lagen van Saturnus
| Ontstaan | Ringen | Manen | Cassini-Huygens |
LAGEN EN ATMOSFEER
Aan de binnenkant kan
Saturnus vergeleken worden met Jupiter,
waarschijnlijk een vaste kern van gesmolten ijzer, nikkel en
gesteente.
De kern is is waarschijnlijk even groot als de aarde alleen dan drie keer zo zwaar.
In de kern is het ongeveer 12.000°C.
De kern en de lagen van Saturnus zijn vergelijkbaar met Jupiter.
De binnenmantel bestaat uit vloeibaar
waterstof
dat door de hoge druk eigenschappen van metaal krijgt.
In deze laag is de temperatuur vele
duizenden °C en gevormd onder een druk,
die miljoenen malen hoger is als op aarde.
Door bewegingen in deze laag ontstaan elektrische stromen en maken Saturnus magnetisch.
De aantrekkingskracht van Saturnus is veel sterker dan die van de aarde.
De buitenmantel bestaat uit een diepe oceaan van vloeibaar waterstof.
Saturnus heeft geen vast oppervlak, maar
de buitenste laag waterstof gaat over in de atmosfeer.
De gemiddelde temperatuur is -130°C.
lagen van Saturnus
De atmosfeer van Saturnus bestaat uit ongeveer:
Wetenschappers denken dat
helium, deels uit regen, uit de atmosfeer in de oceaan valt.
Wanneer de heliumregen in de oceaan valt, komt er energie in de
vorm van warmte vrij.
Gedurende miljarden jaren is
de hele planeet hierdoor opgewarmd.
Dit zou kunnen verklaren waarom de planeet meer dan twee keer zo
veel
warmte afgeeft als hij van de zon ontvangt.
Doordat de planeet
voornamelijk uit gas bestaat, komt het door de snelle draaiing
om zijn as, dat hij bij de polen platter en bij de evenaar breder
wordt.
Daardoor is het de meest
afgeplatte planeet van het zonnestelsel.
In de breedte is hij ruim 120.000 kilometer,
maar van pool tot pool is hij minder dan 110.000 kilometer.
Saturnus lijkt daardoor een beetje op een ei dat op zijn kant ligt.
De atmosfeer van Saturnus
heeft net zoals de aarde een exosfeer,
dit is de buitenste laag van de atmosfeer en is extreem ijl.
Omdat de exosfeer zo'n lage
dichtheid heeft kan hij heel gemakkelijk
opgewarmd worden door de straling van de zon.
De temperatuur van de
exosfeer ligt tussen de 117 tot 527°C, afkoelend naarmate je
dichter bij het oppervlak komt.
Onder de exosfeer ligt de ionosfeer, dit is een laag waar veel
elektronen en ionen in voorkomen.
Een elektron is een negatief geladen deeltje en een ion een positief geladen deeltje.
Golvende patronen in de wolkenbanden op Saturnus
In de atmosfeer van Saturnus zijn lichte
en donkere wolkenbanden te zien
net als op Jupiter maar dan veel vager.
De lichte wolkenbanden zijn de zones, de
donkere wolken banden zijn de gordels.
Het zijn banden in de atmosfeer van Saturnus die evenwijdig aan
de evenaar lopen.
De bovenste wolkenlaag bestaat uit
ammoniakkristallen, ongeveer 60 kilometer lager
bevindt zich een wolkendek van ammoniumhydrosulfide.
Nog eens 100 kilometer lager waarschijnlijk wolken van water en ijskristallen.
De wind kan in de buurt van de evenaar een
snelheid bereiken van 1800 kilometer per uur,
bijna drie keer zo snel als bij Jupiter.
Zware storm op Saturnus
Op Saturnus komt ook onweer
voor net als op aarde.
De bliksemontladingen in de dampkring van Saturnus zijn ongeveer
duizend keer zo krachtig als op aarde.
De stormen op Saturnus zijn veel heviger
dan op aarde.
