SATURN (0)

PÄRNUMAA KUTSEHARIDUSKESKUS
EHITUSPUUSEPP (14)
Albert Lumera
PLANEET SATURN
Referaat
Pärnu 2016
SISSEJUHATUS
Käesolevas töös antakse ülevaade planeedist Saturn, mis on Jupiteri järel suuruselt ja massilt Päikesüsteemi planeetide hulgas teine taevakeha .
Jämedalt ümardades on Saturni kaugus Maast miljard kilomeetrit. Maast on Saturn 9,4 korda suurem ning umbes 95 korda massiivsem. Tihedus on Saturnil eriti väike: kogutihedus on vaid 0,7 vee tihedusest. See tähendab, et ka Saturni puhul näeme tema ulatusliku, väga sügavale ulatuva atmosfääri välisosa. Kuigi Saturnil on väga palju kaaslasi, pakub teleskoobis kõige rohkem silmailu tema kuulus rõngas. Tegelikult koosneb rõngas mitmest üksteise sees olevast rõngast, mis omakorda koosnevad lugematust hulgast Saturni pisikestest, nummerdamata kaaslastest. Ka teistel hiidplaneetidel, sh Jupiteril, on rõngad , kuid märksa vähem silmapaistvad ( Puss , 2014).
Töös on kasutatud internetimaterjale interaktiivsest astronoomiaõpikust Kosmoloogia , teadusportaalidest Forte ja Novaator , ajakirjast Horisont ning ajalehest Sirp .

PLANEET SATURN
Saturn on üsna sarnane Jupiteriga, kuid pisut väiksem: läbimõõt 83%, mass 30%, tihedus 52% Jupiteri omast. Orbiit on Saturnil nagu Jupiterilgi "keskmiselt ümmargune", kalle ekliptika suhtes hiidplaneetidest suurim. Pöörleb ta umbes sama kiirusega, kuid telg on orbiidi tasandi suhtes kaldu. Teleskoobis vaadelduna on Saturni eripäraks heleda, kolmest osast koosneva rõnga olemasolu. Rõngas asub ekvaatori kohal 13 000 km kõrgusel ja tema kogulaius on peaaegu võrdne planeedi läbimõõduga. Päikesesüsteemi planeetidest on Saturn kõige lapikum ( diameetrite suhe 10:9), mis on mõistetav, kuna väiksem tihedus tähendab ka nõrgemat raskusjõudu. Pilvevöödid on sarnased Jupiteri omadele, kuid väikese heleduskontrasti tõttu raskesti märgatavad.
Kosmoseaparaatide abiga on mõõdetud Saturni magnetvälja (on väga tugev, ehkki umbes 10 korda nõrgem, kui Jupiteril) ning põhjalikult uuritud rõngaste struktuuri ning kaaslasi. Planeedi enda kohta on endiselt vähe andmeid; nende täiendamine on plaanis aastatel 2002-2006 (kosmosesond Cassini ). Matemaatilised mudelid näitavad, et planeedil peab olema tahke tuum, mõnevõrra suurem kui Jupiteril.
Saturni heleda rõnga laius on 65000 km ja ta koosneb kolmest osast (väljaspoolt lugedes A, B ja tuhm C-rõngas). A- ja B-rõnga vahel on hästi kontrastne tume vööt -- Cassini pilu ; ka A-rõnga välisservas on tühemik (Encke pilu). Lähifotodelt on näha, et rõngas pole radiaalselt ühtlane, vaid koosneb sadadest kitsastest rõngastest . Vastu valgust vaadates muutub rõngas "negatiiviks" -- heledad osad näivad tumedatena ja ümberpöördult, see näitab, et ka tühikutes leidub vähesel määral hajutavat ainet. Lisaks heledatele rõngastele on ka nõrgemaid -- pinnani ulatuv D-rõngas ja väline, planeedist ligi poole miljoni kilomeetri kaugusele ulatuv E-rõngas.
Keemiline koostis on Saturnil umbkaudu sama mis Jupiteril. Levinuim element on vesinik (mahu järgi 87-90%), see, mis üle jääb, on peamiselt heelium (10-13%). Ka lisandid on samad -- ammoniaak (NH3), metaan (CH4), etaan (C2H6), vesi, atsetüleen ( C2H2 ) ja fosfiin(PH3). Jälgi on leitud ka keerulisematest molekulidest. Lisandid moodustavad paksu ja mitmevärvilise pilvekihi nagu Jupiterilgi. Pilvkate jaguneb vöönditeks, kuid need pole nii kontrastsed ja värvilised kui naabril. Vööndid kulgevad ekvaatoriga paralleelselt. Ekvaatorile lähedased vööndid on heledamad ja sisaldavad tumedamaid ja heledamaid laike. Harva on näha ka punakaspruune laike. Planeedi pooluste läheduses leidub laike harva. Saturni keeristormid näivad olevat tsipa rahumeelsemad kui suurel naabril. Tuulte kiirus ulatub seal kuni 500 kilomeetrini tunnis. Saturn kiirgab kaks ja pool korda rohkem soojust, kui ta Päikeselt saab, ning tuulte ülesandeks on ülearune soojus välja pumbata .
1933. aastal vaadeldi Saturni ekvaatorist 15 kraadi põhja pool suurt valget laiku. Osutus, et seda nähti juba aastatel 1876 ja 1903. Ka 1960. ja 1990. aastal ilmus ta jälle nähtavale. Ta näib olevat umbes Saturni aastase tsükliga tormiala, mis tekib, kui Saturni põhjapoolkeral on suvi. "Voyager-1" avastas sellel planeedil ka maakera mõõtu suure punase laigu, mis aga polnud nii ere ja püsiv nagu tema kuulus kolleeg Jupiteril. Pilvede ülemisel piiril on õhutemperatuur -175 C, seega kolmkümmend kraadi madalam kui Jupiteril. Ülemised pilved on metaanist ja ammoniaagist, alumised pilved võivad olla jääkristallidest, sest sügavamale minnes kasvab nii rõhk kui temperatuur (Kosmoloogia).

