Is
de (van de zon uit
gerekend) zesde planeet van het zonnestelsel, de derde van de
buitenplaneten, de verst verwijderde planeet die nog met het blote
oog zichtbaar is. Saturnus is zeer helder en heeft een matgele
kleur. Reeds in de oudheid was Saturnus bekend en in een kijker is
hij een van de meest interessante objecten ten gevolge van de
aanwezigheid van een ringenstelsel. Onze huidige kennis van de
planeet berust vooral op de resultaten van de Amerikaanse
ruimtevoertuigen Voyager-1 en -2, die Saturnus resp. op 13 nov.
1980 en 26 aug. 1981 op resp. 142.200 km en 161.100 km passeerden.

1. Baan
De gemiddelde afstand tot de zon is 1427 miljoen km (9, 5 maal de halve
as van de aardbaan); omdat de excentriciteit van de baan 0,056 bedraagt,
kan de afstand tot de zon van aphelium tot perihelium variėren met 160
miljoen km. De helling van de baan ten opzichte van de ecliptica is
2°29¢; de lengte van de klimmende knoop bedraagt ongeveer 113°. De
siderische omlooptijd is 29 jaar 167 dagen en de synodische 378 dagen.
2. Massa
De massa is te bepalen uit de bewegingen van de satellieten van Saturnus,
maar ook uit de storingen die Saturnus teweegbrengt op de baan van
passerende ruimtevaartuigen. Deze methoden leiden tot een waarde van
95,181 maal de aardmassa en een gemiddelde relatieve dichtheid van
slechts 0,69.
3. Oppervlak
De aanwezigheid van de ringen maakt het moeilijk de juiste helderheid
van Saturnus vast te stellen. De albedo bedraagt ca. 0, 45. Het
planeetoppervlak lijkt op dat van Jupiter, behalve dat de donkere banden
veel minder duidelijk zichtbaar zijn ten gevolge van een nevellaag boven
de wolkentoppen, die bij Jupiter in veel minder uitgesproken vorm
aanwezig is. Het equatoriale gebied is heldergeel en het oppervlak wordt
iets groenachtig in de richting van de polen. Men kijkt bij Saturnus,
evenals bij Jupiter, tegen een wolkendek aan dat bestaat uit gassen in
gecondenseerde toestand, zoals ammoniakkristallen.
3.1 Rotatie
Saturnus vertoont een duidelijke aswenteling om zijn kleinste
middellijn. Uit waarnemingen van de bewegingen en de omwentelingstijd
van witte vlekken, die een enkele maal plotseling op het oppervlak
verschijnen (zoals in 1876, 1903, 1933, 1960 en 1990), heeft men de duur
van de aswenteling bepaald. Deze schommelt tussen 10h 14min en 10h 38min
al naargelang de vlek dichter bij of verder van de equator af ligt. Deze
variatie in omwentelingstijd is bevestigd door spectroscopische
waarnemingen. Uit de waarneming van radiostraling heeft men een
omwentelingstijd van 10!h 39!min 26!s gevonden voor de vaste kern en
magnetosfeer van Saturnus.
4. Atmosfeer en magnetosfeer
De atmosfeer van Saturnus is in grote lijnen gelijk aan die van Jupiter.
De windsnelheden zijn echter vier- tot vijfmaal zo hoog als in Jupiters
dampkring (tot 1500 km/u) en zijn het grootst nabij de evenaar. Ook op
Saturnus treden noorderlichten op, en vermoedelijk ook zeer intensieve
bliksems. Evenals Jupiter straalt Saturnus meer energie uit dan hij van
de zon ontvangt. De temperatuur aan de top van de wolkenbanden varieert
van -187 °C tot -181 °C. Temperatuur en druk nemen naar het inwendige
snel toe. Waarschijnlijk bestaat ook Saturnus uit een rotsachtige kern,
met daaromheen een laag vloeibare waterstof, omgeven door een zeer
dichte en diepe dampkring. De dampkring bestaat grotendeels uit
waterstof, met 7% (massapercentage) helium. Het zijn verontreinigingen
als methaan, ammoniak en andere verbindingen die de dampkring zijn
tekening en kleur geven.
In 1975 werd het bestaan van een magnetisch veld om Saturnus vastgesteld
met behulp van radiowaarnemingen. Pioneer-11 passeerde in 1979 de grens
daarvan en nam waar dat de veldsterkte ongeveer even groot was als die
van de Aarde. De polariteit van het veld is gelijk aan die van Jupiter,
maar de magnetische as valt nagenoeg samen met de rotatieas. De Voyagers
hebben het bestaan van het veld bevestigd en de juiste grenzen van de
magnetosfeer verder afgebakend.
