Planete Sunčevog sistema

Zaboravljene sonde za proučavanje Urana i Neptuna

1

Ko redovno prati naš sajt, već je provalio – ušao sam u poseban režim: vreme je da malo reklamiram daleki komšiluk. Uz to, u avgustu je bilo 30 godina od kada smo prvi, jedini i poslednji put u ovom životu posetili Uran. Uradio je to 'Voyager 2'. Poseta je bila istorijska koliko i kratka. Tužna stvar je što danas ne postoji plan slanja novih sondi ka ovim planetama. Uran i Neptun kriju mnoštvo misterija koje bi nam omogućile da razjasnimo ne samo formiranje Sunčevog sistema, već i mnogih drugih zvezdanih sistema. Trenutno znamo da znatan deo egzoplaneta otkrivenih oko drugih zvezda pripada upravo egzoneptunima. Stoga ne čudi da je jedna od prioritetnih misija za naučnu zajednicu upravo kosmička sonda za proučavanje dve najudaljenije planete solarnog sistema.

 

Planeta patuljak 'Goblin' (2015 TG387) i potraga za Planetom 9

p1

Dok obični smrtnici i dalje zamišljaju periferiju solarnog sistema kao ogroman i nezanimljiv region ispunjen loptama prljavog leda, dotle astronomi ne prestaju da otkrivaju velike objekte na neobičnim orbitama. Poslednje otkriće grupe naučnika predvođenih Čadom Truhiljom i Skotom Šepardom jeste transneptunski objekat 2015 TG387, nazvan 'patuljasta planeta Goblin'.

Pluton

Planeta X

Nakon otkrića Neptuna “na ivici pera” 1846. izgledalo je da je u Sunčevom sistemu konačno uspostavljen red i da Njutn i Kepler mogu mirno da počivaju jer se sve planete kreću upravo onako kako predviđaju njihovi zakoni. Nebično ponašanje Urana je objašnjeno i svi su bili zadovoljni. Međutim, spokoj astronoma je trajao samo oko tridesetak godina. Tada je, veoma polako i veoma malo ali stalno i nepogrešivo, Uran ponovo počeo da prkosi opštoj teoriji kretanja planeta koju su razvili Lagranž i Laplas na osnovu Njutnovih i Keplerovih zakona. Bilo je jasno da uzrok smetnje može da bude samo još jedna nepoznata planeta. Dejvid Pek Tod je 1877. izneo prve pretpostavke o udaljenosti i prečniku nepoznate planete, ali je bez uspeha pretraživao nebo. U potragu se uključuju i Flamarion i Forbs. Ređaju se razne pretpostavke o orbiti i veličini planeta koja remeti miran san astronoma; po nekima, iza Neptuna kruže još nekoliko novih svetova.

Početkom XX veka, za nepoznatu planetu se zainteresovao američki astronom Persival Lovel koji je u to vreme već bio poznat po opservatoriji u Flagstafu koju je podigao iz sopstvenih sredstava radi izučavanja Marsa i njegovih famoznih kanala. Na osnovu detaljne analize poremećaja u Uranovom kretanju, 1905. Lovel je objavio proračune elemenata orbite planete X, kako ju je nazvao. Na prvi pogled deluje čudno da je Lovel svoj proračun zasnivao na kretanju Urana, a ne Neptuna, kod koga su poremećaji kretanja usled prisustva nepoznate planete bili oko 20 puta veći. Međutim, od svog otkrića pa do danas, Neptun još nije napravio ni jedan krug oko Sunca, tako da elementi njegove orbite nisu još bili dovoljno precizno određeni.

Lovel je započeo svoju potragu, za to vreme revolucionarnom, fotografskom metodom. Tokom desetogodišnjeg traganja, načinio je hiljade snimaka, otkrio je više od 500 asteroida i oko 700 promenljivih zvezda; svoju planetu X nije pronašao. Potpuno ubeđen u njeno postojanje neumorno traga do poslednjeg dana i umire iscrpljen 1916. Kasnije se ispostavilo da se na dva njegova snimka ipak nalazio i Pluton ali ga Lovel nije opazio.

Ni pretraživanje snimaka na osnovu proračuna Viljema Pikeringa koji je prvi uzeo u obzir i Neptunovo kretanje nije dalo rezultate. Godine 1919. Pikering objavljuje nove proračune koji su se, kako je kasnije utvrđeno, razlikovali od stvarnog položaja Plutona za 1°.1. Milton Hjumason na opservatoriji Maunt Vilson se prihvatio sistematskog snimanje predskazane oblasti u sazvežđu Blizanaca, ali ni on nije imao uspeha. Zapravo, kako se opet mnogo godina kasnije ispostavilo, i on je na dva svoja snimka imao i Pluton,  ali se njegov lik na jednom poklapa sa defektom emulzije a na drugom sa sjajnom zvezdom.

Potraga se nastavlja i na Lovelovoj opservatoriji, i specijalno u tu svrhu 1929. je izgrađen nov teleskop. Iste godine u Flagstaf kao asistent stiže i mladi Klajd Tombo i počinje  sistematski da snima sazvežđe Blizanaca. Njegov zadatak je bio da istu oblast neba snima sa razmakom od nekoliko dana i da zatim upoređujući ove snimke traži među nepokretnim zvezdama par čiji se likovi ne poklapaju. To je bio veoma mukotrpan i naporan posao: snimci rađeni u oblasti Mlečnog puta sadržali su i do 400 000 zvezda; analiza para ploča je trajala od tri do trideset dana. Počeo je da radi i  treći snimak kako bi otklonio sve nedoumice. Tomboova izuzetna upornost se isplatila i 18. februara 1930. uočio je na jednoj ploči svetlu tačku, sasvim malo pomerenu u odnosu na snimak od pre nekoliko noći. Pronađena je nova planeta.

Otkriće je potvrđeno 13. marta 1930. godine. Nova planeta je ponela ime Pluton, kako u čast antičkog boga podzemlja, tako i u čast Persivala Lovela čiji inicijali čine prva dva slova imena.