Ze hebben de grootte van duizenden kilometers en zijn maanden- of
jarenlang zichtbaar.
De Dragon Storm was een storm die op in
het zuidelijk halfrond van Saturnus woedde, in een gebied dat,
Storm Alley, Stormsteeg, wordt genoemd, deze storm was een sterke
bron van radio-straling.
Een mogelijke verklaring voor deze storm
was een onweersbron aan de oostzijde van de wolk.
De Dragon Storm kwam op uit hetzelfde gebied waar eerder een
andere grote heldere storm was geweest.
Dit duidde erop dat er onder de Dragon
Storm een eeuwenoude storm zit, die zich normaal diep in de
atmosfeer
bevindt en om de zoveel tijd opstijgt om heldere stormen te
vormen die later weer verdwijnen.
|
Grote Witte Vlek en cycloon op Saturnus 29 december 2010 |
|
Op het noordelijk halfrond van Saturnus is rond 10 december een opvallende witte vlek ontdekt. Het is een stormgebied van duizenden kilometers groot en ze verschijnen wel vaker in de atmosfeer van Saturnus, maar zelden zo helder, omdat mistlagen hoog in de atmosfeer meestal het zicht ontnemen. De "Grote Witte Vlek" werd een paar dagen later door Cassini gefotografeerd en het stormgebied neemt nog steeds in omvang toe. Het stormgebied trekt een lange staart van heldere wolken achter zich aan, met een lengte van tienduizenden kilometers. Een andere wervelwind/cycloon ter grootte van Europa teistert Saturnus al vijf jaar. De cycloon is ongeveer 4000 kilometer breed. Cassini stuurde in 2004 de eerste beelden naar de aarde. De cycloon is wel groot, maar de winden zijn niet heel sterk. De cycloon zelf heeft een snelheid van ongeveer 245 kilometer per uur en aan de randen slechts 72 kilometer per uur. Bij stabiele hogedrukgebieden kunnen cyclonen heel lang bestaan, zoals de Grote Rode Vlek op Jupiter en de Grote Donkere Vlek op Neptunus. Of de cycloon op Saturnus 2011 haalt is nog onduidelijk. |
 |
Veel helium in het binnenste van Saturnus en Jupiter, 28 januari 2009
Uit
onderzoek blijkt dat het hete binnenste van Saturnus en Jupiter voor
het overgrote deel
uit waterstof en helium bestaan, de twee lichtste
elementen in de natuur.
Op
grote diepte binnenin is de
druk en temperatuur zo hoog dat waterstof vloeibaar en elektrisch
geleidend wordt. Dit metallisch waterstof is in grote delen
van het binnenste vermengd met helium.
Nieuwe berekeningen
laten zien
dat vermenging boven een bepaalde temperatuur
en afhankelijk van de
druk niet meer mogelijk is. Bij Jupiter is de druk extreem hoog,
daarvoor is een veel hogere temperatuur
vereist.
Het hoge noorden heeft een zeer actieve wolkenband waar kolkende wervelstormen ontstaan.
Aktieve atmosfeer Saturnus
Een hoek van de hexagon op de noordpool is
linksboven te zien,
de opname is gemaakt op 25 augustus 2008.
Hexagoon in de atmosfeer van Saturnus
Enorme stormen in de atmosfeer op de polen van Saturnus, 15 oktober 2008
Cassini heeft
opnamen gemaakt van een enorme cycloon op de noordpool van
Saturnus.
In 2006 was al een cycloon op de zuidpool van Saturnus ontdekt.
De noordelijke cycloon is
alleen waarneembaar op nabij-infrarode golflengten, omdat het
daar nu donker en winter is.
De wolken in de storm op de noordpool
draaien met een snelheid van zo'n 530 kilometer
per uur, dat is meer dan twee keer zo snel dan bij de orkanen op aarde.
Noord en zuidpool van Saturnus met de cyclonen
De opnamen van de polen zijn gemaakt op 15
juni de linker foto en 16 juni de rechter foto
op een afstand van 602.000 en 652.000 kilometer boven de wolken.
