Saturno: características, composição, órbita, estrutura - Ciência - 2023

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Saturno é o segundo maior planeta do sistema solar depois de Júpiter. Conhecido por seu sistema de anéis, ele pertence aos planetas chamados Jovians, que estão localizados após o cinturão de asteróides, que os separa dos planetas rochosos.

Conhecido desde a antiguidade por ser um dos 5 planetas visíveis a olho nu e o mais distante deles, Galileu foi o primeiro a observá-lo com um telescópio em 1610. Embora tenha notado a deformação causada pelos anéis, a falta de resolução do instrumento não permitiu-lhe distinguir a sua forma.

Anos depois, em 1659, Christian Huygens descreveu apropriadamente os famosos anéis. Pouco tempo depois, o astrônomo italiano Giovanni Cassini percebeu que os anéis tinham uma divisão, que agora é chamada de divisão Cassini.

Embora os antigos astrônomos não tenham sido capazes de detalhar o sistema de anéis, a visão já magnífica do planeta deve tê-los impressionado o suficiente para dar-lhe nomes como "Alap Sahmas" (estrela do Sol) para os caldeus, "Phaenon" (brilhante como o Sol) para os gregos ou "Khima" (responsável pelo dilúvio universal) para os hebreus.

Os antigos romanos associavam o planeta ao deus grego Cronos, pai de Zeus, a quem chamavam de Saturno. Em homenagem a essa divindade, os festivais chamados Saturnalia eram celebrados em dezembro, que os antigos cristãos mais tarde associaram ao Natal.

Outras culturas antigas, como hindus, chineses e maias, também têm observações do planeta em seus registros. Para os maias, as datas em que ocorreram as conjunções de Saturno, Júpiter e Marte eram festivas.

Características gerais de Saturno

Saturno não é tão grande quanto Júpiter, tem apenas um terço de sua massa, enquanto seu raio é 16% menor.

É o menos denso dos planetas; com 687 kg / m³ ele poderia flutuar na água se houvesse um oceano grande o suficiente para contê-lo. É composto principalmente de hidrogênio e hélio, os elementos mais leves que se conhece, embora contenha outros em proporção bem menor.

Saturno tem seu próprio campo magnético, menos intenso que o de Júpiter, mas muito mais que o da Terra, com o eixo magnético paralelo ao eixo de rotação. É por isso que as auroras são comuns na forma de círculos concêntricos, bem em cada região polar. Estes são formados pelo movimento de partículas eletricamente carregadas no meio do intenso campo magnético do planeta.

Outra característica distintiva de Saturno é o calor que ele emite para o espaço, irradiando quase duas vezes a energia que recebe do Sol. O interior de Saturno é muito quente e os cientistas acreditam que isso se deve à condensação de hidrogênio líquido em alta pressão. .

A pressão dentro de Saturno é um milhão de vezes maior do que a pressão atmosférica da Terra. As gotículas de hidrogênio líquido ganham velocidade à medida que viajam em direção ao centro do planeta, produzindo calor.

O hidrogênio líquido se comporta como um metal e não é apenas responsável pelo calor irradiado, mas pelo efeito dínamo que cria o campo magnético.

A atmosfera de Saturno se assemelha à de Júpiter, com um padrão semelhante de faixas claras e escuras. As nuvens consistem em cristais de amônia, água e hidrossulfeto de amônio.

Existem ventos fortes e tempestades ocasionais que duram meses na Terra. Os ventos equatoriais em Saturno podem chegar a 500 m / s.

Resumo das principais características físicas do planeta

-Massa: 5,69 x 10²⁶ kg.

- Raio equatorial: 6,0 x 10⁴ km

-Rádio polar: 5,4 x 10⁴ km

-Forma: achatado.

- Distância média ao Sol: 1,4 x 10⁹ km

–Inclinação da órbita: 2,5º em relação à eclíptica.

-Temperatura: entre -139 e -189 ° C.

-Gravidade: 10,4 m / s²

- Campo magnético próprio: Sim.

-Atmosfera: Sim, principalmente hidrogênio.

-Densidade: 687 kg / m³

-Satélites: 82 formalmente designadas, muitas outras pequenas luas, sem designação.

-Argolas: Sim, um sistema complexo.

Os anéis de Saturno

Os anéis são a marca registrada de Saturno, porque embora os outros gigantes gasosos também os possuam, sem dúvida os deste planeta são os mais espetaculares.

Os anéis são compostos principalmente de gelo e rochas e são mantidos em forma graças à ação gravitacional de alguns satélites especializados: o satélites pastor.