Ipak, ubrzo je utvrđeno da je Pluton suviše mali da bi bio odgovoran za posmatrane poremećaje orbita Urana i Neptuna. Potraga za planetom X je nastavljena bezuspešno. Epilog cele priče je stigao 1989. prolaskom “Vojadžera 2” pored Neptuna kada je znatno pouzdanije utvrđena njegova masa. Kada se u račun uzme ova nova vrednost, svi prethodni poremećaji u orbiti Urana u Neptuna, za koje se pretpostavljalo da izaziva “planeta X”, potpuno nestaju. Deveta planeta je otkrivena zahvaljujući pogrešnom rezultatu! Predviđeni položaj  Plutona za koji se ispostavilo da je bio veoma blizak stvarnom položaju, predstavlja jednu od velikih kosmičkih koincidencija!

Gospodar podzemlja i sumorni čamdžija

Pluton je veoma neobična planeta, toliko da mu mnogi čak osporavaju da je planeta. Tu je pre svega neobična orbita. Dok su orbita ostalih planeta gotovo kružne, Plutonova je izrazito ekscentrična (eliptična) – razlika između perihela i afela, odnosno tačke na orbiti u kojima je planeta najbliža odnosno najdalja od Sunaca, iznosi čak tri milijarde kilometara. Ova ekscentričnost dovodi do toga da tokom perioda od 20 godina, svakih 248 godina, Pluton postaje bliži Suncu od Neptuna (poslednji takav period bio je između januara 1979. i marta 1999.). Sama orbita je nagnutna pod uglom od 17° u odnosu na ravan ekliptike u kojoj se približno kreću sve ostale planeta.

I rotacija ove planeta je neobična. Nagib ose rotacije iznosi čak 122°.5, i za razliku od većine planeta, Pluton rotira retrogradno (u suprotnom smeru) i veoma sporo. Izuzev Merkura čiju rotaciju, zbog velike blizine usporava gravitacioni uticaj Sunca, i Venere za čiju sporu rotaciju je verovatno odgovoran neki dramatičan događaj u prošlosti, period rotacije ostalih planeta leži između 10 i 24 časa. Plutonu je potrebno čak 6 dana i 9 časova.

Na prosečnom rastojanju od 5.9 milijarde kilometara potrebno mu je 248 godina da obiđe oko Sunca. Na ovoj udaljenosti, oko 40 puta većoj nego što je udaljenost Zemlje od Sunca, do Plutona stiže 1500 puta manje svetlosti nego na Zemlju. Tako se prosečna temperatura na ovom mračnom svetu kreće između -210°C i -235°C.

Na planeti čiji je prečnik 2/3 Mesečevog, i usled niske gustine, sa masom koje je svega 1/6 mase koju poseduje Zemljin pratilac, nije se očekivalo da će biti otkrivena bilo kakva atomsfera. Ipak, veliko iznenađenje je priredila okultacija jedne slabe zvezde Plutonom 1988, kada je utvrđeno da i ovaj daleki i hladni svet ima veoma razređenu atmosferu, verovatno od azota i nešto ugljen monoksida i metana. Ova atmosfer opstaje zahvaljujući velikoj ekscentričnosti orbite – kako se Pluton udaljava od Sunca, ovi gasovi se kondenzuju i smrzavaju na tlu, a kada se nalazi blizu perihela, isparavaju i ponovo formiraju gasoviti omotač; tom prilikom jedan deo atmosfere se i gubi u svemiru.

Samo telo Plutona se sastoji od verovatno 70% stena i 30% vodenog leda. Na površini se uočavaju svetle i oko ekvatora tamne oblasti. Svetle oblasti su pokrivene zaleđenim azotom, metanom i ugljen monoksidom, a tamne čine mešavine nekih organskih materija ili su rezultat reakcije tla na kosmičko zračenje.

Usled neobične orbite Plutona i najvećeg Neptunovog satelita, Tritona, jedno vreme je bila zastupljena, danas napuštena hipoteza, da je i Pluton nekad bio Neptunov satelit koga je bliski susret ili čak katastrofalni sudar sa Tritonom zavitlao na samostalnu orbitu, a Triton poslao na retrogradnu putanju oko Neptuna. Danas se smatra da je verovatnije da je Triton nekad samostalno kružio oko Sunca po veoma ekscentričnoj orbiti, sličnoj Plutonovoj, i postepeno bio zarobljen Neptunovom gravitacijom.

1978. Džejms Kristi i Robert Harington otkrili su da deveta planeta od Sunca ima i jedan satelit. Proučavajući snimke Plutona, primetili su da je lik planete ispupčen i da se to ispupčenje javlja naizmenično sa jedne i druge strane. Razmatrajući razne moguće uzroke ove pojave, zaključili su da bi ti morao da bude Plutonov satelit. Nova posmatranja su to potvrdila i Plutonov pratilac je prigodno poneo ime sumornog čamdžije koji prevozi duše umrlih preko reke Stiks do podzemnog carstva kojim vlada Pluton.

Haron je najveći satelit u Sunčevom sistemu u odnosu na planetu oko koje kruži – prečnik Haron je samo upola manji od Plutonovog. Zato se centar mase oko kojeg rotiraju i Haron i Pluton, ne nalazi ispod Plutonove površine već van nje, i to je udaljen od Plutonove površine nešto više od samog njegovog prečnika, pa mnogi ovaj sistem nazivaju dvojnom planetom. Takođe, ovaj sistem planeta – satelit je jedinstven po uzajamno sinhronoj rotaciji, odnosno uvek pokazuju jedan drugom istu stranu, i gledano sa jednog od njih, onaj drugi izgledao kao da večito stoji na jednom istom mestu. Haron se sastoji se iz mešavine stena i leda, pri čemu površinu prekriva čisti vodeni led. Pretpostavlja se da je nastao, slično kao i Zemljin Mesec, u sudaru nekog većeg tela sa Plutonom, nakon čega se od izbačene materije formiralo novo telo.