Saturni kaaslased
Saturnil on kuuskümmend kaks teadaolevat kuud, millest viiekümne kolmele on antud ametlik nimi. Nende hulka ei ole arvatud väikesi „kuukesi“ (väikesed looduslikud satelliidid) Saturni rõngastes. Suuri kaaslasi on Saturnil kümme, lisaks kosmoseaparaatide abil leitud 8 väiksemat keha. Enamik neist tiirleb planeedi ekvaatori tasandis, kaugustel 1,2 kuni 30 planeedi läbimõõtu. Tähelepanuväärne on mitme kaaslase asumine ligikaudu samal orbiidil. Et sealsamas paiknevad ka rõngad, kujuneb välja omapärane süsteem rõngastest ning nende vahekohtades tiirlevatest kaaslastest. Suurimad kaaslased -- Rhea , Titan ja Japetus -- asuvad siiski väljaspool rõngaid. Neist Titan -- Ganymedese järel suuruselt teine kaaslane Päikesesüsteemis -- on ümbritsetud valdavalt lämmastikust koosneva üsna tiheda (rõhk pinnal 1600 millibaari) atmosfääriga. Kõigi suuremate kaaslaste tihedus on vahemikus 1200 kuni 1900 kg/m3 -- sama, mis hiidplaneetidel endil. Kõik Saturni kuud on saanud oma nimed kreeka mütoloogiast, välja arvatud rooma jumala nime kandev Janus (Kosmoloogia).
2010. aastal teadusajakirjas Nature avaldatud Canupi uus hüpotees selgitab, kuidas võisid tekkida Saturni kuud, mis tiirlevad kohe tänase rõngaste süsteemi vahetus läheduses. Aja jooksul rõngaste läbimõõt suurenes ning nende äärealadel tiirlevad jäätükid sattusid Saturnist juba nii kaugele, et lõpuks olid vahemaad nii suured, et nende omavaheline külgetõmme ületas planeedi loodejõud, mis üritasid neid lahus hoida. Saturni orbiidil tiirutava kosmosesondi Cassini vaatlusandmetel jätkub see protsess ka praegu. Canupi sõnul selgitavad avastused eriti hästi seda, miks Saturni kaaslane Tethys koosneb peaaegu täielikult jääst ( Sutt , 2010).