Om de cycloon heen bevindt zich een
hexagoon, een zeshoekige vorm die zelf niet
lijkt te bewegen. De Voyager 1 en 2 hebben dit verschijnsel ook
al waargenomen.
De donkere gebieden in de stormen ontstaan waarschijnlijk door
onweerachtige processen
die ongeveer honderd kilometer onder de wervelstormen
plaatsvinden.
Orkanen op aarde onttrekken hun energie
aan warm oceaanwater, onder de cyclonen op Saturnus
bevindt zich geen watermassa, maar ze krijgen hun energie van
enorme onweerswolken en
de warmte die wordt afgegeven door het verdampende water daarin.
Een ander verschil is dat de cyclonen op
Saturnus aan de polen vast lijken te zitten,
terwijl op aarde de orkanen zich over grote afstanden verplaatsen.
Maar verder lijken de orkanen op beide planeten sterk op elkaar.
Storm zuidpool van Saturnus
Atmosfeer blijft bewegen, 6 september 2008
Storm Alley is een band met sterk
draaiende bewegingen in een turbulente gebied in de atmosfeer van
Saturnus.
De actieve storm in dit gebied is sinds zijn ontstaan begin 2004
voortdurend aanwezig.
De opnames zijn door Cassini verzameld op 23 juli 2008 op een afstand van een miljoen kilometer.
Storm Alley op Saturnus
Onweersbui op Saturnus houdt al vijf maanden stand, 1 mei 2008
Er woedt een zeer krachtige onweersbui in
de atmosfeer van Saturnus, met bliksems tot 10.000 keer
sterker en met een omvang van enkele duizenden kilometers veel
groter, dan op onze aarde.
Cassini houdt de
storm nu al vijf maanden in de gaten.
De eerste tekenen van bliksemontladingen,
korte pulsen radiostraling, werden op 27 november 2007
opgemerkt door Cassini. De eerste visuele waarnemingen op 6
december. Ook in 2004 en 2006
zijn langdurige onweersgebieden op Saturnus waargenomen, maar
deze hielden nog geen maand stand.
Waarschijnlijk dat het onweer samenhangt met de herfst die op het
zuidelijk halfrond van Saturnus begint.
Grote storm op Saturnus
De storm bevindt zich in het gebied, die
bekend staat als Storm Alley, hier werden al eerder bliksems
en stormen waargenomen. Deze storm kan wetenschappers meer
inzicht geven over het klimaat
en de processen die verantwoordelijk zijn voor de intense
bliksemactiviteit op Saturnus.
Cassini kan om de tien uur en bijna
vijftig minuten de storm waarnemen, wanneer Saturnus rond
zijn as is gedraaid, de storm waarnemen. Cassini neemt de
onweersbui met de camera die radiosignalen opvangt.
Het geluid van een opname van een storm uit 2006, lijkt op het
geluid van onweer na een warme zomerdag op aarde.
Polen van Saturnus vertonen warme wervels, 3 januari 2008
Op de noordpool van Saturnus bevindt zich
een onverwacht warme plek, terwijl de noordpool
al meer dan tien jaar in ijzige duisternis ligt. Deze plek lijkt
op de warme plek die eerder
op de zuidpool werd gevonden. De bron van deze warmte is niet
bekend.
Uit gegevens van Cassini blijkt dat zich op beide polen een groot wervelend
stormcomplex bevindt.
Dankzij observaties van het Keck telescope
was het bestaan van de hot spot op de zuidpool van Saturnus
al bekend. Het vinden van een vergelijkbaar complex op het
noordelijk halfrond, was echter een verrassing.
Eerst dacht men dat de warme plek op de zuidpool verband houdt
met de zomerse omstandigheden
die momenteel heersen op het zuidelijk halfrond van Saturnus en
omdat de noordpool sinds 1995
geen zonlicht heeft ontvangen, werd dit niet verwacht op de
noordpool.