I konačno, zbog svih opisanih neobičnosti ovog dvojnog sistema, koje ih izdvajaju od ostalih planeta Sunčevog sistema, kao i zbog velikog broja otkrivenih objekata, kako između orbita Neptuna i Plutona, tako i van Plutonove orbite, u takozvanom Kajperovom pojasu, mnogi smatraju da Pluton i Haron zapravo predstavljaju par džinovskih asteroida. Ipak, tačku na ovu dilemu stavila je Međunarodna astronomska unija 3. februara 1999. godine objavom da Pluton ostaje deveta planeta Sunčevog sistema. Ili barem dok se ponovo ne pokrene ovo pitanje, možda već oko 2015, kada bi u blizinu ovog neobičnog para trebala da stigne misija «Novi Horizonti», koja će, ukoliko bude odobrena, biti lansirana već početkom sledeće godine.

(jun 2005)

* * *

24. avgusta 2006, Međunarodna Astronomska Unija, podstaknuta otkrićem nekoliko tela izvan Plutonove orbite, a uporedivih po veličini sa njim, definisala je pojam “planeta“. Ova definicija je isključila Pluton i svrstala ga u porodicu planeta-patuljaka. U ovoj porodici se pored Plutona trenutno nalaze još četiri tela i taj broj će verovatno nastaviti da raste.

***

Literatura

Planete - literatura

Literatura korišćena za članke o pojedinim planetama Sunčevog sistema

Robert M. Nelson: Mercury: The Forgotten Planet, Scientific American Special, Volume 13, Number 3, 2003

Mark A. Bullock and David H. Grinspoon: Global Climate Change on Venus, Scientific American Special, Volume 13, Number 3, 2003

James F. Kasting: The Origins of Water on Earth, Scientific American Special, Volume 13, Number 3, 2003

Arden L. Albee: The Unearthly Landscapes of Mars, Scientific American Special, Volume 13, Number 3, 2003

Torrence V. Johnson: Jupiter and Its Moons, Scientific American Special, Volume 13, Number 3, 2003

Joseph A. Burns, Douglas P. Hamilton and Mark R. Showalter: Bejeweled Worlds, Scientific American Special, Volume 13, Number 3, 2003

S. Alan Stern: Journey to the Farthest Planet, Scientific American Special, Volume 13, Number 3, 2003

 

Mercury, http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/planets/mercurypage.html

Venus, http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/planets/venuspage.html

Earth, http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/planets/earthpage.html

Mars, http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/planets/marspage.html

Jupiter, http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/planets/jupiterpage.html

Saturn,http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/planets/saturnpage.html

Uranus, http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/planets/uranuspage.html

Neptune, http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/planets/neptunepage.html

Pluto, http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/planets/plutopage.html

 

MESSENGER Mission to Mercury,

http://www.nasa.gov/mission_pages/messenger/main/

Venus Express (European Space Agency),

http://www.esa.int/esaMI/Venus_Express/index.html

Mars Exploration Program (Jet Propulsion Laboratory)

http://mars.jpl.nasa.gov/,

Voyager Project Home Page (Jet Propulsion Laboratory),

http://voyager.jpl.nasa.gov/

Galileo Home Page (Jet Propulsion Laboratory),

http://galileo.jpl.nasa.gov/

Cassini Equinox Mission (Jet Propulsion Laboratory)

http://saturn.jpl.nasa.gov/

New Horizons, NASA’s Pluto-Kuiper Belt Mission

http://pluto.jhuapl.edu/

 

Milan S. Dimitrijević: 1991, Merkur, Vasiona, XXXIX, 70.

Milan S. Dimitrijević: 1992, Venera, Vasiona, XL , 7.

Milan S. Dimitrijević: 1993, Mars, Vasiona, XVI, 4.

Milan S. Dimitrijević: 1993, Jupiter, Vasiona, XVI, 30.

Milan S. Dimitrijević: 1993, Saturn, Vasiona, XVI, 81.

Milan S. Dimitrijević: 1994, Uran, Vasiona, XLII, 7.

Milan S. Dimitrijević: 1994, Neptun, Vasiona, XLII, 74.

Milan S. Dimitrijević: 1994, Pluton, Vasiona, XLII, 91.              

Karl Segan: Kosmos, 1982, "Otokar Keršovani - Rijeka", Opatija

Najdžel Henbest: Eksplozija Vasione, 1983, Globus, Zagreb

Journey to the Planets, Multicom Publishing Inc.

PLANETE

Šta je to planeta?

Planeta je nebesko telo koje se
(a) nalazi u orbiti oko Sunca,
(b) ima dovoljnu masu da sopstvenom gravitacijom nadvlada dejstvo sila krutog tela – što pretpostavlja hidrostatički ravnotežni oblik (približno okrugao), i
(c) koje je raščistilo okolinu duž svoje orbite.

Masa svih planeta zajedno čini 0.135% mase Sunčevog sistema.                  

Mase u Sunveom sistemu

Sunce                99.85%
Planete:              0.135%
Komete:               0.01% ?
Sateliti:             0.00005%
Asteroidi:            0.0000002% ?
Meteoroidi:           0.0000001% ?
Gas i prasina:        0.0000001% ?

[Koliko ste teški na drugim planetama
Težina zavisi od gravitacije tela na kome težinu merite, a ova opet zavisi od mase tela. Prema tome vi nećete biti jednako teški i na Mesecu i na Jupiteru]

Iako odlukom MAU od 2006. Pluton nije više planeta (već planeta patuljak) u ovom članku se navodi i on iz istorijskih razoga.

Sunce posmatrano sa
(date su srednje ugaone vrednosti)
1. Merkura:  1°22'40"
2. Venere:     44'15"
3. Zemlje:     32'01"
4. Marsa:      21'
5. Jupitera:    6'09"
6. Saturna:     3'22"
7. Urana:       1'41"
8. Neptuna:     1'04"
9. Plutona:       49"

Podele planeta

• Po svom položaju planete se dele na unutrašnje i spoljne, a kao granica uzima se glavni asteroidni pojas koji se nalazi između Marsa i Jupitera. Prema tome unutrašnje (engl. inner) planete su: Merkur, Venera, Zemlja i Mars, a spoljne (engl. outer): Jupiter, Saturn, Uran i Neptun (i Pluton).

Ponekad se unutrašnjim planetama (engl. inferior) zovu one koje su bliže Suncu od Zemlje (Merkur i Venera), tj. tada je graničnik za ovu podelu putanja Zemlje. Ostale planete od Marsa do Plutona su spoljne (engl. superior).

