Saturnus

Saturnus is van de zon af gerekend de zesde planeet in het zonnestelsel en op Jupiter na de grootste. Beide zijn gasreuzen en zogenaamde ‘buitenplaneten’. Saturnus is vernoemd naar de Romeinse god van de landbouw, Saturnus. Saturnus is vanaf de aarde met het blote oog zichtbaar en al sinds de prehistorie bekend.

De samenstelling van Saturnus lijkt veel op die van Jupiter. De kern van Saturnus is wazig. Er is geen harde grens tussen een vaste kern en de rest van de planeet. IJs en gesteente van de kern mengen met helium en waterstof. Dat mengsel doorloopt tot zo’n zestig procent van de hele planeet. De fractie zware gesteente neemt af naar buiten toe. Er is dus geen harde grens.

In het centrum bevindt zich een rotsachtige kern, daaromheen een mantel van vloeibare metallische waterstof, gevolgd door een laag van moleculaire waterstof. De temperatuur in de kern bedraagt 12 000 K. Als gevolg van het Kelvin-Helmholtzmechanisme straalt Saturnus meer energie uit dan hij van de zon ontvangt. Deze energie-uitstraling wordt versterkt door de wrijvingswarmte die vrijkomt wanneer helium in de mantel tegen waterstof botst.

Als gevolg van zijn snelle rotatie (10h 14m aan de evenaar, 10h 41m op hogere breedtegraden) is Saturnus naar de polen toe behoorlijk afgeplat en het verschil tussen diameter tussen de polen en de evenaar bedraagt bijna 10% (120 536 km vs. 108 728 km). Bij andere (gasvormige) planeten doet dit verschijnsel zich ook voor, maar nergens zo sterk als bij Saturnus.

Een ander opmerkelijk feit over Saturnus is dat hij lichter is dan water. De gemiddelde dichtheid bedraagt namelijk slechts 0,687 kg per liter. Het is de enige planeet in het zonnestelsel met een kleinere dichtheid dan water.

Samenstelling atmosfeer

• Waterstofgas (H2) 96 (±2) %
• Helium (He) 3 (±2) %
• Methaan (CH4) 0,4 (±0,2) %
• Waterdamp (H2O) 0,1 %
• Ammoniak (NH3) 0,012 (±0,008) %
• Ethaan (C2H6) 0,0007 (±0,0002) %
• Fosfine (PH3) 0,0001 %
• Propaan (C3H8) sporen
• Ethyn (C2H2) sporen

De atmosfeer van Saturnus bestaat voor meer dan 96% uit waterstofgas en voor iets meer dan 3% uit helium. Het resterende deel wordt ingenomen door methaan, waterdamp, ammoniak, ethaan, propaan, ethyn en fosfine, die sporadisch voorkomen.

Op Aarde bestaat een duidelijke scheiding tussen land, water en atmosfeer. Saturnus heeft daarentegen alleen maar waterstoflagen die van een vloeibare vorm diep in de planeet langzaam overgaan in de gasvormige variant die in de atmosfeer voorkomt, zonder een duidelijke grens. Dit is een niet gebruikelijke situatie die voortkomt uit de enorme druk en temperatuur op Saturnus, genoemd een superkritieke toestand. Als gevolg van de extreme druk worden de gassen dusdanig samengeperst dat ze, op het punt waar normaal de overgang verwacht wordt, een dichtheid hebben die nog steeds overeenkomt met die van een vloeistof. Saturnus heeft daarom geen duidelijk planeetoppervlak, maar wetenschappers gebruiken als referentiepunt het punt waar de druk gelijk is aan 1 bar. Dit is aan de top van het wolkendek. Vanuit de ruimte gezien vertoont de atmosfeer van Saturnus een patroon van strepen of banden dat overeenkomsten vertoont met Jupiter. Het verschil is echter dat de banden van Saturnus vager zijn en rond de evenaar veel breder. Door de Voyager 1 werden complexe wolkenstructuren waargenomen in de atmosfeer die vanaf de Aarde niet zichtbaar waren. Op Saturnus waaien harde stormen, nabij de evenaar bereiken ze in de bovenlagen van de atmosfeer snelheden tot 500 m/s. Op de noordpool bevindt zich de Hexagoon van Saturnus, een zeshoekig wolkenpatroon met in het centrum een harde storm.

Alle gasplaneten uit het zonnestelsel vertonen een systeem van ringen, maar dat is pas op het einde van de 20e eeuw ontdekt. Het ringensysteem van Saturnus is verreweg het opvallendste en ook al veel eerder waargenomen. In 1610 keek Galileo Galilei naar Saturnus en zag drie objecten in plaats van een. Vol verbazing hield Galilei het er op dat de planeet twee handvatten (ansae) had. Toen hij twee jaar later nog eens keek waren deze verdwenen waarna ze twee jaar later weer verschenen, nu duidelijker dan ooit. Een halve eeuw later kon Christiaan Huygens dankzij de verbeterde telescooptechniek in 1655 als eerste bevestigen dat deze ansae eigenlijk een ring rond de planeet was.[6] Huygens beschreef een dunne platte ring die de planeet nergens raakte. Dit werd aanvankelijk met enige scepsis ontvangen, maar werd door Robert Hooke en Giovanni Cassini bevestigd.

Cassini toonde in 1675 aan dat de ring in werkelijkheid uit twee ringen bestond, waartussen zich een scheiding bevond die later de naam Cassinischeiding kreeg. In 1858 bewees James Clerk Maxwell dat de ringen gruis en stukjes rots moesten bevatten.