Saturn, šesta po redu planetu od Sunca, najdalja od pet 'zvezda lutalica' poznatih još drevnim narodima. Vekovima je ova planeta označavala granicu Sunčevog sistema i mada su je ljudi od davnina gledali kako se kreće među zvezdama, u svoj svojoj lepoti se predstavila tek kada se u XVII veku čovekovo oko naoružalo teleskopom. Prvi kroz teleskop ga je posmatrao Galileo Galilej 1610, i zabeležio da je “najvišu planetu video trostruku” – usled slabe rezolucije svog teleskopa nije mogao da razluči prsten pa mu se činilo da je Saturn sastavljen tri tela. Ta prva posmatranja je dodatno otežavala i promena položaja Zemlje u odnosu na ravan prstena. Kada se nekoliko godina kasnije Zemlja našla u samoj ravni, prsten je posao praktično nevidljiv i Galilej je pomislio da se prevario. Tek je Kristijan Hajgens 1659. bio u stanju da pravilno protumači ovu neobičnu sliku u okularu teleskopa. Kasnijim posmatranjima je ustanovljeno da se prsten zapravo sastoji od nekoliko podprstena, da bi ga prolazak “Vojadžera” raščlanio u više stotina, pa čak i hiljada komponenti! Ovaj veličanstven sistem prstenova koji obavija šestu planetu od Sunca ujedno je čini najlepšom planetom Sunčevog sistema.

U pogledu sastava i mnogih drugih svojstava Saturn je sličan Jupiteru, pa ga često, kao i kralja svih bogova, nazivaju 'promašenom zvezdom' – oba ova gasovita džina se sastoje, kao i zvezde, pretežno od vodonika i helijuma ali nisu sakupili dovoljno mase da bi temperature u središtima dostigle dovoljne vrednosti da pokrenu termonuklearne reakcije. Ipak, ovo u znatno manjoj meri važi za Saturn s obzirom da, iako gotovo iste veličine kao i Jupiter, ima svega 30% njegove mase. To ga čini najmanje gustom od svih planeta; srednja gustina Saturna je čak manja i od srednje gustine vode tako bi plutao na površini, ako bismo našli neki dovoljno veliki 'kosmički okean' da ga u njega potopimo. Zato je, iako 750 puta veći od Zemlje, masivniji samo 95 puta.

Ovaj prstenasti svet je 9.5 puta udaljeniji od Sunca nego Zemlja i prima samo 1% Sunčeve energije koju prima naša planeta. Ipak, Saturn kao i Jupiter zrači energiju i to 2.8 puta više nego što primi od Sunca. Mehanizam oslobađanja ove energije nije još dovoljno razjašnjen – veruje se da kao i kod Jupitera potiče od postepenog skupljanja planete ali ovo skupljanje nije dovoljno da objasni ukupni iznos oslobođene energije; verovatno je na delu još neki, za sada nepoznati, mehanizam. Usled veoma brze rotacije – oko svoje ose se okrene za 10 časova i 14 minuta – veoma je izražena spljoštenost na polovima; ekvatorijalni i polarni prečnik se razlikuju za 10% (120 000 km naspram 108 000km), što se objašnjava snažnim delovanjem centrifugalne sile. Ovako brza rotacija uslovljava i stalne, veoma snažne vetrove koji duvaju u ekvatorijalnim predelima u pravcu obrtanja planete i dostižu brzine od 1800 km/h.  To opet uzrokuje veoma malu temperaturnu razliku. Prosečna temperatura u Saturnovoj atmosferi iznosi –180 °C i razlika između dnevne i noćne strane je svega nekoliko stepeni.