Saturni rõngad
1610. aastal märkas Galileo Galilei oma väikese teleskoobiga Saturni küljes kahte moodustist. Kaaslased nad ei olnud, sest mingit liikumist ei õnnestunud avastada . Kuna ta ei saanud aru, millega on tegemist, saatis ta Keplerile anagrammi, milles öeldi: "alumist planeeti nägin kolmekordsenä. Huvitav, et Kepler luges sealt välja Marsi kuude avastamise -- "tervitus teile Marsi poolt sünnitatud kaksikud"! Järgmised 40 aastat nähti Saturni venitatuna või sangadega. Hüpoteese oli palju, kuid esimesena sõnastas hollandlane Huygens oma 1655. aasta anagrammis, et "ta on ümbritsetud õhukese ja tasase rõngaga, mis ei puutu teda kuskil ja on ekliptika suhtes kaldu.
Saturni rõngas on maapealsetele vaatlejatele Saturni aasta jooksul kaks korda nähtamatu, sest siis näeme ainult rõnga serva. Viimati juhtus see 1996. aastal. Nüüdisajal on muidugi võimalik näha rõnga varju planeedil ja veenduda ta olemasolus, kuid XVII sajandil tekitas rõnga kadumine uurijate hulgas palju segadust . Pariisi observatooriumi esimene direktor G. Cassini avastas hiljem tema järgi nimetatud lõhe Saturni rõngas ( 1675 ) ning W. Struwe tegi rohkem kui sajand hiljem ettepaneku märkida rõnga osasid tähtedega A ja B. 1837. aastal avastas saksa astronoom J. Encke A-rõngas veel ühe lõhe.
1838. aastal märkas hiljem Neptuuni avastanud J. Galle seespool B-rõngast veel ühte, poolläbipaistvat rõngast. Seda avastust ei pandud eriti tähele, enne kui Cambridge ülikooli astronoom G. Bond koos oma isa W. Bondiga avastasid selle nn C-rõnga uuesti. 1907. aastal avastas Prantsuse amatöörastronoom G. Furnier C-rõngast seespool veel ühe rõnga. D-rõnga olemasolu üle vaieldi, kuni erakordselt hea nägemisega astronoom E. Bernard kinnitas selle olemasolu. Järgmine kord nähti seda rõngast 40 aastat hiljem, tema heledus on vaid kolmandik C-rõnga heledusest, mis omakorda on vaid sajandik B-rõnga heledusest. D-rõngas on tumedam kui Cassini pilu! E-rõngas avastati Allegheny observatooriumis, siis kui " Pioneer -11" oli juba teel. Selle tihedus on veel 100 000 korda väiksem kui D-rõngal.
Rõngaid peeti alguses tahketeks objektideks ning Cassini pilu vaid teist värvi alaks, kuni läbi selle õnnestus pildistada tähte. Laplace näitas, et laiu tahkeid rõngaid olla ei saa, see oleks vastuolus gravitatsiooniseadusega. Ta oletas kitsaste rõngaste süsteemi olemasolu. Venelanna S. Kovalevskaja tõestas, et rõngas ei saa olla ei vedel ega ka mitte gaasiline -- ta hajuks väga kiiresti. Shoti matemaatik J. Maxwell tõestas lõpuks teoreetiliselt, et rõngad peavad koosnema väikestest tükkidest, mis tiirlevad iseseisvalt ümber planeedi. Praktiliselt kinnitas seda ameeriklane J. Keller , kes Doppleri efekti kasutades mõõtis B-rõnga sisemiste oskeste tiirlemiskiiruseks peaaegu 21 km/s ja A-rõnga välispiiri osakeste kiiruseks ainult 17 km/s. Kolme heledama rõnga sisse saaks panna viis maakera kõrvuti, nii laiad on nad. Rõngaste pindala ületab ka Saturni oma, Maast rääkimata. Roche arvutuste järgi ei saa lähemal kui 2,44 planeedi raadiust suuri kaaslasi tekkida ning kui nad sinna satuvad, siis nad purunevad. Saturni rõngad asuvad just sellises vahemikus ning teadlased arvavad , et materjal, millest muidu oleks tekkinud mõned kuud, on jäänud rõngastesse (Kosmoloogia).
USAs Colorados asuva Southwesti uurimisinstituudi planeediteadlane Robin Canup on tulnud välja uue teooriaga, mis ilmus detsembris 2010 ajakirja Nature võrguväljaandes. Canup väidab, et tänapäevase rõngaste süsteemi näol on tegemist viimasena Saturni tohutu gravitatsiooni ohvriks langenud kuu jäänustega. See kuu oli põhimõtteliselt kivist tuumaga tohutu jääkuul. Kui selle kuu jäärikas pealispind oli tükkidena lahti kistud, liikus tuum edasi ja kadus allapoole Saturni pilvepiiri. Viimase hukatusele määratud kuu killud , millede läbimõõt oli algselt üks kuni 50 kilomeetrit, moodustasid jäise rõngaste süsteemi, mille mass oli tänaste rõngaste omast umbes tuhat korda suurem. Järgneva 4,5 miljardi aasta jooksul toimus nende suurte kamakate vahel loendamatu hulk kokkupõrkeid, mille tulemusena moodustusid palju väiksemad rõnga osakesed, mis tänasel päeval Saturni orbiidil tiirlevad. Canupi sõnul on praegu rõngaste süsteemis esinev kivine aine tõenäoliselt rõngaste jäiste osakeste ning asteroidide ja komeetide vahel toimunud kokkupõrgetest tekkinud praht , mille on kokku korjanud planeedi tohutu gravitatsiooniväli (Sutt, 2010).