No início, devido à falta de resolução de seus telescópios, os astrônomos pensaram que os anéis formavam um disco contínuo de matéria ao redor do planeta. Em todo caso, a espessura do sistema é insignificante, no máximo, apenas um quilômetro, podendo chegar a metros em algumas regiões.

O astrônomo italiano Giovanni Cassini foi o primeiro a notar a existência de uma linha divisória entre eles, por volta de 1675.

Anos depois, o matemático francês Pierre de Laplace apontou que numerosos anéis finos realmente existiam. Finalmente, James Clerk Maxwell construiu um modelo no qual ele propôs que os anéis eram compostos de muitas partículas, cada uma seguindo uma órbita independente.

Os astrônomos distinguem os anéis com letras do alfabeto. Os 7 anéis principais e mais brilhantes são A, B, C e D, enquanto E, F e G são mais claros.

Existem também milhares de anéis mais fracos. O mais claro e externo foi detectado com um telescópio infravermelho e é chamado Anel phoebe.

A divisão da Cassini separa o anel A do anel B, mas no mesmo anel A há uma região escura chamada Divisão Encke, mantido por um dos satélites de Saturno: Pan. Dentro da região também há um anel extremamente fino.

Existem divisões de larguras variadas, também nomeadas em homenagem a astrônomos famosos: Colombo, Huygens, Maxwell e Keeler.

Origem dos anéis

Os anéis são feitos de partículas que variam em tamanho de um grão de areia (mícrons) a enormes rochas com dezenas de metros de comprimento, mas os astrônomos concordam que elas não se originaram na mesma época que o planeta, mas muito recentemente.

Estima-se que os anéis principais A, B e C tenham provavelmente algumas centenas de milhões de anos, e isso é muito pouco em termos astronômicos. Os cientistas têm certeza de que todos os planetas do sistema solar se formaram ao mesmo tempo, cerca de 4,6 bilhões de anos atrás.

O material que compõe os anéis pode ter vindo de um cometa, meteoro ou lua, fragmentado pela gravidade do planeta. Em qualquer caso, não são os resquícios da formação do planeta.

Certamente a origem dos anéis é incerta no momento, mas o consenso geral é que eles são bastante instáveis, portanto, tão rapidamente quanto se formaram, eles podem desaparecer ao longo de alguns milhões de anos.

Movimento de tradução

Saturno leva 29 anos e 167 dias para viajar em sua órbita ao redor do Sol. Curiosamente, Saturno e Júpiter estão em ressonância orbital, uma vez que há interação gravitacional entre eles. Claro que a atração do Sol é muito maior, mas a de Júpiter também influencia.

Quando há ressonância orbital entre objetos astronômicos, seus períodos orbitais mantêm uma certa proporção, sempre com números pequenos. No caso de Saturno-Júpiter, este último gira 5 voltas para cada 2 voltas de Saturno e esta ressonância é considerada como tendo efeitos estabilizadores para as órbitas de ambos os planetas.

A ressonância orbital que ocorre entre as partículas que compõem os anéis de Saturno e os satélites que orbitam entre eles, exerce um poderoso efeito na estrutura dos anéis, como por exemplo a existência da divisão de Cassini.

Saturno é o planeta do sistema solar com o maior número de satélites, 6 deles têm períodos orbitais relacionados, vejamos:

-Mimas e Tethys, na proporção de 1: 2. Por 1 volta de Mimas, Tethys faz 2 voltas.

-Encélado e Dione, na relação 1: 2.

-Hyperion e Titan, em uma proporção de 4: 3.

Por fim, é notável que 85% do momento angular do sistema solar está concentrado em Júpiter e Saturno, os dois maiores planetas, em contraste com o Sol, que apesar de ter o maior percentual de massa possui pouco momento angular.

O momento angular de um sistema é uma quantidade física interessante, pois é conservado na ausência de interações externas. Para que uma mudança ocorra, é necessário um torque líquido de dentro.

Dados de movimento de Saturno

Os dados a seguir descrevem resumidamente o movimento de Saturno:

- Raio médio da órbita: 1,43 x 109 km

–Inclinação da órbita: 2,5º em relação ao plano da eclíptica

-Excentricidade: 0.056

–Velocidade orbital média: 9,6 km / s

–Período de tradução: 29,46 anos

–Período de rotação: 10,66 horas

Quando e como observar Saturno

O planeta Saturno é considerado um planeta superior, já que sua órbita está fora da órbita da Terra. Os planetas superiores são Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Pelo contrário, os planetas cuja órbita está mais próxima do Sol são chamados de planetas inferiores: Mercúrio e Vênus.

