Misterije Saturna

Okružen stotinama neverovatnih prstenova, Saturn je najlepši planet u našem Sunčevom sistemu. Okružuju ga njegovi meseci, atmosfera i ogromna magnetosfera. Džinovski prstenovi doprinose slavi ovog fascinantnog planeta i začuđuju istraživače kroz vekove.

Nakon 7 godina putovanja, kosmička sonda Cassini/Huygens je Jula 2004 godine ušla u orbitu Saturna gde treba da ostane kroz sledeće četiri godine proučavajući Saturn i mesece koji ga okružuju. Stotine naučnika iz 16 zemalja proučavaju rezultate ovog istraživanja u nadi da će objasniti neke od misterija.



Hubble [Habl] teleskop i tri kosmičke letelice koje su prošle pored Saturna sakupile su mnoštvo neverovatnih fotografija i podataka koji su nam pomogli u razumevanju nekih od pojava na Saturnu i oko njega. Međutim, ove letelice imale su na raspolaganju samo nekoliko nedelja za sakupljanje detaljnih podataka o Saturnu i njegova 34 nama poznata meseca - nedovoljno da potpuno razumemo prirodu prstenova Saturna. I pored sve svoje slave, misteriozni planet sa prstenovima ostaje i dalje velika nepoznanica i mnoga pitanja vezana za njegovu kompleksnu strukturu tek treba da dobiju odgovore.

Cassini misija na Saturn najambiciozniji je projekat u planetarnom istraživanju vasione do sada. Misija je ostvarena saradnjom Evropske Kosmičke Agencije (ESA), NASA-e i Italijanske Kosmičke Agencije (ASI). Cilj misije je slanje sofisticirane kosmičke letelice u orbitu Saturna gde bi trebala da ostane i studira planet kroz period od četiri godine.

Cassini sa sobom nosi sondu za naučno istraživanje Huygens koja se 14. Januara ove godine uspešno spustila na najveći Saturnov mesec Titan. Atmosfera Titana sadrži organske komponente koje su i navele vodeće naučnike da veruju kako bi ovaj Saturnov mesec mogao biti zamrznuta verzija stanja na planeti sličnog onom na Zemlji pre pojave života. Cassini orbiter opremljen je radarom koji će kroz naredne četiri godine da koristi u izradi mape površine Titana.

Sonda je lansirana uz pomoć rakete Titan IV sa lansirne rampe u Cape Canaveral [Kejp Kanaveral] u Floridi. Sonda je na svom putu do Saturna morala da prođe jednom oko Zemlje i Jupitera, i dva puta oko Venere kako bi pozajmila nešto gravitacione energije tih planeta i povećala svoju brzinu. Ušla je u orbitu Saturna 1. Jula 2004 godine.



Misterije Saturna





Saturn je šesti planet po udaljenosti od Sunca, nastao pre više od 4 milijarde godina. Njegov dijametar iznosi 120,536 kilometara i drugi je najveći planet u našem Sunčevom sistemu. Iako je po veličini gotovo jednak Jupiteru, Saturn ima najmanju gustoću od svih planeta Sunčevog sistema pa tako njegova masa iznosi samo 30% mase Jupitera. Njegova gustoća je ustvari toliko mala da bi mogao da pluta u nekakvoj imaginarnoj džinovskoj kadi.
Kao i Jupiter, sačinjen je uglavnom od vodonika i helijuma, ali je dva puta dalje od Zemlje i, gledajući sa Saturna, Sunce izgleda 10 puta manje nego onakvo kakvim ga vidimo mi sa Zemlje. U proseku, data površina na Zemlji primi 90 puta više sunčeve svetlosti nego površina iste veličine na Saturnu. Naučnici veruju da je unutrašnjost Saturna također slična unutranjosti Jupitera, sačinjena od stenovitog jezgra otprilike velikog kao naš planet, sloja tečnog vodonika i metala, sloja molekularnog vodonika i nekoliko vrsta leda u tragovima. Unutrašnjost Saturna je vruća. U jezgru, temperatura iznosi oko 12,000 stepeni Kelvina. Saturn zrači mnogo više energije u vasionu nego što primi od Sunca.