Unutrašnjost planete takođe nalikuje Jupiterovoj. U središtu je malo čvrsto jezgro (prečnika do 15 000 km), bogato gvožđem iznad koga se nalazi tanak sloj leda na bazi vode, metana i amonijaka. Sve ovo je obavijeno slojem tečnog vodonika oko 26 000 km debljine koji se usled ogromnog pritiska ponaša kao metal – takozvani metalni vodonik. Ovoj sloj je odgovoran za veoma jako magnetno polje, 1000 puta jače od Zemljinog, premda 20 puta slabije od Jupiterovog. Saturnovo magnetno polje je jedinstveno u Sunčevom sistemu; ose magnetnih polja ostalih planeta su nagnute u odnosu na osu rotacije planete,  dok se kod Saturna ove dve ose poklapaju. Iznad sloja metalnog vodonika, pruža se tečni molekulski vodonik. (oko 18 000 km) i na kraju gasovita atmosfera koju čini većim delom vodonik, nešto helijuma, i u tragovima metan, amonijak, vodena para, kao i neka druga jedinjenja.

Atmosfera Saturna je mnogo složenija od Jupiterove što se može videti po tome što ima pet do šest puta više pruga sa slojevima promenljive visine. Usled niže temperature oblaci su gušći i dominiraju drugačije hemijske reakcije, pa boje nisu tako raznovrsne kao na Jupiteru. Vidljivi sloj oblaka Saturna predstavljaju oblaci kristalića amonijaka pomešanih sa kapljicama metana, kojima živopisne boje daju ugljovodonici, sumpor i fosfor. Ovi oblaci plivaju nad slojem aerosoli debljine 80 km koji ublažava obrise i doprinosi pastelnim tonovima boja. I u atmosferi Saturna posmatrane su tvorevine slične velikoj crvenoj pegi na Jupiteru, ‘oku’ džinovskog tornada koji traje već četiri stotine godina. Tako je 16 stepeni od severnog pola udaljena “velika smeđa pega” slična onoj na Jupiteru, samo živahnijih boja i manjih dimenzija. Otkriven je i džinovski torus neutralnog vodonika oko planete koji se proteže od orbite Ree do orbite Titana, na koji se ukazuje kao najverovatniji izvor neutralnog vodonika u torusu, s obzirom da nema magnetno polje koje bi ga štitilo od Sunčevog vetra koji jonizuje i odnosi molekule iz gornjih slojeva atmosfere.

Gospodar prstenova

Sistem Saturnovih prstenova predstavlja jedno od čuda vidljivog univerzuma. Zajedno sa svojim prstenovima, Saturn bi pokrio rastojanje između Zemlje i Meseca. Iako danas znamo da svi gasoviti džinovi imaju sličan oreol, nijedan nije ni približno tako spektakularan kao Saturnov. Razlog tome je što u prstenovima ostalih planeta dominiraju tamne čestice prašine, dok su kod Saturnovog pored nešto malo prašine i kamenja, glavni sastojak gromade leda koje dobro reflektuju Sunčevu svetlost. Na osnovu analize prostiranja radio - talasa ustanovljeno je da su dimenzije većine čestica između 1 mm i 5 m, a najveće među njima dostižu nekoliko desetina metara.

Sa Zemlje su vidljiva dva najsjajnija prstena, A i B koje razdvaja takozvana 4 000 km široka Kasinijeva pukotina, i znatno slabiji C prsten. Susedni D prsten je još slabiji i pruža se gotovo da gornjih slojeva oblaka. Na obodu A prstena uočljiva je Enkeova pukotina, a još dalje se nalazi F prsten koji je otkrio “Pionir 11”. I dok glavni prstenovi imaju po više hiljada komponenti, F prsten se sastoji od svega nekoliko, i to isprepletanih prstenova. To je predstavljalo veliko iznenađenje i činilo se da prkosi zakonim orbitalne mehanike. Objašnjenje je nađeno u gravitacionom uticaju dva obližnja satelita koje materijal iz prstena prati kao pastire (tzv "shepherding satellites"). Štaviše, postoji veoma složena rezonanca između Saturnovih satelita i prstenova koju i danas nedovoljno dobro razumemo. Prolazak “Vojadžera” dodao je spisku još dva slabašna prstena, E i G.