• Prema strukturi planete se dele na terestričke i jovijanske. Teresrtičke (terra = lat. zemlja) planete imaju čvrstu, stenovitu površinu, relativno su velike gustine, sporo rotiraju, nemaju prsten i imaju malo satelita ili ih uopšte nemaju (Merkur, Venera). U njih spadaju sve unutrašnje planete: Merkur, Venera, Zemlja i Mars. Od ovih Venera, Zemlja i Mars imaju atmosferu, dok je Merkur praktično nema - tj. ona je veoma razređena tako da o njoj i ne možemo govoriti u ovom našem, zemaljskom smislu. 

Jovijanske planete su slične Jupiteru. To su gasni giganti sastavljeni uglavnom od vodonika i helijuma, male su gustine, imaju brzu rotaciju, prstenove i puno satelita i verovatno malo čvrsto jezgro. To su Jupiter, Saturn, Uran i Neptun. 

Pluton se ne uklapa dobro ni u jednu grupu planeta i stoga je 2006. svrstan u zasebnu kategoriju planeta patuljaka čiji je predsatvnik. To je ledeno telo sa izduženom putanjom.

• Po veličini dele se na male: Merkur, Venera, Zemlja i Mars i njihovi prečnici ne prelaze 13000 km. Gigantske planete su Jupiter, Saturn, Uran i Neptun. Njihovi precniči prelaze 48000 km. 

odnosi veli čina

• Postoji i istorijska podela po kojoj u klasične planete spadaju sve one koje su poznate od preistorijskih vremena i koje se vide i golim okom. To su Merkur, Venera, Mars, Jupiter i Saturn. Moglo bi smo reći i da su to prave planete pošto su im to ime, planete, dali Heleni. U antičnko doba nije bila poznata priroda ovih tela i uočavalo se jedino njihovo brzo kretanje u odnosu na zvezde, pa otuda i potiče naziv planete sto je značilo lutajuća zvezda. Moderne planete su one koje su otkrivene u novije doba i koje se vide jedino pomoću teleskopa. To su Uran i Neptun (i planeta patuljak Pluton). Uran je otkrio W. Hersel 1781, Neptun J. G. Gale 1846, a Pluton K. Tomba 1930.

Orbite

Žuta boja označava 
ekliptiku, plava putanju 
Plutona, a crvena 
putanje ostalih planeta

Orbite planeta su eliptične sa Suncem u jednom fokusu. Međutim ekscentricitet planetarnih putanja je veoma mali te su putanje gotovo kružne. Izuzetak predstavalja Merkur (i naročito Pluton) čija je putanja u odnosu na putanje drugih planeta naglašeno eliptična (tj. ima veći ekscentricitet). 

Sve orbite planeta gotovo da leže u ravni ekliptike - njihovi nagibi su do 7°. (Nagib putanje Plutona prema ekliptici je 17,15°).

                     
Orbite

Bela strelica pokazuje smer kretanja planeta posmatrano iznad severnog Sunčevog pola (to je smer suprotno od kretanja kazaljke na satu).

Od Merkura do Jupitera. U tabeli su brojevima označene orbite planeta i vreme u minutima koje je potrebno svetlosnom zraku sa Sunca da stigne do odnosne planete.

Planeta     minuta

1. Merkur     3,21
2. Venera     6,01
3. Zemlja     8,31
4. Mars      12,67
5. Jupiter   43,27

Bela strelica pokazuje smer kretanja planeta posmatrano iznad severnog Sunčevog pola (to je smer suprotno od kretanja kazaljke na satu).

Orbite od Jupitera do Plutona, u tebeli označene rednim brojevima. Vreme svetlosnom zraku koje je potrebno da od Sunca stigne do date planete dato je u satima.

Planeta     sati

5. Jupiter    0,72
6. Saturn     1,32
7. Uran       2,66
8. Neptun     4,17
9. Pluton     5,48

[Koliko traje godina na drugim planetama
Godina je vreme za koje Zemlja jedanput obiđe Sunce. To traje 365 dana i šest sati. Ali druge panete svoj put oko Sunca načine za neko drugo vreme, pa tako ako imate 20 naših, zemaljskih godina, istovremeno imate svega 10 marsovskih godina]

Planete - tabelarni pregled

Ime Rastojanje od Sunca (x 1000 km) Period revolucije (dana) Nagib putanje
[stepeni]
Ekscen-
tricitet
Polup-recnik
[km]
Masa Gus-tina Priv.
veli.
[m]
Broj satelita
Merkur 57910 87,97 7,00 0,21 2440 3,30e23 5,43 -1,9  
Venera 108200 224,70 3,39 0,01 60,52 4,87e24 5,24 -4,4  
Zemlja 149600 365,26 0,00 0,02 6378 5,97e24 5,52    1
Mars 227940 686,98 1,85 0,09 3397 6,42e23 3,93 -2,0 2
Jupiter 778330 4332,71 1,31 0,05 71492 1,90e27 1,33 -2,7 63
Saturn 1429400 10759,50 2,49 0,06 60268 5,68e26 0,69 0,7 60
Uran1 2870990 30685,00 0,77 0,05 25559 8,68e25 1,32 5,5 27
Neptun2 4504300 60190,00 1,77 0,01 24766 1,02e26 1,64 7,8 13
Pluton3 5913520 90800 17,15 0,25 1150 1,27e22 2,06 13,6

3

1) otkriven 1781. 2) otkriven 1846 3) otkriven 1930.
Nagibi planeta
 
1 Merkur Venera Zemlja Mars Jupiter Saturn Uran Neptun Pluton
2 0.1° 177.4° 23.45° 25.19° 3.12° 26.73° 97.86° 29.56° 119.6°
3 1407.5 5832.5 23.9345 24.623 9.925 10.656 17.24 16.11 153.29

1 - Planeta, 2 - Nagib, 3 - Period rotacije u satima

Na crtežu su prikazani nagibi ravni ekvatora (crvene strelice) planeta prema ravni njihovih orbita. Prema konvenciji Međunarodne astronomske unije severni pol planete (označen je crvenom tačkom) se nalazi iznad ravni ekliptike (narandžasta linija). Iz toga sledi da Venera, Uran i Pluton rotiraju retrogradno, tj. suprotno od smera rotiranja ostalih planeta. (Crvene strelice pokazuju smer rotacije planete. Unutar svake planete na crtežu dat je i njen grafički simbol).