5. Afplatting
De planeet vertoont zich in de kijker als een sterk afgeplatte schijf
(afplatting ca. 9%), waarvan de grootste en de kleinste middellijn resp.
120.500 en 108.700 km zijn. Geen enkele andere planeet is zo sterk
afgeplat. Uit de massa en de straal volgt, dat de versnelling van de
zwaartekracht aan de evenaar ongeveer 10% groter is dan aan het
aardoppervlak en aan de polen is die zelfs 30% hoger (aan de bovenkant
van het wolkendek gemeten).
6. Ringensysteem
De 'ring' van Saturnus is een merkwaardig en uniek verschijnsel. Het is
een platte, zeer dunne en cirkelvormige ring, die zich concentrisch met
de planeet zelf in het equatoriale vlak uitstrekt. De straal van de
buitenste en van de binnenste rand is resp. 2,25 en 1,15 maal zo groot
als de equatoriale straal van de planeet. Hoewel Galileo Galilei de ring
reeds in 1610 waarnam, realiseerde hij zich de juiste betekenis van zijn
waarnemingen niet; hij hield het lichtverschijnsel voor twee mannen aan
weerszijden van de planeet. Pas in 1655 herkende Christiaan Huygens de
ware aard van het verschijnsel. In 1675 zag Domenico Cassini dat de
'ring' uit twee delen bestond, gescheiden door een donkere concentrische
streep, de Cassini-scheiding, met een breedte van ca. 5000 km. In 1838
bleek dat ook de binnenste van deze twee delen gesplitst is.
6.1 Indeling
Zo onderscheidt men van binnen naar buiten drie ringen, die resp. met C,
B en A worden aangegeven. De C-ring, de floersring, is veel minder
helder dan de beide andere. In de A-ring bevindt zich de opvallende, 300
km brede Encke-scheiding. Daar het equatorvlak van Saturnus een hoek van
27° maakt met het vlak van de aardbaan, wordt de ring op verschillende
tijden onder zeer verschillende hoeken gezien. Ten tijde van zijn
grootste opening draagt hij voor ongeveer 50% bij tot de helderheid van
de planeet. Gedurende perioden waarin de aarde zich in het vlak van de
ring bevindt (1966, 1995), is de ring zelfs in zeer grote kijkers
onzichtbaar. Men kijkt dan tegen de scherpe rand aan; deze heeft een
buitengewoon geringe dikte van slechts enkele kilometers. Kort voor of
na zo'n verdwijning bevinden de zon en de aarde zich aan verschillende
zijden van het vlak van de ring. De waarnemer ziet dan de van de zon
afgekeerde kant van de ring in een zwak licht, waaruit volgt dat de ring
enigszins doorzichtig is. Dit was reeds geconstateerd bij het verdwijnen
van sterren achter de ring.
6.2 Roche-limiet
E. Roche heeft in 1844 aangetoond dat binnen een bepaalde afstand van
een planeet zich geen satelliet kan bevinden. De ring van Saturnus ligt
binnen deze limiet van Roche. Het ontstaan van de ring werd
toegeschreven aan het uiteenvallen van satellieten die binnen de limiet
van Roche kwamen. Men moet zich daarom de ring denken als een zwerm van
grotere en kleinere brokstukken die banen om de planeet beschrijven.
Spectroscopische bepalingen van de snelheid in verschillende punten van
de ring hebben deze opvatting bevestigd. Volgens spectroscopische
onderzoekingen van G.P. Kuiper zou de ring bestaan uit deeltjes
waterijs, wat later door radarwaarnemingen werd bevestigd.