Praćenje prolaza prstenova preko lika zvezde delta Bika i delta Škorpiona pokazalo je da su prstenovi izdiferencirani ne samo radijalno nego i po dubini, tako da je praćenje ovakvih pojava,  otkrilo na jednom delu prstena postojanje sedam slojeva, koji se prostiru jedan iznad drugog.

Oko porekla samog prstena ima više teorija: bivši satelit rastrgnut plimskim silama kada se  previše približio planeti; ostaci katastrofalnog sudara satelita sa nekim drugim telom; nesuđeni satelit kome prevelika blizina matičnom svetu nikad nije dozvolila da se u potpunosti formira. Danas se ova poslednja smatra za najverovatniju. Što je neki sastojak prstena bliži planeti, to je, saglasno trećem Keplerovom zakonu, veća njegova orbitalna brzina. Ova razlika u brzinama između dve susedne gromade je veoma mala, svega nekoliko centimetara u minutu, ali čak i tako malo relativno kretanje gromada dovoljno je da ih onemogući u okupljanju u jedinstvenu celinu pod uticajem uzajamne sile teže. Čim bi to pokušale, mala razlika u orbitalnim brzinama odmah bi ih osujetila.

S obzirom da je osa Saturna nagnuta pod uglom od 26°45', izgled Saturnovih prstenova sa Zemlje se menja. Najbolje se vide kada je jedan od polova najviše okrenut Zemlji što se dešava dva puta za vreme njegovog obilaska oko Sunca koji traje 29 i po godina. Kada se Zemlja nalazi u ravni prstenova, praktično su nevidljivi i za velike opservatorijske instrumente.

Titan…

Do novembra 1980. godine Saturnovu porodicu činilo je 10 tačkica jedva vidljivih pomoću teleskopa. Hajgens je posmatrao Saturnov najveci satelit, Titan. Kasini je otkrio Japeta, Reu, Tetis i Dionu; Heršel, Mimasa i Ecelada; Bond Hiperiona; Pikering Febe a Dolfus Janusa. Danas znamo za 60 svetova koji kruže oko Saturna. 

Najveći od njih je Titan, koga je Hajgens otkrio još 1655. godine. On s pravom nosi ime koje mu je dao ser Džon Heršel dva veka kasnije. Veći je od Merkura i Plutona i dugo se verovalo da je najveći satelit u Suncevom sistemu. “Vojadžer 1” je pokazao da nije tako – Titan ima gustu atmosferu koja skriva njegovu pravu veličinu –  poluprečnik čvrstog tela je 2575 km (poluprečnik Jupiterovog Ganimeda je 2640 km). Zamisao da Titan ima atmosferu javila se još početkom prošlog veka, pošto je utvrđeno da je disk Titana tamniji prema periferiji nego u centru. Sunčeva svetlost koju Titan reflektuje prema Zemlji prolazi duži put kroz atmosferu na periferiji nego u centru. Zato je slabljenje svetlosti na periferiji usled apsorpcije veće pa je rub diska tamniji. 

U atmosferi ovog satelita Kajper je 1944. otkrio metan, a pretpostavljalo se da je crvenkasta boja Titana indirektna posledica prisustva azota. Ultraljubičasta svetlost sa Sunca pretvara metan u složenije ugljovodonične molekule i vodonik. Ugljovodonici bi trebalo da ostanu na Titanu, prekrivajući površinu smeđim, katranastim, organskim talogom. Dalje, gusitina ovog satelita je toliko mala da on mora da sadrži velike količine raznih vrsta leda, uključujući tu i vodeni, a verovatni i metanski. Prisustvo azota i metana na ovom satelitu omogućuje nastanak cijanovodonične kiseline i cijanoacetilena što je preduslov za pojavu amino kiselina, neophodnih za razvoj života. Iako je poznato da zbog udaljenosti od Sunca temperatura mora biti znatno ispod tačke mržnjenja, bilo je spekulacija da uz eventualan obiman efekat staklene bašte ili topla vulkanska područja i obilje organske materije, ne treba tako lako prenebeći mogućnost postojanja nekih jednostavnijih oblika života.

