Saturnus![]() ![]() |
|
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.

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.

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

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.


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.

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.

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. |
|