NEPTUN

Na vrhu pera

Neptun je prva planeta otkrivena, kako astronomi vole da kažu, “na vrhu pera”. Koristeći Njutnov zakon gravitacije i Keplerove zakone kretanja planeta, moguće je u svakom trenutku odrediti položaj planete na njenoj orbiti. Na osnovu pomenutih zakona Lagranž i Laplas su izgradili opštu teoriju kretanja nebeskih tela. U obimnim numeričkim izračunavanjima Laplasov saradnik bio je Buvar, koji je radio na Pariskoj opservatoriji. Prilikom sastavljanja tablica za kretanje Urana on je ustanovio da se rezultati ranijih posmatranja ne poklapaju, prema novim tablicama, sa orbitom planete. Uran je ubrzavao i usporavao svoje kretanje na neobjašnjiv način, ne pokoravajući se ustanovljenim zakonitostima. Student univerziteta u Kembridžu, Džon Adams, pokazao je da poremećaji u kretanju Urana mogu biti izazvani masivnom, nepoznatom planetom koja se nalazi iza njegove orbite. Međutim, kada 1845. je objavio svoje rezultate sa predviđenim položajem nepoznate planete na nebu, astronomska javnost ih nije uzela ozbiljno. 

U isto vreme ovim problemom se u Francuskoj bavio Leverje. On je izvršio svoje proračune, koji su se slagali sa Adamsovim i objavio položaj nepoznate planete. Ipak, ni pariski astronomi nisu bili voljni da prekinu rad i potraže novu planetu. Na kraju Leverje je poslao pismo u Berlin, mladom astronomu Johanu Galeu, koji je 23. septembra 1846. godine, iz prvog pokušaja, pronašao osmu planetu Sunčevog sistema, jedan stepen od predskazanog mesta. Naknadna posmatranja su pokazala da prilično brzo dolazi do odstupanja Adamsove i Leverjeove orbite od stvarne putanje Neptuna. Da je kojim slučajem potraga za nepoznatom planetom počela koju godinu ranije ili kasnije, Neptun se ne bi našao ni blizu predviđenog mesta. Takođe, srećna je okolnost da su Neptun i Uran bili na najbližem rastojanju 1822. godine, tako da je uticaj Neptuna na Uranovo kretanje još uvek bio primetan. Da su u to vreme bili na suprotnim stranama svojih orbita, ko zna kada bi Neptun bio otkriven.

Interesantno je da je, izučavanjem skica Jupitera i njegove okoline koje je načinio Galileo Galilej, utvrđeno da je ovaj veliki naučnik još 1612. posmatrao Neptun! Čak je tokom ove dve noći primetio da se neznatno pomerio, ali narednih noći mu je bio van vidnog polja pa nije potvrdio ovo zapažanje. Da je posmatrao i nekoliko prethodnih noći svakako bi uočio ovo kretanje, ali oblačno vreme ga je omelo. Ovako, zasluga za otkriće osme planete od Sunca ide ravnopravno Adamsu i Leverjeu.

Bog mora

Zapravo, nije sasvim tačno da je Neptun osma planeta od Sunca, tj on to nije tokom perioda od 20 godina, svakih 248 godina, kada zbog ekscentričnosti svoje orbite Pluton postaje bliži Suncu. Poslednji takav period bio je između januara 1979. i marta 1999. Pošto mu je za jednu celu orbitu potrebno 165 godina, Neptun od svog otkrića pa do danas nije napravio ni jedan pun krug oko Sunca. Ovaj najmanji od svih gasovitih džinova kruži oko Sunca na rastojanju oko 30 puta većem nego Zemlja.

Ipak, iako je nešto manji od Urana, po masi ga premašuje za 18%. I po građi Neptun dosta nalikuje svom susedu. Malo, gvozdeno-silikatno jezgro veličine Zemlje okružuje ledeni omotač na bazi vode, metana i amonijaka, a dalje se prostiru vodonik, helijum i metan. U gornjim slojevima atmosfere je u većim količinama prisutan metan koji dobro apsorbuje crvenu svetlost i tako daje planeti karakteristično modro plavu boju. U vreme prolaska “Vojadžera 2”, slično Jupiteru i Saturnu, i Neptun je imao tzv “Veliku tamnu mrlju”, uragan veličine Zemlje. Međutim, posmatranja sa Hablovog Svemirskog Teleskopa 1994. godine su pokazala da je ovaj uragan nestao! Ili se jednostavno rasuo ili ga trenutno prekriva neki sloj atmosfere. Na Neptunu su zabeleženi i najbrži vetrovi u Sunčevom sistemu – najbrži od njih dostižu čak 2400 km/h.

Dan na Neptunu traje oko 16 časova, što za posledicu ima malu temperaturnu razliku između dnevne i noćne strane planete. Usled velikog nagiba ose rotacije ( 30° u odnosu na ekliptiku) južni i severni pol su naizmenično konstantno osvetljeni u periodu od po 41 godine. Prosečna temperatura Neptuna je samo za 2° niža od one na Uranu,  umesto za očekivanih 12°. Neptun očigledno poseduje neki unutrašnji izvor toplote koji daje otprilike isto toliko energije koliko dolazi i od Sunca. Kao i Uran, i Neptun ima neobično magnetno polje – magnetna osa je nagnutna oko 47° u odnosu na osu rotacije i izmeštena za skoro 2/3 poluprečnika planete u odnosu na središte, što je verovatno posledica strujanja provodnih materijala u unutrašnjosti planete.

Na osnovu posmatranja okultacija zvezda tokom '80-ih godina 20. veka pretpostavljeno je da i Neptun okružuje sistem prstenova.  “Vojadžer 2” je potvrdio postojanje nekoliko prstenova ali prilično neuglednih s obzirom da se sastoje od tamnih materijala i prašine.

Triton

Danas se zna za 13 satelita koji kruže oko Neptuna. Od njih, samo dva zaslužuju da se pomenu. Nereida, koju je otkrio Kajper 1949, je satelit sa najekscentričnijom orbitom u Sunčevom sistemu – na  najdaljem rastojanju od Neptuna je čak sedam puta dalji nego na najbližem.