Prve slike pristigle sa “Vojadžera” bile su prilično razočaravajuće. Titan je izgledao kao teniska lopta i kroz njegovu gustu atmosferu ništa se nije moglo videti. Istraživanja su pokazala da je atmosfera Titana gušća od Zemljine, a pritisak 1500 milibara. U atmosferi postoje oblaci, verovatno sačinjeni od metana i moguće je da povremeno padaju metanske kiše. Sama atmosfera se sastoji od najvećim delom od azota, zatim nešto argona i metana, a detektovana su i brojna organska jedinjenja i vodena para. To je ustanovljeno analizom zračenja koje dolazi iz atmosfere ovog satelita – svaki atom ili molekul zrači ili apsorbuje samo na nekim,  određenim, talasnim dužinama koje su karakteristčne za njega i na osnovu kojih se može prepoznati. 

Merenja “Vojadžera” su pokazala da je temperatura na površini -179°C i da varijacije između ekvatora i polova nisu veće od 3°. Uzrok tome je gusta atmosfera koja apsorbuje svetlost i ima toplotnu inerciju što jako smanjuje promene temperature. Na ovakvim temperaturama metan može da bude tečan i smelije pretpostavke kažu de je moguće je da je ceo Titan pokriven okeanom od metana. On bi na Titanu mogao da ima ulogu koju na Zemlji ima voda. Na površini je tečan, u atmosferi gasovit i verovatno može da stvara oblake i kišu. Ovakve pretpostavke su dovedene u sumnju skorašnjim istraživanjima u radio – domenu, ali konačan sud bi trebalo da daju podaci koji upravo pristižu sa “Kasinija”.

Sa ove letelice nam iz dana u dan pristižu nove, uzbudljive fotografije i po pri put smo u prilici da vidimo detalje na površini ovog neobičnog sveta, naravno samo u infracrvenom i radio domenu, pošto je gusta atmosfera Titana nepremostiva prepreka za vidljivu svetlost. I dok će biti potrebno vreme da se analiziraju podaci i daju definitivni odgovori, za sada su konstatovane sledeće karakteristike: površina je relativno glatka i mlada i bez upadljivih udarnih kratera što svedoči o izraženoj geološkoj aktivnosti; sami procesi koji su tu na delu tek treba da budu utvrđeni. Uočene su i formacije nastale vetrom, a posebno interesantne su tame oblasti za koje se spekuliše da bi mogle biti u tečnom stanju, ali tek će detaljne analize dati odgovor.

…i drugi svetovi

Japet ima prečnik 1460 km i uvek je okrenut istom stranom prema Saturnu (kao i većina Saturnovih satelita). Ima veoma malu gustinu pa je verovatno da je sačinjen uglavnom od vodenog leda. Hemisfera koja se kreće kroz prostor, tzv vodeća hemisfera, izuzetno je tamna i odbija samo 3 do 5%  svetlosti, kao recimo čađ, dok je suprotna hemisfera veoma sjajna i odbija gotovo 50% svetlosti. Ovu razliku primetio je još Kasini u 17. veku. Po jednoj pretpostavci za ovo je odgovoran tamni materijal koji se rasipa sa satelita Febe. Ipak, boja na vodećoj hemisferi Japetusa i ona sa površine Febe nisu potpuno iste. Druga hipoteza je da tamni materijal dolazi iz same unutrašnjosti Japeta. Ono što je posebno zbunjujuće je što je granica između svetle i tamne oblasti izuzetni oštra.

Febe rotira retrogradno i ima veoma mali albedo (refleksivnost) od oko 5 % što sugeriše da je reč o objektu  koji je zalutao iz Kajperovog pojasa sa ruba Sunčevog sistema i bio zahvaćen Saturnovom gravitacijom. 