De metingen van Cassini laten zien, dat de
donkere cycloon aan de noordpool dezelfde structuur
en temperatuur heeft als op de zuidpool. De wolken zijn beide arm
aan fosforgas, wat waarschijnlijk
veroorzaakt wordt door verticale luchtstromen in de atmosfeer van
Saturnus. De poolstormen lijken vaste
en specifieke kernmerken te zijn van de planeet en lijken niet
af te hangen van de hoeveelheid invallend zonlicht.
Hete plek noordpool Saturnus
Het lijkt erop dat beide warme plekken het
resultaat zijn van lucht die naar de polen stroomt,
hier wordt samengedrukt en verwarmd en vervolgens de diepte in
gaat. Maar hoe deze circulatie ontstaat
en zo lang in stand kan blijven, is onduidelijk. Hoewel de beide
poolgebieden op elkaar lijken en dezelfde
warme plek vertonen, zijn de structuren niet gelijk, de wervel
aan de noordpool vertoont een opmerkelijke en
onverklaarbare zeshoekvorm. Deze structuur werd voor het eerst
gezien in de tachtiger jaren door Voyagers.
In 2007 werd de zeshoek, hexagoon, weer
gezien door Cassini. De heldere, warme zeshoek ligt veel hoger
ligt
dan voorheen werd aangenomen. De structuur reikt tot de bovenkant
van de troposfeer. Er is een verband met
neerwaartse stromen in de troposfeer, maar de zeshoeksvorm kunnen
de onderzoekers niet verklaren.
De winter op Saturnus duurt zo'n 15
jaar. Onderzoekers hopen de komende jaren met het wisselen
van
de seizoenen, meer details in de noordelijke cycloon te
zien. Ook Neptunus heeft dergelijke polaire hot spots,
onderzoek moet meer bekendheid geven over de vreemde bewegingen
rond de polen van de reuzenplaneten.
Zie nieuws 27 maart 2007
Door kleine stormsystemen in de atmosfeer
van Saturnus ontstaan krachtige straalstromen, of
stroomversnellingen, die met snelheden
tot ongeveer 1600 kilometer per uur oost- of westwaarts trekken,
dat is tien keer sneller dan straalstormen in de atmosfeer van de
aarde.
De stormsystemen drijven de straalstromen
aan.Tot nu toe dacht men dat het andersom werkte en dat de
draaiing van de wervelstormen
veroorzaakt werd door de kracht uit de straalstromen, die met
hoge snelheiden evenwijdig aan de evenaar van Saturnus bewegen.
Straalstromen op Saturnus
Dit proces kende men al op aarde, maar
werd nu ook aangetoond op Jupiter en Saturnus.
De ontdekking, die gedaan is na het ananlyseren van foto's
gemaakt door Cassini, betekent
dat donkere wolken overeenkomen
met opstijgende lucht, terwijl lichtere wolken juist overeenkomen
met dalende lucht, ook het tegenovergestelde van
wat tot nu toe altijd werd aangenomen. Hetzelfde geldt
waarschijnlijk ook voor Jupiter.
Wolkenbanden Saturnus in zandkleur, 7 mei 2007
Mooie spiraalvormige stromingen en
draaiingen kenmerken de banden in de atmosfeer van Saturnus.
De opname is gemaakt door Cassini op 19 augustus 2005 op een afstand van ongeveer
492.000 kilometer van Saturnus.
Zandkleurige wolkenbanden Saturnus
Zeshoekige stroming, hexagoon, rond noordpool Saturnus, 27 maart 2007
Cassini ziet in het
wolkendek boven de noordpool van Saturnus een zesvormige
honingraat structuur.
De zeshoekige structuur, hexagoon, is twintig jaar geleden ook
waargenomen door de Voyagers.
Onderzoekers staan voor een raadsel, want
zo’n hoekige polaire stroming is bij geen van
de andere planeten van ons zonnestelsel te zien, ook niet aan de zuidpool van Saturnus.
Het ontstaan van de zeshoek heeft waarschijnlijk iets te maken
met de stand van Saturnus ten opzichte van de zon.