SATURNI VAATLEMINE JA UURIMINE
Tihtipeale on vastuseks Saturn, kui küsida inimestelt, kes läbi teleskoobi on saanud vaadata, mis on kõige ilusam asi taevas. Aga nagu teistegi planeetide puhul, nõuab Saturni vaatlemine kannatust, head teleskoopi ja stabiilset atmosfääri. Saturni ketta läbimõõt on ka parimal juhul ainult 21 kaaresekundit. Ehkki rõngaste süsteem on veel 2,25 korda suurem, jääb see siiski väiksemaks kui näiteks Jupiter heades tingimustes. Asub ta Lõvi tähtkujus Lõvi pea läheduses. Saturni rõngad on aimatavad juba 25-kordse suurendusega, kuid 80 mm objektiiviga teleskoop suurendusega 50x näitab neid kui planeedi kettast lahutatud struktuuri. Ketta ääred on kergelt tumedamad, luues Saturnist kolmemõõtmelise pildi. Planeedi ketta vari rõngastel suurendab veelgi ruumilisust. Rõngaste silmatorkavaim detail on tume Cassini pilu, mis lahutab välimist A rõngast ning laiemat ja heledamat B rõngast. Raskem on leida Encke pilu, mis asub A rõnga välisservas. Saturni kettal pilvkattes võib märgata tumedaid vööndeid ja heledaid tsoone - silmatorkavaim neist on hele ekvatoriaaltsoon. Ehkki vööndid ja tsoonid on vähem pilkupüüdvad kui vastavad moodustised Jupiteril, on planeedi ketas harva täiesti detailideta. Põnev on jälgida muutusi tsoonides ja vööndites kuust kuusse, ning kui veab, siis võib sattuda valgetele laikudele - tormidele Saturni atmosfääri ülakihtides. Kujutise teravustamiseks võib proovida kasutada kollast okulaarifiltrit ning vööndite ja tsoonide kontrastsuse suurendamiseks helerohelist filtrit. Unustada ei tasu ka Saturni kaaslasi. Titan on näha juba 50 mm kiikriga, ülejäänute, sealhulgas ka selles numbris kõneks olevate Enceladuse jaethyse, nägemiseks on parem kasutada juba suurusjärgus 8-tollise objektiiviga teleskoopi ( Ivask , 2007).
Saturni on tema suure kauguse tõttu teleskoobi abil juba kaunis raske uurida. Pikksilmaga on näha vaid rõngas ning heal juhul ka see, et planeet on veel lapikum kui Jupiter. Saturni ööpäev kestab "Voyageri" andmetel 10 tundi ja 39 minutit ja täistiiruks ümber Päikese kulub 29,5 maist aastat ehk umbes 25 000 Saturni ööpäeva. Planeet on üle kolme korra "kergem" kui Jupiter, aga 95 korda massiivsem kui Maa ning kolm korda massiivsem kui kõik teised päikesesüsteemi planeedid ilma Jupiterita kokku. Saturni läbimõõt on 120 600 kilomeetrit, 9,4 korda suurem kui Maal. Nagu teistelgi hiidplaneetidel, ei ole läbipaistmatu pilvkatte pärast võimalik näha Saturni pinda ning ta keskmine tihedus leitakse pilvkattega piiratud ruumala järgi. Saturni keskmine tihedus on ainult 0,7 vee tihedust , ta on Maast kaheksa korda hõredam. Raskusjõud Saturni pilvepiiril ületab maise vaid 1,2 korda (Kosmoloogia).
Esimene missioon Saturnile oli Pioneer 11 möödalend, kui uuriti Saturni rõngaid. Voyager 1 tegi 1980. aastal suure hulga pilte planeedist, kaaslastest ja rõngastest ning aasta hiljem mõõtis Voyager 2 temperatuuri Saturni atmosfääris. 2004. aastal jõudis Saturni orbiidile ka Jupiteri külastanud automaatjaam Cassini, mis töötab edukalt praeguseni. Cassinil on seni suurimad teened Saturni süsteemi detailsel uurimisel , muu hulgas uurib see hoolega Saturni suurimat kaaslast Titaani (Puss,2014).
Titan on meie Kuust poole suurem taevakeha, mis tiirleb kuuenda kaaslasena ümber hiidplaneet Saturni. Tegemist on ainsa loodusliku kaaslasega meie Päikesesüsteemis, millel on tihe atmosfäär ja ainsa taevakehaga peale Maa, mille pinda katavad ulatuslikud vedelikukogud. Kui inimkond tahab kunagi saata sinna missiooni, mis suudaks otsida võimalike eluvormide järele, peab valmistama tõsiseks supluseks. Titani uurimiseks on kosmoseagentuurid välja töötanud mitmeid ideid, millest ükski pole küll lõplikku heakskiitu saanud. Titan Saturn System Mission (TSSM) oleks NASA ja ESA ühine projekt, saata kuumaõhupall Titani atmosfääri, et kuue kuu jooksul õhust seda taevakeha uurida. Viimaste uudiste põhjal on NASA on välja tulnud järgmise ideega - Titan Submarine ehk Titani allveelaev, mis kaaluks ligemale tonni, Titani peale viiduna suudaks aga 90 päeva jooksul sealses Kraken Mares edasi liikuda , mille jooksul läbiks ta 2000 kilomeetrit. Titani peale viiks selle allveelaeva mõni X-37 tüüpi kosmoselennuk ( Suurkask , 2015).
KOKKUVÕTE
Töö tulemusel selgus, et Saturn on Päikesesüsteemis suuruselt teine, teistest erinev, mitmekülgne ning viimaste teadusuuringute põhjal ka meie jaoks väga oluline planeet.
Elke Pilat-Lohinger Viini ülikoolist uuris arvutimudelite abil, mis juhtuks, kui Päikesesüsteemi kõige suuremad ja gravitatsiooniliselt mõjukamad planeedid – Jupiter ja Saturn – liiguksid ümber Päikese teisiti. Tuli välja, et kui näiteks Saturni orbiit oleks praegusest kasvõi kümnendiku võrra Päikesele lähemal või oleks see 20-30 kraadi Maa orbiidi suhtes kaldu, siis oleks sellel maakerale nii tugev mõju, et me ei tiirutaks sugugi enam oma mõnusas mugavustsoonis, vaid kalduksime paar korda aastas Päikesest sedavõrd kaugele, et kõik veekogud jäätuksid. Pilat-Lohingeri mudelite järgi võib ka juhtuda, et suurte planeetide orbiitteisenduste toimel lendab meie maakera üldsegi Päikesesüsteemist välja. Uuringute tulemused avaldati teadusajakirjas International Journal of Astrobiology 2014.a. (Ennet, 2014).
KASUTATUD KIRJANDUS