Vetrovi u njegovoj gornjoj atmosferi blizu ekvatorijalne ravni mogu dostići brzine od oko 1,800 km/čas. Za uporedbu, najjači uraganski vetrovi na Zemlji dostižu oko 400 km/čas. Ovi super-brzi vetrovi, u kombinaciji sa toplotom koja se diže iz unutrašnjosti Saturna prouzrokuju žute i zlatno-žute trake koje se vide u njegovoj atmosferi.
Zbog njegove udaljenosti od centra našeg Sunčevog sistema, planetu sa prstenom treba skoro 30 godina, koliko iznosi jedna njegova godina, da obiđe Sunce, ali se Saturn veoma brzo okreće oko svoje ose tako da dan na Saturnu traje samo 10 časova i 15 minuta. Velika brzina rotacije i njegova gasovita priroda odgovorne su za njegov neobičan izgled - spljošten na polovima i sa ispupčenjima oko ekvatora koja se daju videti čak i sa manjim teleskopima.

Na noćnom nebu lako je uočljiv golim okom. Iako ni približno sjajan kao Jupiter lako se odaje kao planet jer ne treperi kao zvezde. Njegovi prstenovi i veći sateliti vidljivi su kroz manje astronomske teleskope.

Prstenovi




Stotine prstenova koji kruže u orbiti Saturna sačinjeni su od nebrojenih čestica stena i leda, a veličina im varira od najsitnijih čestica do komada velikih kao kuća. Veruje se da su prstenovi nastali od ostataka kometa, asteroida ili razorenih meseca koji su se raspali pre no što su dosegli sam planet. Svaki prsten kruži različitom brzinom oko Saturna. Podaci sa Cassini/Huygens misije pomoći ce nam da razumemo kako su prstenovi nastali, kako zadržavaju svoju orbitu i zato se uopšte tamo nalaze.
Iako i ostala 3 gasna planeta našeg sistema, Jupiter, Uran i Neptun imaju prstenove koji kruže u orbiti oko njih, Saturnovi prstenovi su najveći. Debljina im je 1 kilometar ili manja od toga ali se protežu do 282,000 kilometara u kosmos što je otprilike tri četvrtine udaljenosti između Zemlje i Meseca.

Imena su im davana abecednim redosledom, kako su otkrivani, i relativno su blizu jedni drugima sa izuzetkom Cassini Division [Kasini Divižn] koje je ustvari praznina između prstenova širine 4,700 kilometara. Da bi ušla u orbitu Saturna, sonda je morala proći kroz jednu takvu prazninu između prstena F i G, koja je dalja od Saturna u odnosu na Cassini Division prazninu. Kao mera zaštite prilikom prolaska, instrumenti i kamere letelice bili su privremeno isključeni.



Saturnovi Meseci






24.Marta 1655 godine znalo se da samo Zemlja i Jupiter imaju svoje mesece, vec sledećeg dana je Christiaan Huygens [Kristijan Hojgens]1629-1695 dodao i Saturn, otkrivši Titan, Saturnov najveći mesec. Od tada pa do danas naučnici su otkrili ukupno 34 prirodna satelita u orbiti Saturna, ali je misteriozni Titan onaj koji ponajviše golica maštu naučnika.
Titan je drugi najveći mesec u Sunčevom sistemu (Jupiterov Ganimed je malo veći). Veći je od dve planete, Merkura i Plutona. Temperatura na površini je samo -180° Celzijusa. I Titan je jedini mesec sa gustom atmosferom; atmosferski pritisak blizu površine je oko 60% veći nego na Zemlji.

Titan kruži oko Saturna na udaljenosti od oko 1,2 miliona kilometara i treba mu oko 16 dana (15,94) da obiđe puni krug. Veoma je interesantan za istraživače jer je to jedini mesec u Sunčevom sistemu za kojeg znamo da ima oblake i misterioznu, debelu atmosferu poput neke planete. Naučnici vec decenijama bezuspešno pokušavaju da bace pogled kroz tu debelu, neprovidnu atmosferu. Novu svetlost na misteriju dodaju snimci poslati sa Cassini kosmičke letelice, snimljeni njenim moćnim optičkim i radarskim instrumentima izbliza. Snimci prikazuju kompleksnu geološku strukturu površine sa nekoliko kratera - pokazatelja da bi površina mogla biti veoma mlada po nastanku. Čak i sa poboljšanim načinima osmatranja, Titan čuva svoje misterije. Još uvek nam nije jasno koliko površine je tečno a koliko u čvrstom stanju. Moglo bi biti i jezera, stena i kanala.