Znatno je interesantniji Triton, koji je otkrio britanski astronom amater Vilijam Lasel, teleskopom koji je nabavio zahvaljujući uspehu u poslovanju sa fabrikom piva. Lasel zapazio Triton svega 17 dana nakon otkrića Neptuna.

Triton je jedini veći satelit Sunčevog sistema koji oko svoje planete kruži retrogradno – u smeru suprotnom smeru rotacije planete. Ovo dovodi do njegovog stalnog usporavanja i približavanja Neptunu tako da će ga, 10 do 100 miliona godina od danas plimske sile rastrugnuti i formirati sistem prstenova koji će možda i premašiti Saturnov. Osa rotacije je nagnutna pod neobičnim uglom, tako da Triton, slično kao i Uran, deluje skoro kao da se kotrlja duž svoje putanje oko Sunca. Sve ovo, kao i njegova relativno velika gustina, navodi na zaključak da se Triton formirao u nekom drugom delu Sunčevog sistema i kasnije bio zarobljen Neptunovom gravitacijom. U tom slučaju, moguće je da je Triton kružio oko Sunca po veoma ekscentričnoj orbiti, sličnoj Plutonovoj, i postepeno bio privučen Neptunu, čak i istopljen snažnim plimskim silama, kružio oko Neptuna u tečnom stanju gotovo milijardu godina. Po drugom, znatno dramatičnijem scenariju, Pluton je bio Neptunov satelit koga je bliski susret, ili čak katastrofalni sudar sa gostujućim Tritonom zavitlao na samostalnu orbitu, a Triton na retrogradnu putanju oko Neptuna.

Triton je jedno od tri tela Sunčevog sistema sa atmosferom, doduše veoma retkom, u kojoj preovlađuje azot (ostala dva su Zemlja i Saturnov Titan.). Površina okovana ledom veoma dobro reflektuje ono malo Sunčeve svetlosti što do nje stiže, tako da je Triton sa temperaturom od oko -235°C verovatno najhladniji objekat Sunčevog sistema. Na samoj površini su vidljivi dokazi o burnoj geološkoj istoriji. Prisutno je veoma malo kratera što govori da je površina relativno mlada. Jedna od najzanimljivijih pojava je tzv ledeni vulkanizam, tj vulkani koji izbacuju mešavinu tečnog azota, metana i prašine, koji se trenutno zamrzavaju i padaju na površinu kao sneg. Time Triton spada u jedno od četiri tela Sunčevog sistema sa aktivnim vulkanizmom (ostala tri su Zemlja Venera i Io; Marsovi vulkani više nisu aktivni). Međutim, dok Zemljin i Venerin vulkanizam održava unutrašnja toplota, a Iov plimske sile, vulkane na Tritonu verovatno pokreće mehanizam u kome bitnu ulogu igra periodično smenjivanje osunčavanja polarnih i ekvatorijalnih zona usled pomenutog neobičnog nagiba ose rotacije. Kao posledica čestih zamrzavanja i topljenja, uočavaju se sistemi pukotina, grebena i dolina preko čitave površine.

*          *          *

Neptun, kao i Uran, je posetila samo jedna letelica napravljena ljudskom rukom. 25. avgusta 1989. “Vojadžer 2” je proleteo pored ovog plavog gasovitog džina i time uspešno kompletirao svoje istorijsko Veliko Putovanje. Tokom 12 godina, zahvaljujući izuzetno povoljnom rasporedu planeta, ovaj Putnik je, uz minimalan utrošak goriva, koristeći tzv gravitacionu praćku, obišao sve spoljašnje planete izuzev Plutona, i nastavio ka rubu Sunčevog sistema. Pošto se takavo poravnanje planeta neće skoro ponoviti, ostaje bleda nada da će se u skorije vreme u budžetu svemirskih agencija naći mesta i za neku misiju ka osmoj planeti od Sunca….   

(april 2005)

***

Literatura 

 

URAN

Vekovima je rub Sunčevog sistema bila orbita Saturna – poslednje od pet planeta koje su još drevni narodi posmatrali kako se “šetaju” među nepokretnim zvezdama. Iako je dovoljno sjajan da se opazi i golim okom, bilo je potrebno da prođe gotovo celi pisani period čovekove istorije, da bi krajem osamnaestog veka ljudsko oko ugledalo Uran, prvu planetu otkrivenu pomoću teleskopa, prvu za koju nisu znali stari narodi. U upoznavanju sedme planeta od Sunca značajna su tri datuma.

Crkveni orguljaš

Prvi je 13. mart 1781. godine. Te noći, orguljaš crkve u engleskom gradu Batu i pasionirani astronom amater Vilijem Heršel, upravio je teleskop koji je sam konstruisao prema sazvežđu Blizanaca u sistematskoj potrazi za dvojnim zvezdama. Među brojnim poznatim zvezdama ugledao je nebesko telo koje je imalo oblik diska i opisao ga u svojoj beležnici kao “magličastu zvezdu ili možda kometu”. Tek je nekoliko meseci kasnije finski matematičar Anders Leksel ustanovio da se radi o novoj planeti, prvoj koja je otkrivena od početka ljudske istorije. Kada je nešto kasnije, radi što boljeg utvrđivanja orbite, tragano za eventualnim starijim posmatranjima, utvrđeno je da je Uran bio uočen čak dvadesetak puta pre Heršela! Naravno, ovi rani posmatrači nisu utvrdili da se ne radi o zvezdi. Najnesrećniji među njima bio je Le Monier koji ga je osmatrao čak jedanaest puta, ali nije uočio njegovo kretanje među zvezdama, a najstarije posmatranje potiče iz 1690. kada ga je Džon Flemstid zaveo kao zvezdu 34 Tauri.

Ovo otkriće, pronalazaču je brzo donelo slavu koja se proširila i izvan naučnih krugova i nagradu londonskog Kraljevskog društva. Kralj Džordž III mu je dodelio doživotnu penziju od 200 funti i za njega ustanovio zvanje dvorskog astronoma čija je jedina dužnost bila da kraljevskoj porodici pokazuje nebeska tela kada mu se to zatraži. Zahvalni Heršel je predložio da se nova planeta nazove Georgium sidus to jest Džordžova zvezda, ali ovaj naziv nije bio prihvaćen i ona je dobila ime Uran na Bodeov predlog.