Hexagoon op de noordpool van Saturnus
De zeshoek heeft een doorsnede van
ongeveer 25.000 kilometer en strekt zich uit tot een diepte van
honderd kilometer, er passen wel vier aardes in. De noordpool van Saturnus bevindt zich nu in
de duisternis, hierdoor kan de structuur alleen met infrarood-instrumenten
worden waargenomen.
De komende jaren hopen de onderzoekers meer te weten te komen
over de polaire stroming.
Orkaanachtige storm op Saturnus, 9 november 2006
Cassini heeft een
enorm stormgebied in de atmosfeer van Saturnus waargenomen, het
gebied is iets kleiner
dan de doorsnede van de aarde. De 8000 kilometer grote orkaan bevindt zich boven
de zuidpool
en net als op aarde heeft de storm een oog met eromheen hoog
uitstekende wolken.
Het verschil is, dat deze storm op
dezelfde plek blijft liggen en het ontstaan ervan is anders dan
dat op aarde,
want onder deze storm bevindt zich geen warm oceaanwater, wel is
de atmosfeer hier enkele graden warmer
dan op andere delen van Saturnus. Door het oog kunnen we twee
keer zo diep in de atmosfeer van Saturnus
kijken als op andere plaatsen. De donkere wolken die daar te zien
zijn, zijn nog een raadsel.
De storm bereikt windsnelheden van 550
kilometer per uur. De spiraalwolken die het oog vormen hebben
een hoogte van 30 tot 75 kilometer. Dat is vijf keer hoger dan
normale orkanen op de aarde.
Orkaan op Saturnus
Spiraalwolken zijn kenmerkend voor orkanen
op aarde. Deze worden gevormd als vochtige lucht
in de richting van het oog van de orkaan gaat en vervolgens
verticaal omhoog wordt geduwd.
Dit veroorzaakt zware regenval rondom een cirkel met neergaande
lucht in het oog van de storm.
Het is nog onduidelijk of er sprake is van gelijke voorwaarden
bij de storm op Saturnus.
Oogachtige stormen kwamen tot nu toe
alleen voor op aarde. Saturnus is de tweede planeet binnen ons
zonnestelsel
waar zulke soorten stormen aanwezig zijn. Veel stormen, zoals de
Grote Rode Vlek op Jupiter, zijn veel groter dan
de storm op de zuidpool van Saturnus, maar dit zijn geen
oogachtige stormen en ze zijn rustiger in het centrum.
Cassini maakt infraroodfoto's van de wolken op Saturnus, 10 oktober 2006
Op de foto zien we dat links, vastgelegd
door de infraroodcamera, de nachtzijde
van Saturnus van binnenuit door de warmtestraling wordt verlicht
en veel verschillende vormen en grootten laat zien van de wolken
in de atmosfeer.
Dit is een compositiefoto van verschillende golflengtes, van
zichtbaar licht tot infrarood.
De helderrode delen op de foto zijn bijna
wolkenvrij, terwijl de donkerrode zones eerder
aan de bewolkte kant zijn. In het rechter gedeelte, waar het op
dat moment dag was, zien we
dat het zonlicht verstrooid wordt door mist hoog in de atmosfeer
van Saturnus,
de wolken zijn niet zichtbaar, omdat ze schuilgaan onder dikke
heiige lagen.
Saturnus in infrarood
Als we de foto nog dichterbij bekijken,
zien we dat de wolken op het noordelijke halfrond opvallend
dunner en roder zijn dan in het zuiden, dit wordt waarschijnlijk
veroorzaakt door de seizoenen.
Over enkele jaren begint de lente op het noordelijke halfrond.
Cassini maakte de foto's in februari 2006 op een afstand van 1,6 miljoen kilometer van Saturnus.
Noordpool van Saturnus in infrarood
Nog een infraroodopname van de noordelijke
wolkenbanden van Saturnus, die zich op geruime diepte in de
atmosfeer bevinden.
De wolkenband in het midden lijkt op een kralenketting, deze
ketting heeft een lengte van 60.000 kilometer.