Ennet, P. Maa püsib elusõbralikus vööndis tänu Saturnile. Novaator. (23.02.2015). [ http://novaator.err.ee/v/universum/b6a0f0f8-8963-4a2e-8157-7c8c41863a87 ]

Google fotod. (23.02.2015). [ http://www.seasky.org/solar-system/assets/animations/system_menu_saturn.jpg ]

Ivask, J. Suur nelik . Horisont 2/2007. (23.02.2015).[ http://www.horisont.ee/node/48 ]

Kosmoloogia. Interaktiivne astronoomiaõpik. (23.02.2015).[ http://opik.obs.ee/osa2/ptk07/box01.html ]

Puss, A. Välisplaneedid õhtutaevas ja katsed neid vallutada. (23.02.2015). Sirp. [ http://www.sirp.ee/s1-artiklid/c9-sotsiaalia/2014-05-08-08-49-48/ ]

Sutt, J.K. Saturni rõngad: jäine mälestus kunagistest kuudest. Novaator.(23.02.2015). [ http://www.novaator.ee/ET/kosmos/saturni_rongad_jaine_malestus_kunagistest_kuudest/#samal_teemal ]

Suurkask, T. NASA kavatseb läkitada allveelaeva Saturni kuu peale. Forte. (23.02.2015). [ http://forte.delfi.ee/news/kosmos/nasa-kavatseb-lakitada-allveelaeva-saturni-kuu-peale?id=70777583 ]
LISAD
Lisa 1. Päikesesüsteem
Lisa 2. Saturni kaaslased
12