Otkriće Urana nije bila slučajnost. To je bio vrhunac procesa sistematskog ispitivanja neba čiji je takav ishod bio neizbežan. Sam Heršel kaže: “Obično se pretpostavlja da je srećna prilika upravila moj pogled na ovu zvezdu, ali to je očigledno pogrešno. Ja sam sistematski ispitivao svaku zvezdu na nebu, ne samo te veličine nego i mnogo slabije. One noći, bio je njen red da bude otkrivena. Da sam bio sprečen te večeri, otkrio bih je sledeće,  a moj teleskop bio je tako dobar da bih njen planetarni disk uočio čim mi pogled padne na nju.” 

Ovaj događaj potpuno je izmenio Heršelov zivot. Profesionalni muzičar, čija je najveća strast bila astronomija u kojoj je bio samouk, postao je profesionalni astronom čiji je hobi do kraja života ostala muzika. Umro je slavan i poštovan u 84. godini života. Njegov životni vek trajao je upravo koliko i jedan obilazak oko Sunca planete koju je otkrio.

Leteća opservatorija 

Sledeći značajan datum je 10. mart 1977. godine. Nekoliko godina ranije, Gordon Tejlor sa Kraljevske Griničke opservatorije, izračunao je da će tog dana Uranov disk preći preko lika jedne slabe zvezde. Ovakvi veoma retki događaji su od velikog značaja jer omogućuje da se precizno odredi prečnik planete,  a na osnovu načina na koji se zvezda gasi dok se planeta kreće ispred nje može mnogo da se otkrije o planetinoj atmosferi. Merenja su pokazala da će događaj biti najbolje vidljiv sa južnog dela Indijskog okeana gde nema astronomskih opservatorija. Rešenje je nađeno u Kajperovoj letećoj opservatoriji, visokoletećem avionu, opremljenom stabilisanim teleskopom i nazvanom po jednom od najvećih planetologa dvadesetog veka.

U sumarak 10. marta, leteća opservatorija je uzletela iz Perta u Australiji na desetočasovni let na 12 500 metara iznad pustog okeana. Astronomi Dž. Eliot, E. Danhem i D. Mink su počeli posmatranja jedan čas pre predviđenog trenutka kontakta radi obezbeđenja od bilo kakve greške u proračunima. Iznenada, 40 minuta pre okultacije (zaklanjanja), sjaj zvezde je naglo opao da bi se posle nekoliko sekundi vratio na prvobitnu veličinu. Primećeno je ukupno pet takvih naglih promena sjaja. Pošto je Uranov disk prošao ispred zvezde, zvezda se još pet puta gasila na tačno istim daljinama od planetinog diska. Analogne, ali ne tako potpune, rezultate dobili su i posmatrači u Pertu i Južnoj Africi. Zajedničkom obradom svih podataka zaključeno je da je Uran okružen sa pet ili šest prstenova, verovatno sitnih otpadaka, koji kruže oko planete, slično kao kod Saturna. “Vojadžer 2” je ovom spisku dodao još nekoliko, tako da danas beležimo ukupno 11 prstenova oko ove planeta.

Za razliku od Saturnovih prstenova koji su široki i imaju samo nekoliko jasnih praznina, Uranovi su veoma uski, svaki širine oko svega 10 km, i između pojedinih prstenova nalaze se velike praznine. Osim što su skromnih razmera u odnosu na Saturnove, oni odbijaju veoma malo Sunčeve svetlosti, tako da ih je nemoguće primetiti prilikom običnih vizuelnih ili fotografskih posmatranja. Po svemu sudeći Uranovi prstenovi su sastavljeni od tamnih čestica koje odbijaju najviše 5 % Sunčeve svetlosti, dok su Saturnove prstenove čine gromade leda leda koje odbijaju oko 70 % svetlosti. Zato i ne čudi činjenica da su Uranovi prsteni otkriveni relativno skoro. Uprkos svim teškoćama i na Zemlji je dobijen snimak Uranovih prstenova, doduše ne u vidljivoj nego u infracrvenoj svetlosti.

Vesti od Putnika

I konačno, kao poslednji značajan datum, beležimo 24. januar 1986. Tog dana “Vojadžer 2” je na stigao pretposlednju stanicu na svom Velikom Putovanju, samo minut kasnije nego što je bilo predviđeno. Preciznost kojom je sonda došla na cilj može se porediti sa nemogućim podvigom igrača golfa koji bi lopticu poslao pravo u rupu sa udaljenosti od 1500 km. Mreža antena širom sveta počela je da prima prve fotografije planete Uran, njenih meseca i prstenova.

Još od ranije je bilo poznato da se osa rotacije plavo – zelene planete nalazi gotovo u vodoravnom položaju,  odnosno Uran izgleda kao kao da se kotrlja po svojoj putanji oko Sunca. Neobični nagib je verovatno posledica katastrofalnog sudara sa nekim telom planetarnih dimenzija u prošlosti. Prolazak “Vojadžera” doneo je još dva velika iznenađenja. Najpre, otkriveno je da se magnetno polje planete nalazi pod uglom od 60° u odnosu na osu rotacije, i da magnetna osa ne prolazi kroz središte planete već je pomerena za oko trećinu poluprečnika planete. Drugo iznenađenje je predstavljala distribucija toplote. Naime, s obzirom da je u vreme prolaska  “Vojadžera”, zbog već pomenutog neobičnog položaja ose rotacije, južni pol planete bio okrenut Suncu, očekivalo se da će i temperatura na južnom polu biti veća nego u ekvatorijalnim predelima. Međutim, merenja “Vojadžera” su pokazala potpuno suprotno – i pored manjeg osunčavanja, pojasevi oko ekvatora su bili topliji. Mehanizam koji je doveo do ovakve veoma neobične raspodele toplote je nepoznat.  