Otkrivanje Titana je kao čitanje nekog misterioznog romana, kaže Dr.Charles Elachi [Čarls Elaki], direktor NASA Laboratorija za mlaznu propulziju i vođa tima za radarske instrumente na letelici Cassini. Svaki put kada okrenete novu stranicu naučite nešto novo, ali ne znate celu priču dok ne pročitate celu knjigu. Priča o Titanu se otvara ispred naših očiju i ono što vidimo je veoma interesantno. Naučnici se nadaju da će, jednom kada uporede podatke dobijene od desetine preleta letelice Cassini kroz neposrednu blizinu Titana, sa onima koje će sonda Huygens da pošalje sa površine Titana, moći da dobiju odgovore na neka od večnih pitanja - kako su planete formirane i kako je naš Sunčev sistem evoluirao u današnji oblik. Zbog ekstremno niskih temperatura uslovljenih golemom udaljenošću od Sunca struktura hemijske atmosfere na Titanu je duboko zamrznuta. Upravo ova kombinacija atmosfere i temperature uveliko interesuje naučnike jer bi mogla da sadrži komponente slične onima u primordijalnoj atmosferi Zemlje, davno pre nastanka života. Debela, oblačna atmosfera Titana se uglavnom sastoji od azota kao i na Zemlji, ali sadrži mnogo veći procenat metana i etana koji je čine neprovidnom. Organska priroda nekih hemikalija pronađenih u atmosferi mogla bi da upozori na neku formu života na ovom fascinantnom mesecu.



Većina ostalih meseca Saturna dobila je ime iz grčke mitologije: Pandora, Prometej, Enceladus i Hiperion. Neki od nedavno otkrivenih Meseca identifikovani su godinom i redosledom po kome su otkriveni poput S/2004 S1 i S/2004 S2. Meseci Saturna su različitog oblika i veličine. Neki su porozna, ledena tela sa kraterima, planinama i dolinama, neki pak sa ravnomernom površinom. Dok su neki naizgled formirani pre više milijardi godina, ostali su verovatno delovi većih, raspadnutih nebeskih tela. Više njih imaju stenovitu površinu koja bi mogla biti prekrivena organskim materijalom sličnim kompleksnim supstancama nađenim u najprimitivnijim meteorima.
Mesec Enceladus jedan je od najsjajnijih objekata u Sunčevom sistemu. Potpuno je prekriven vodenim ledom koji reflektuje Sunčevu svetlost kao ogledalo. Temperatura na površini mu je niska i iznosi samo -201° Celzijusa. Verovatno su vulkani sa ovog meseca izbacili čestice leda koje sačinjavaju Saturnov prsten E i one neprestano padaju nazad na njegovu površinu.

Epimetej i Janus razmenjuju svoje orbite svakih nekoliko godina menjajući pri tom redosled koji će on njih da bude bliže Saturnu.

Mimas ima samo 392 kilometra u prečniku i ogroman krater koji prekriva trećinu ukupne širine meseca. U centru kratera stoji planina visoka gotovo kao naš Mt Everest, najviša tačka na Zemlji. Uglavnom se veoma malo zna o Saturnovim mesecima osim podataka dobijenih kroz merenja njihovog sjaja. Procenjena veličina ovih meseca zasniva se na pretpostavkama njihovog stepena refleksije.



Počeci





Najstariji pisani materijal u kojem se pominje Saturn pripisuje se Asiriji. Oko 700. godine pre Nove ere oni su ga opisali kao planet sa prstenom koji sija u noći i nazvali ga Zvezda Ninib-a. Asirijci, koji su nastanjivali teritorije koje danas pripadaju Iraku, svoj procvat su doživeli između 1400 i 620 godine p.n.e. Oni su usvojili kulturu Vavilona, civilizacije sa oštrim okom za Astronomiju. Istoričari veruju da su čak 3000 godina p.n.e. Vavilonci razlikovali glavna sazvežđa i razvili kalendar astronomskih dešavanja i pojava.
Nekoliko vekova kasnije, 400. godine p.n.e. stari Grci su dali ime nečemu što je smatrano lutajućom zvezdom u čast Kronosa, boga poljoprivrede (literatura također navodi verzije Cronos ili Cronus). Kronos je bio gospodar Titana i Zeusov otac; (sasvim različit od onog Kronosa - personifikacije vremena). Zatim su stari Rimljani, koji su dobar deo svoje kulture adaptirali od starih Grka, promenili naziv planete sa prstenom u Saturnus, koren dananjeg imena Saturn. U Rimskoj mitologiji Saturn je bio bog poljoprivrede. U njegovu čast su svakog Decembra proslavljane Saturnalije, 7 dana dugačka proslava koja je vremenom postala najpopularnija svetkovina tadašnjeg Rima. Kroz vekove koji su usledili naše znanje o Saturnu nije se mnogo menjalo i Saturn je i dalje smatran lutajućom zvezdom sve do izuma teleskopa. Ovaj novi instrument, kojeg je Holandski optičar Hans Lippershey [Hans Liperšej] (poznat i kao Jan Lippersheim ili Hans Lippersheim) napravio početkom 17. veka ubrzo je doneo revoluciju u tadašnju Astronomiju. Kada je čuo o novom izumu, italijanski naučnik Galileo Galilei (1564-1642) je 1609. godine sačinio vlastitu verziju teleskopa i usmerio ga u nebo. Koristeći veoma primitivan teleskop sa uvećanjem od samo 20x primetio je da ima nešto posebno u vezi planeta sa prstenom. Galileo nije tačno mogao da definiše šta nije u redu sa planetom i mogao je da dâ samo pogrešne odgovore.

