä muistuttava Mimas Cassini-luotaimen kuvassa.
Credits: NASA/JPL/Space Science Institute
Enceladuksen geysirit näkyvät Auringon valaisemina Cassinin ohilennon aikana.
Credits: NASA/JPL/Space Science Institute
Saturnusta on tutkinut lähietäisyydeltä neljä avaruusluotainta. Näistä kolme ensimmäistä ovat olleet vain lyhyitä ohilentoja vuosien 1979 ja 1981 välisenä aikana. Ensimmäinen planeetan ohitse lentänyt luotain oli Pioneer 11, joka ohitti Saturnuksen vain 20 000 kilometrin päässä sen yläpilvistä syyskuussa 1979. Luotain lähetti myös kuvia, mutta niiden resoluutio oli varsin heikko, eikä kaasukehän pinnan yksityiskohtia juuri näkynyt. Pioneer 11 teki myös lämpötilamittauksia Titan-kuusta ja tutki planeetan renkaiden koostumusta. Seuraava planeetan ohittanut luotain oli Voyager 1 marraskuussa 1980. Sen kamera oli huomattavasti tarkempi ja näin saatiin ensimmäisiä tarkkoja lähikuvia itse planeetasta, renkaista ja muutamista kuista. Voyager 1 tutki tarkemmin myös Titan-kuun ilmakehää. Kolmas Saturnuksen ohi lentänyt luotain oli Voygaer 2, joka ohitti sen elokuussa 1981. Luotain jatkoi Saturnuksen sekä sen renkaiden että kuiden tutkimista.

Ainoa varsinainen erityisesti Saturnusta tutkimaan lähetetty luotain on toistaiseksi ollut Cassini-Huygens, joka saapui Saturnuksen kiertoradalle 1. heinäkuuta vuonna 2004. Ohjelman mukaisesti luotaimen tehtävän piti päättyä jo vuonna 2008, mutta laitteiden toiminta on ollut odotettua parempaa ja siten luotain on yhä edelleen käytössä. Luotaimen kaksiosainen nimi on peräisin varsinaisen luotaimen mukana olevan laskeutumisaluksen vuoksi. Huygens-laskeutumisalus oli tarkoitettu lähetettäväksi Titan-kuun pinnalle. Laskeutuminen, joka tapahtui 14. tammikuuta vuonna 2015, onnistui hyvin ja Huygens sai lähetettyä merkittävän määrän lisätietoa Titanin kaasukehästä sekä sen pinnalta. Cassini on puolestaan jatkanut Saturnuksen monipuolista tutkimusta ja selvittänyt muun muassa renkaiden ja kuiden rakennetta ja syntyä sekä kartoittanut planeetan magnetosfääriä ja tutkinut Saturnuksen kaasukehän rakennetta. Sivutuotteena Cassini on lähettänyt Maan pinnalle myös lukuisia upeita valokuvia Saturnuksesta.

Cassinin tutkimustuloksista ja runsaasti kuvamateriaalia löytyy NASAn sivuilta:


Saturnus näkyy periaatteessa helposti paljain silmin. 2010-luvun loppuun saakka se tosin näkyy Suomessa hyvin matalalla ja enimmäkseen kesällä. Valoisat yöt ja matala sijainti vaikeuttavat planeetan näkymistä merkittävästi. Näkyessään paremmin se on pistemäinen, ehkä hieman kellertävän sävyinen kohde. Saturnuksen kirkkaus vaihtelee noin 0 ja + 1 magnitudin välillä eli se on useimpia tähtiä selvästi kirkkaampi. Saturnuksen renkaiden näkemiseen tarvitaan erittäin hyvät kiikarit tai pieni kaukoputki. Renkaat näkyvät eri kulmassa Saturnuksen kiertoradan mukaan eli 29,5 vuoden jaksossa. Kaksi kertaa tänä aikana ne katoavat näkyvistä, kun renkaat ovat suoraan meitä kohti. ”Katoamisten” jälkeen renkaat näkyvät jälleen noin 14 vuotta joko ylä- tai alapuolelta. Tällä hetkellä renkaat näkyvät erinomaisesti. Seuraava katoaminen tapahtuu vasta noin vuosien 2024-2025 tienoilla. Saturnuksen kuita voi hyvän kokoisella kaukoputkella havaita kahdeksan kappaletta. Näistä Titan on selvästi kirkkain (vaihtelu 8 – 9 magnitudin välillä), mutta myös Tehtys, Dione, Rhea ja Iapetus on mahdollista nähdä jo suhteellisen pienelläkin kaukoputkella. Mimas ja Enceladus vaatinevat jo noin 20-25 cm kaukoputken ja Hyperion vielä tätäkin suuremman.

Näin vaatimattomiin kuviin Saturnuksesta on tässä vaiheessa tyydyttävä Suomessa. Kevola, Paimio, 16.5.2014.

Kuvat, ellei kuvan yhteydessä toisin mainita: © Jani Laasanen 

Ei kommentteja:

Lähetä kommentti