6.3 Voyager-waarnemingen
De waarnemingen van de Voyager-1 en -2 hebben vooral het ringenbeeld
drastisch gewijzigd. Elke vanaf de aarde gevonden ring bleek uit vele
'subringen' te bestaan, zodat men nu weet dat Saturnus niet door enkele
ringen, maar door duizenden ringen omgeven wordt, gegroepeerd in enkele
dozijnen zones. Verschillen tussen individuele ringen en zones komen
waarschijnlijk voort uit verschillen in de grootte en samenstelling van
de brokstukken die samen een ring vormen. Ook heeft men spaakachtige
structuren waargenomen, terwijl een nieuw ontdekte ring (de F-ring) een
vreemde, gevlochten structuur heeft. De eigenschappen van het zeer
gecompliceerde ringensysteem hebben geleid tot omverwerping van alle
bestaande (relatief eenvoudige) theorieėn omtrent zijn aard; sedert de
waarnemingen van de Voyagers 1 en 2 tast men dan ook vrijwel volstrekt
in het duister over het hoe en waardoor van dit voor het zonnestelsel
unieke verschijnsel. In 1984 werd ontdekt dat er nog tot 20 maal de
straal van de planeet ringmateriaal aanwezig moet zijn.
6.4 Satellietresonanties
De invloed van satellieten op de ringen is aantoonbaar; zo worden de
binnen- en buitengrens van de F-ring bepaald door twee maantjes, de
satellieten S 13 en S 14 aan resp. de buiten- en de binnenkant van de
ring. De buitenkant van de A-ringzone wordt bepaald door de herdermaan S
15 en Mimas houdt de Cassini-scheiding 'leeg'. De 'gemiddelde' afmeting
van brokstukken in de C-ring is 2 m, in de A-ring 10 m en in de (niet
geheel lege) scheiding van Cassini 10 m. In de ringen werken behalve de
zwaartekracht van Saturnus en de satellieten ook elektrostatische
krachten. Uit de Voyagerwaarnemingen is gebleken dat de dikte van de
ring niet meer dan enkele tientallen meters bedraagt.
7. Satellietenstelsel
Saturnus bezit 18 manen en maantjes (nog afgezien van de miljoenen
objecten die de ringen vormen). Hoewel de banen van de grootste manen in
het equatorvlak van de planeet liggen, is de regelmaat die het
satellietensysteem van Jupiter kenmerkt, ver te zoeken. De grootste
maan, Titan (in 1655 door Chr. Huygens ontdekt), is groter en zwaarder
dan onze Maan. Titan heeft een dichte dampkring. Het oppervlak is door
die dampkring niet zichtbaar; de luchtdruk aan het oppervlak is 1-6 bar,
bij een temperatuur van -180 °C. De dampkring bestaat grotendeels uit
stikstof, verontreinigd met methaan dat onder Titanische omstandigheden
in gasvormige, vaste en vloeibare vorm kan voorkomen (zoals water op
aarde). Op Titan vinden vermoedelijk fotochemische processen plaats,
waarbij uit methaan ook ethaan, acetyleen, ethyleen en waterstofcyanide
gevormd zijn. Met deze karakteristieken is Titan een natuurlijk en
uitermate belangrijk pre-biologisch laboratorium.
Wat betreft de overige manen: Mimas, Tethys, Dione en Rhea zijn alle
vrijwel zuiver rond en dicht bekraterd. Enceladus vertoont een glad
oppervlak. Mimas bezit een reusachtige krater die bijna eenderde van
zijn oppervlak bedekt, terwijl Tethys op zijn oppervlak een gapende
breukvallei heeft van 750 km lengte en 60 km breedte. De manen Dione en
Rhea vertonen aanwijzingen voor het optreden van dezelfde geiserachtige
activiteit die de Jupitermaan Io kenmerkt. Hun oppervlak is geologisch
gezien van recente ouderdom. De lage soortelijke massa's van de manen
wijzen erop dat ze vermoedelijk grotendeels uit waterijs bestaan met
misschien een rotsachtige kern. Japetus is uitzonderlijk, omdat hij een
zeer helder en een zeer donker halfrond heeft (verschil van een factor 5
in reflecterend vermogen). De donkere kant is de voorkant, bij de
beweging van Japetus om Saturnus. De maan Phoebe beweegt retrograad,
dwz. tegengesteld aan de normale bewegingsrichting.
7.1 Minimaantjes
Verscheidene nieuwe, kleinere manen zijn op Voyageropnamen gevonden.
Behalve de twee eerder genoemde 'herdermaantjes' en de wachter van de
A-ring zijn er nog twee manen (S 10 en S 11) gevonden in vrijwel exact
dezelfde baan, en een maan (S 12 ofwel Dione B) die in dezelfde baan als
Dione in een 'Trojanenpunt' om Saturnus beweegt. In 1990 werd een
satelliet (S13) ontdekt in de Encke-scheiding; zijn bestaan was enkele
jaren eerder al vermoed op grond van golfpatronen aan de randen van deze
scheiding. |