U početku je Science > Saturn" href="http://galileo.rice.edu/sci/observations/saturn.html" target="_blank">pretpostavio da je Saturn grupa od tri planeta koji se nalaze blizu jedan drugome, jednog većeg sa po jednim manjim planetom sa svake strane. Dve godine kasnije, promene u Saturnovom izgledu su ga dovele u nedoumicu. Dva manja planeta su nestala i Saturn je sada bio potpuno sam. Galileo je napisao da je bio zaprepašćen ovom neobičnom pojavom.

Mi sada znamo da prstenovi naizgled nestaju kako se menja ugao gledanja na ravan prstenova. Kada ih gledamo pod oštrim uglom, prstenovi su praktično nevidljivi. Par godina kasnije, Galileova posmatranja su postala jo više zbunjujuća kada su se prstenovi ponovo pojavili.

Ne znam šta da kažem o ovako iznenađujućem slučaju, napisao je on u očajanju. Konačno je predložio da Saturn mora da je imao ruke ili ručke koje su misteriozno rasle i periodično nestajale. Galileo je umro ne znajući da je svojim teleskopom ručne izrade posmatrao Saturnove prstenove.

Zbunjenost je vladala sve dok Christiaan Huygens [Kristijan Hojgens] (1625-1695), holandski astronom, nije razvio teoriju o sistemu planetarnih prstenova davne 1659. godine. Koristeći napredniji teleskop, koji je mogao da uvećava i do 50 puta, Hojgens je postavio teoriju da su prstenovi čvrsti, tanki i ravni. Nova ideja je postala model za tadašnje astronome, koji su tada mogli da razumeju ono sto vide.

Kako je kvalitet teleskopa poboljšavan, detalji su postajali jasniji. 1676. godine, Giovanni Cassini [Đovani Kasini] (1625-1712), italijanski astronom koji je naknadno postao francuski državljanin, bio je u mogućnosti da vidi najveću prazninu unutar prstenova, sada poznatu pod nazivom Cassini Division ili Cassini Gap.
Kasini i Hojgens su također otkrili i mesece oko Saturna. Broj poznatih satelita koji kruži oko ove planete neprestano raste.



Posmatranja iz Vasione



Zbog efekta izobličenja prouzrokovanog Zemljinom atmosferom, čak i najjači i tehnološki napredniji teleskopi bili su nemoćni da zapaze mnoge od Saturnovih osobina. Samo su neki prstenovi bili vidljivi, dok mnogi manji meseci nisu - sve dok nije postalo moguće posmatranje iz vasione.
Septembra 1979, kosmička letelica Pionir 11 je proletela samo 22 000 km daleko od Saturnove površine i poslala nazad fantastične fotografije gasovitog giganta i njegovih prstenova. Ove prve fotografije sa te udaljenosti su otkrile postojanje još dva meseca i još jednog prstena. Podaci sa Pionira 11 su također doveli do zaključka da je Titan, najveći mesec koji kruži oko Saturna, previše hladan da bi podržavao život - ili bar ne u nama poznatom obliku.

Do 1980 godine bilo je poznato 11 Saturnovih meseca. Kosmička letelica Vojadžer 1 otkrila je još 3 meseca 1980. godine, a podaci dobijeni uz pomoć letelice Vojadžer 2 su nagovestili mogućnost postojanja još 3, ali u to vreme to još nije moglo da se dokaže. Za to vreme instrumenti sa Zemlje su otkrili još tri meseca. Kosmičke letelice su također otkrile da je atmosfera Saturna gotovo u potpunosti sačinjena od Vodonika i Helijuma. Zastupljenost Helijuma iznosi samo 7% za razliku od Jupiterovih 11%.