Hiperion je jedno od najvećih tela nepravilnog oblika u Sunčevom sistemu. Dugačak je 400 km a širok svega 220. Sačinjen većim delom od leda ali nizak albedo sugeriše da je prekriven slojem prašine koja verovatno potiče sa Febe. Jedino poznatno telo u Sunčevom sistemu, pored asteroida  Tutatis koji je nedavno prohujao pored Zemlje, sa potpuno haotičnom rotacijom – njegova osa rotacije se stalno potpuno nepredvidivo koleba.

Rea, telo prečnika 1530 km. Na zadnjoj (‘pratećoj’) hemisferi nalaze se svetliji pramenovi na tamnijoj pozadini. Ovi pramenovi su po svemu sudeći rezultat unutrašnje aktivnosti na satelitu – svetliji materijal je verovatni izbačen kroz pukotine na površini. Prednja strana je svetla i izbrazdana kraterima. Trećinu mase satelita čini kameno jezgro, ostalo otpada na vodeni led. 

Diona, prečnika 1120 km, najgušći je Saturnov satelit posle Titana. Uočava se slična asimetriju izmedju vodeće i prateće hemisfere kao i kod Ree – vodeća hemisfera je ravnomerno osvetljena i izbrazdana kraterima, dok se na pratećoj hemisferi nalaze svetli pramenove koji se seku na tamnijoj površini. 

Tetis ima približno isti prečnik kao i Diona, ali je manje gustine. Dva oblika dominiraju njegovom topografijom. Na zapadu to je ogromni udarni krater prečnika 400 km nazvan Odisej, koji obuhvata gotovo dve petine satelita, a na istoku ogroman kanjon Itaka koji počinje daleko na jugu ispod ekvatora, ide sve do severnog pola, pa se opet spušta prema ekvatoru i zahvata gotovo tri četvrtine velikog kruga satelita. Udar koji je napravio onoliki krater bi potpuno razmrskao Tetis što sugeriše da je u doba kada je nastao unutrašnjost satelita bila mnogo toplija, možda tečna. Osim toga, ako je Tetis bio nekada tečan, hlađenje i zamrzavanje bi povećalo njegovu zapreminu, što bi dovelo do pucanja ohlađene kore. Ovo može objasniti i nastanak pomenutog kanjona čija je dužina najmanje 2000 km, širina 100 km a dubina 3 – 5 km. 

Površinom Mimasa dominira ogroman krater, 130 km u prečniku što je trećina prečnika satelita; dubina kratera dostiže 10 km, a uzvišenje u centru kratera 6 km. Na suprotnoj strani satelita se vide naprezanja nastala usled istog udara. Udar koji je ostavio takav krater je gotovo rasturio Mimas.

Encelad je najsjajniji satelit Saturna, odbija gotovo 100%  svetlosti koja padne na njega, što je među planetama i satelitima jedinstven slučaj. Verovatno je površina satelita pokrivena svežim ledom.   

Ostali sateliti predstavljaju tela daleko manjeg prečnika i nepravilnog oblika. Od njih vredi pomenuti Jana i Epimeta čije putanje razdvaja svega 50 km; svaki put kada se približe dolazi do male razmene momenta impulsa što uzrokuje da svake četiri godine potpuno zamene orbite!

*          *          *

Još mnogo toga ostaje da se otkrije o ovom prstenastom svetu i njegovim pratiocima. Iz dana u dan nam pristižu nove fotografije Saturnovih prstenova neviđenog kvaliteta i prvi detalji Titanove površine, a sa posebnim nestrpljenjem očekujemo 14. januar naredne godine za kada je zakazano spuštanje sonde “Hajgens” kroz Titanovu atmosferu. Sve u svemu, u naredne četiri godine, koliko će još “Kasini” biti na orbiti oko Saturna, očekujemo odgovore na mnoga pitanja o ovom misterioznom sistemu....

(decembar 2004)

***

Literatura