A melhor época para observar um planeta superior é quando a Terra se interpõe entre ele e o Sol. Por outro lado, é mais difícil ver quando está em conjunção, pois está mais longe da Terra e próximo do Sol, que o obscurece. A situação é descrita graficamente na imagem a seguir:

Naturalmente, um dos principais objetivos de qualquer observador do céu é ver os anéis, para os quais basta um pequeno telescópio. Mas é preciso levar em conta que às vezes os anéis estão no limite em relação à Terra e, portanto, são invisíveis.

O ângulo em que os anéis são vistos muda ao longo de 30 anos, que é o período em que Saturno orbita o sol.

As próximas oposições de Saturno são:

-2020: 20 de julho

-2021: 2 de agosto

-2022: 14 de agosto

-2023: 27 de agosto

-2024: Setembro 08

-2025: 21 de setembro

Movimento rotatório

Saturno leva em média 10,66 horas para completar uma revolução em seu próprio eixo de rotação, embora nem todas as suas zonas giram na mesma taxa. Por exemplo, no equador a velocidade de rotação é de 10,25 horas, enquanto no interior do planeta é de aproximadamente 10,65 horas.

Este fenômeno é conhecido como rotação diferencial E é porque o planeta não é sólido, como já dissemos. Também devido à sua natureza líquido-gasosa, o planeta sofre deformação devido ao movimento rotacional, tornando-se achatado nos pólos.

Composição

A composição de Saturno é fundamentalmente a mesma de Júpiter e dos demais planetas gasosos: hidrogênio e hélio, só que em Saturno a proporção de hidrogênio é maior, dada a baixa densidade.

Como Saturno se formou na região externa da nebulosa que deu origem ao sistema solar, o planeta foi capaz de crescer rapidamente e capturar uma grande quantidade de hidrogênio e hélio presentes na nebulosa.

Devido às enormes pressões e temperaturas que aumentam à medida que você vai mais fundo, o hidrogênio molecular na superfície se transforma em hidrogênio metálico.

Embora o planeta seja gasoso, há uma proporção menor de elementos mais pesados em seu núcleo, que é pelo menos parcialmente rochoso, como magnésio, ferro e silício.

Além desses elementos, abundam vários tipos de gelo, como amônia, água e gelo de metano, que tendem a se acumular em direção ao centro do planeta, que fica em alta temperatura. Por esta razão, o material é na verdade líquido, ao invés de gasoso.

As nuvens de Saturno são compostas por amônia e gelo de água, enquanto na atmosfera, além dessas substâncias, foram detectados acetileno, metano, propano e vestígios de outros gases.

Estrutura interna

Embora dominado por hidrogênio e hélio, acredita-se que Saturno contenha um núcleo rochoso por natureza. Durante o processo de formação dos planetas do sistema solar, gases condensaram-se ao redor desse núcleo, em um processo rápido que permitiu seu crescimento acelerado.

O núcleo de Saturno contém, como já dissemos, rochas e elementos e compostos voláteis, circundados por uma camada de hidrogênio líquido. Os cientistas estimam que este núcleo seja entre 9 e 22 vezes maior que a Terra: cerca de 25.000 km de raio.

Esta camada de hidrogênio líquido é rodeada por camadas de hidrogênio e hélio líquidos, que eventualmente se tornam gasosos nas camadas mais externas. A linha Frenkel é uma fronteira termodinâmica que separa o fluido gasoso do líquido.

Satélites naturais de Saturno

De acordo com as contagens mais recentes, Saturno tem 82 satélites designados e uma infinidade de min luas que ainda não os possuem. Isso torna Saturno o planeta com o maior número de satélites até hoje.

O sistema de satélite de Saturno é muito complexo; por exemplo, eles são conhecidos por terem uma ação direta sobre os anéis: satélites pastor.

Além disso, existem satélites Trojan, que permanecem em uma órbita estável a 60º à frente ou atrás de outros satélites. Por exemplo, as luas Telesto e Calypso são troianos de Thetys, um dos maiores satélites de Saturno.

Os principais satélites de Saturno são Titã, Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Hyperion, Iapetus e Phoebe. Esses satélites são conhecidos desde antes das missões espaciais, mas as sondas de pesquisa de Saturno descobriram muitos mais.

A maior de todas as luas de Saturno é Titã, que também tem sua própria atmosfera e é a segunda maior de todo o sistema solar, depois de Ganimedes, a grande lua de Júpiter. Titan é ainda maior que Mercury.

Por outro lado, Enceladus, a sexta lua de Saturno em tamanho, é uma enorme bola de neve com uma surpresa: seu núcleo é coberto por um oceano de água quente líquida.

Um fato curioso entre as luas de Saturno é que existem satélites cujas órbitas são as mesmas, mas conseguem não colidir. Os mais notáveis desses satélites coorbitais são Jano e Epimeteu.