Nakon dužeg maštanja o teleskopu koji bi bio smešten u orbiti astronomima se ostvarila želja kada je lansiran Hubble [Habl] Kosmički Teleskop 1990 godine. Nazvan po Američkom astronomu po imenu Edwin Hubble [Edvin Habl] (1889-1953), teleskop je svetlosne godine ispred instrumenata Galileovog doba.

Ovaj moćni teleskop posmatra nebo sa visine od 612 kilometara iznad Zemlje izbegavajući alteracije i distorzije prouzrokovane našom atmosferom. Putujući oko Zemlje brzinom od 28000 km/čas, Hubble napravi krug svakih 96 minuta. Svaki dan sposoban je da spremi između 3 i 5 gigabajta podataka. Podaci se tada distribuiraju astronomima i naučnicima u čitavom svetu. 1994. godine Hubble je snimio prve slike Saturnove aurore na kojima se baziraju istraživanja započeta u Julu 2004. godine.



Kosmička letelica Cassini



Kosmička sonda Cassini [Kasini] lansirana je 15. Oktobra 1997. godine. Ukupna masa sonde iznosi 5712 kilograma. Sam orbiter teži 2125 kilograma, sonda Huygens [Hojgens] teška je 320 kilograma, a lansirni adapter sa gorivom težak je 3132 kg. Cassini [Kasini] je jedna od najmoćnijih letelica koja je ikad poletela u kosmos. Jedna je od najvećih i najmasivnijih. Sadrži visoko kvalitetne instrumente i komunikacionu opremu sa labirintom kablova i konektora što joj daje izgled moderne metropole. Sa masom od 5650 kilograma Cassini je treća najmasivnija letelica ikada lansirana u kosmos. Samo dve kosmičke letelice koje je Sovjetski Savez poslao na Mars bile su teže.


Naučni ciljevi Cassini-Huygens misije uključuju detaljno istraživanje Saturna, njegovog sastava, njegovih meseca i atmosfere. Udaljenost između Saturna i Zemlje bili su očigledan izazov. Leteti direktno na Saturn bio bi najbolji način, ali takav put bi zahtevao ogroman tehnološki trud za tako masivnu letelicu kao što je Cassini. Da bi uspešno stigla do Saturna koristeći što manje goriva, letelica je koristila tehniku zvanu «gravitaciona praćka» (gravity assist), koja se sastoji u korištenju gravitacione sile planete u cilju povećanja brzine. Cassiniju je trebalo četiri gravitacione asistencije i 6 i po godina da dostigne brzinu koja bi je dovela do prstenaste planete.
Sa 6.8 metara visine orbiter Cassini nosi vrhunske instrumente za prikupljanje podataka. Također je dizajniran da nosi Huygens sondu do Titanove orbite i da je tamo izbaci. Orbiter također služi kao komunikacioni posrednik između Huygens sonde i Zemlje. Za emitovanje i prijem podataka Cassini koristi set od tri antene, jedne velike i dve male. Zbog velike udaljenosti signalu treba skoro sat i po (tačnije između 68 i 84 minuta) da stigne do Zemlje.


Huygens sonda



Sa prečnikom od 2.7 metara i 350 kilograma težine Huygens sonda je znatno manja od Cassini orbitera. Ona sadrži instrumente koji igraju glavnu ulogu u najuzbudljivijem delu misije, istraživanju Titana iz neposredne blizine.
Sonda je ušla u Titanovu mutnu atmosferu putujući brzinom od 20 000 km/čas. Zaštićena je specijalno dizajniranim omotačem koji je štiti od visokih temperatura (više od 12 000° Celzijusa) prouzrokovanih trenjem koje se javlja pri ulasku u gustu atmosferu Titana. Tokom spuštanja ka površini planete, usporenog uz pomoć tri padobrana, sonda je slala podatke nazad na Cassini koji je ostao u orbiti Saturna. Instrumenti su sakupili važne informacije o sastavu atmosfere, vremenskim prilikama i oblacima koji okružuju Titan. Dva sata nakon ulaska u atmosferu Titana, sonda je sletela južno od mesečevog ekvatora. Udarila je u površinu pri brzini od 25 km/čas i, kao što smo već pomenuli, pala u blato.

Misija se nada da ce povući paralelu između istorijskih putovanja i nove ere kosmičkog istraživanja uz multinacionalnu podršku i kooperaciju.

Pored NASA-e koja je bila vođa misije učestvovali su i Evropska Kosmička Agencija (ESA) i Italijanska Kosmička Agencija (ASI)