Cassini maakt opname van Saturnus en Rigel, Saturnus atmosfeer, 29 mei 2006
Wetenschappers gebruiken
de opname, die Cassini van de atmosfeer van Saturnus en de ster Rigel heeft genomen,
om de verticale structuur van de nevels in de bovenste atmosfeer
van de planeet te onderzoeken.
Het zwakker of sterker
worden van de ster geeft op elke hoogte informatie over de
dichtheid van de nevel.
Rigel heeft Cassini hiermee geholpen om de atmosfeer
van Saturnus te onderzoeken.
Op de opname van Cassini verschijnt Rigel, een superreus vanachter de nevelige bovenste atmosfeer van Saturnus.
Saturnus en Rigel
De opname is op 28 april genomen door Cassini, op ongeveer 663.000 kilometer afstand van Saturnus.
Rigel is één van de 10
helderste sterren die aan de hemel te zien zijn.
De ster staat in het bekende sterrenbeeld Orion.
Heldere wervelingen in de atmosfeer van Saturnus, 13 april 2006
Saturnus draait snel, in 10.8 uur, rond
zijn as, maar de wolkenbanden draaien met een andere snelheid
ten opzichte van Saturnus. Dit veroorzaakt onstuimige wervelingen
in de atmosfeer,
die enorme uitgestrekte en afgeknipte patronen vormen,
waargenomen door Cassini.
De lichte ovale vlek in de atmosfeer is
één van de vele wervelingen, die op het zuidelijk halfrond
voorkomen en worden kattenogen - cat's eye - genoemd.
Atmosfeer Saturnus met een kattenoog
Deze wervelingen kunnen zich ook
samenvoegen en wel maanden tot jaren duren.
In tegenstelling tot de aarde, waar het weer wordt beïnvloed door de zon, worden
stormen en wervelingen op Saturnus gedeeltelijk veroorzaakt door
de inwendige warmte.
Zwaar onweer op Saturnus, 14 februari 2006
Cassini heeft zeer
krachtige bliksemontladingen ontdekt in de dampkring van Saturnus.
Het radio-instrument van Cassini registreerde de radiostraling
van de ontladingen.
In de Saturnusdampkring is een groot
onweersgebied van witte wolken gezien
op de plaats waar de bliksemontladingen ontstonden.
Zulke grote onweersgebieden kunnen wekenlang op Saturnus
aanhouden.
Een groot onweersgebied van witte wolken
Het zijn de krachtigste ontladingen die
tot nu toe op Saturnus zijn waargenomen,
ongeveer duizend keer zoveel energie als de bliksem op aarde.
De oorsprong van de bliksemactiviteit werd
waarschijnlijk veroorzaakt door
een uitbarsting van radio-straling op 23 januari 2006.
De storm is groter dan het oppervlak van de Verenigde Staten.
Bliksemontladingen waargenomen door Cassini
Wervelstorm op Saturnus, 11-08-2005
Wervelstorm op Saturnus
De Cassini maakte deze foto op 10 september 2004 vanaf een afstand van 8.8 miljoen kilometer van Saturnus.
Poollicht op Saturnus, 04-08-2005
Het poollicht van Saturnus
gedraagt zich op dezelfde manier als op aarde.
Het is echter veel stabieler dan het aardse poollicht
en minder gevoelig voor het magnetische veld dat met de zonnewind
wordt meegesleept.
De kleuren zijn niet echt, je kunt het poollicht (aurora) aan de blauwe kleur herkennen.
Poollicht op Saturnus
Poollicht ontstaat als
geladen deeltjes uit de ruimte in het magnetische veld van een
planeet terechtkomen
en via de veldlijnen naar de polen worden geleid, waar ze in
botsing komen met atmosferische gassen.
Zuidkant van Saturnus, 04-04-2005
De foto is genomen op een afstand van 1.2 miljoen kilometer.
Je ziet de schaduwen van de ringen en de wolkenbanden.
Zuidkant van Saturnus