Nem todas as luas de Saturno têm forma esferoidal, existem muitos satélites irregulares, geralmente de tamanho pequeno e orbitam bastante distantes do planeta.

Titan e sua atmosfera

É o maior e mais importante dos satélites de Saturno, visível da Terra como um pequeno ponto de luz, com a ajuda do telescópio. O astrônomo holandês Christian Huygens foi o primeiro a vê-lo por volta de 1655 e John Herschel, já no século 19, o chamou de Titã.

Sua densidade aproximada é de 1,9 g / cm³ e embora contenha um núcleo rochoso, é um mundo quase inteiramente feito de gelo.

Titã tem uma atmosfera densa dominada por nitrogênio e uma pequena porcentagem de metano, bem como traços de hidrocarbonetos. Esta é uma raridade notável no sistema solar, uma vez que os outros satélites carecem de uma atmosfera própria.

Também tem oceanos e chuvas, mas não água, mas metano. A existência desse composto é conhecida desde meados do século 20, graças à espectroscopia realizada pelo astrônomo Gerard Kuiper. A sonda Voyager mais tarde confirmou esta descoberta.

O interessante sobre Titã é que muitos compostos orgânicos foram detectados ali, além do metano, que são precursores da vida. O mecanismo pelo qual Titã adquiriu essa atmosfera peculiar ainda é desconhecido, mas é de grande interesse, uma vez que a abundância de hidrocarbonetos é muito maior que a da Terra.

Como parte da missão da Cassini em Saturno, a sonda Huygens conseguiu pousar na superfície de Titã e encontrou uma superfície congelada, mas cheia de formas de relevo.

Embora Titã desfrute de uma geologia e clima variados, é um mundo hostil para os humanos. Sua atmosfera é muito dinâmica; por exemplo, sabe-se que ventos de alta velocidade sopram, muito superiores aos maiores furacões terrestres.

Missões para Saturno

Pioneer 11

Foi lançado pela NASA em 1973 e chegou à órbita de Saturno alguns anos depois, em 1979. Essa missão capturou imagens de baixa resolução e também encontrou satélites e anéis desconhecidos nunca vistos da Terra.

A sonda finalmente ficou à deriva em 1995, mas trazia a placa com a famosa mensagem criada por Carl Sagan e Frank Drake, caso navegadores alienígenas a encontrassem.

Viajante

Esta missão consistiu no lançamento de duas sondas: Voyager 1 e Voyager 2.

Embora a Voyager 1 tenha sido concebida para atingir Júpiter e Saturno, ela já ultrapassou os limites do sistema solar, entrando no espaço interestelar em 2012. Entre suas descobertas mais importantes está a confirmação da existência da atmosfera de Titã, bem como dados importantes da atmosfera de Saturno e do sistema de anéis.

A Voyager 2 coletou informações sobre a atmosfera de Saturno, pressão atmosférica e inúmeras imagens de alta qualidade. Depois de visitar Saturno, a sonda alcançou Urano e Netuno, após o que entrou no espaço interestelar, assim como a sonda irmã.

Cassini

A missão Cassini foi um projeto conjunto entre a NASA, a Agência Espacial Europeia e a Agência Espacial Italiana. Foi lançado em 1997 no Cabo Canaveral e seu objetivo era estudar o planeta Saturno e seu sistema de satélites.

A sonda chegou a Saturno em 2004 e conseguiu orbitar o planeta 294 vezes até 2017, quando ficou sem combustível. A sonda foi então deliberadamente submersa em Saturno, para evitar que colidisse com um dos satélites e, assim, evitar a contaminação radioativa.

A Cassini carregou a sonda Huygens, o primeiro objeto de fabricação humana a pousar em um mundo além do cinturão de asteróides: Titã, o maior satélite de Saturno.

Huygens forneceu imagens da paisagem de Titã, bem como a estrutura dos anéis. Também obteve imagens de Mimas, outro satélite de Saturno que roça anéis. Eles mostram a enorme cratera Herschel, com uma enorme montanha em seu centro.

A Cassini também confirmou a presença de água em Enceladus, a sexta lua gelada de Saturno, com 500 km de diâmetro, que está em ressonância orbital com Dione.

A água de Enceladus é quente e o planeta está cheio de gêiseres e fumarolas que expelem vapor d'água e compostos orgânicos, motivo pelo qual muitos acreditam que ele poderia abrigar vida.

Sobre Jápeto, outro dos grandes satélites de Saturno, as imagens da Cassini revelaram um lado escurecido, cuja origem ainda é indeterminada.

Referências

O céu do mês. Conjunções e oposições planetas externos. Recuperado de: elcielodelmes.com.
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