Po građi, Uran je sličan ostalim gasovitim planetama. Malo, gvozdeno-silikatno jezgro veličine Zemlje okružuje ledeni omotač na bazi vode, metana i amonijaka, a dalje se prostiru vodonik (83%), helijum (15%) i metan (2%). Za razliku od Jupitera i Saturna, pritisci u unutrašnjosti nisu dovoljni veliki, pa nema karakteristični sloj metalnog vodonika. U gornjim slojevima atmosfere u znatnoj meri je prisutan metan koji upija crvenu i žutu svetlost i tako daje planeti plavkasto – zelenu boju. Sloj metana verovatno krije od našeg pogleda i pruge i pojaseve kao one jasno vidljive kod Jupitera i Saturna. Temperatura u gornjim slojevima atmosfere iznosi oko 60 K (-214°C), a vetrovi dostižu brzine od 580 km/h.

Uran je 19.2 puta dalji od Sunca nego Zemlja. U njega bi mogle stati 67 Zemljine kugle,  dok mu je masa veća od Zemljine samo 14.6 puta. Oko Sunca se okrene za 84 godine, a oko svoje ose za nešto više od 17 časova. 

Šekspirovi junaci

Oko Urana kruže 27 satelita koji se mogu podeliti u tri grupe: 11 unutrašnjih koje je otkrio “Vojadžer”, svi su malog prečnika i izrazito tamni, 5 većih koji su bili poznati pre “Vojadžera”, dok ostali, skoro otkrivenu, verovatno predstavljaju zarobljene asteroide. Većina se sastoji od mešavine leda i stena. Za razliku od ostalih satelita Sunčevog sistema koji su pokupili imena iz klasičnih mitologija, većina svetova koji kruže oko Urana nose imena junaka Šekspirovih dela.

Mirandu, najmanji od 5 glavnih Uranovih satelita, odlikuju veoma neobični oblici reljefa – kanjoni duboki do 20 km, terasasti slojevi, velike depresije, izmešani mladi i stari delovi tla, neobične brazde, doline i litice. Ovako intenzivnu geološku aktivnost teško je objasniti. Problem je u tome što izuzetno jaka tektonska aktivnost podrazumeva izvor unutrašnje topolote što je teško zamisliti na telu tako malom kao Miranda. Dodatan, ali verovatno ne dovoljan izvor toplote predstavljaju plimske sile Urana. Prema jednoj teoriji, ovaj satelit je više puta u svojoj istoriji bivao rasturen i ponovo sastavljen iz krhotina; danas se smatra da je verovatnije da je za ovakav izgled Mirande odogvoran neki unutrašnji mehanizam koji izbacuje lakše materijale na površinu.

Arijel najsvetliji od Uranovih satelita. Karakteriše ga sistem dolina, pukotina i kanjona koji se protežu preko cele njegove površine. Dna ovih kanjona deluju kao da su u prošlosti uglačana radom neke tečnosti. Zbog izuzetno niske temperature, ove tragove su mogli da ostave jedino amonijak, metan ili ugljen monoksid, u tečnom stanju.

Umbriel je najtamniji Uranov satelit. Slične je veličine i gustine kao i Arijel. Površina je stara i ravnomerno pokrivena velikim kraterima.

Titanija je najveći satelit Urana. Površini je relativno mlada i na njoj se izdvajaju nekoliko većih udarnih kratera i rov dugačak oko 1600 km.

Oberon ima staru površinu, prekrivenu ledom i izrovanu kraterima. Dna nekih kratera su prekrivena tamnim materijalom koji izbija iz unutrašnjosi. Uočena je i jedna planina visine 6 km.

Ostali sateliti su fotografisani sa velikih udaljenosti i o njima se jako malo zna.

*          *          *

Od Heršela, preko leteće opservatorije, pa do “Vojadžera”, o ovoj planeti smo dobili više pitanja nego odgovora. Na žalost, po svemu sudeći, tako će ostati još dugo, s obzirom da u budžetima svemirskih agencija trenutno nema mesta ni za jednu misiju ka ovom gasovitom džinu.

(februar 2005)

***

Literatura

 

SATURN

Saturn, šesta po redu planetu od Sunca, najdalja od pet 'zvezda lutalica' poznatih još drevnim narodima. Vekovima je ova planeta označavala granicu Sunčevog sistema i mada su je ljudi od davnina gledali kako se kreće među zvezdama, u svoj svojoj lepoti se predstavila tek kada se u XVII veku čovekovo oko naoružalo teleskopom. Prvi kroz teleskop ga je posmatrao Galileo Galilej 1610, i zabeležio da je “najvišu planetu video trostruku” – usled slabe rezolucije svog teleskopa nije mogao da razluči prsten pa mu se činilo da je Saturn sastavljen tri tela. Ta prva posmatranja je dodatno otežavala i promena položaja Zemlje u odnosu na ravan prstena. Kada se nekoliko godina kasnije Zemlja našla u samoj ravni, prsten je posao praktično nevidljiv i Galilej je pomislio da se prevario. Tek je Kristijan Hajgens 1659. bio u stanju da pravilno protumači ovu neobičnu sliku u okularu teleskopa. Kasnijim posmatranjima je ustanovljeno da se prsten zapravo sastoji od nekoliko podprstena, da bi ga prolazak “Vojadžera” raščlanio u više stotina, pa čak i hiljada komponenti! Ovaj veličanstven sistem prstenova koji obavija šestu planetu od Sunca ujedno je čini najlepšom planetom Sunčevog sistema.

U pogledu sastava i mnogih drugih svojstava Saturn je sličan Jupiteru, pa ga često, kao i kralja svih bogova, nazivaju 'promašenom zvezdom' – oba ova gasovita džina se sastoje, kao i zvezde, pretežno od vodonika i helijuma ali nisu sakupili dovoljno mase da bi temperature u središtima dostigle dovoljne vrednosti da pokrenu termonuklearne reakcije. Ipak, ovo u znatno manjoj meri važi za Saturn s obzirom da, iako gotovo iste veličine kao i Jupiter, ima svega 30% njegove mase. To ga čini najmanje gustom od svih planeta; srednja gustina Saturna je čak manja i od srednje gustine vode tako bi plutao na površini, ako bismo našli neki dovoljno veliki 'kosmički okean' da ga u njega potopimo. Zato je, iako 750 puta veći od Zemlje, masivniji samo 95 puta.

Ovaj prstenasti svet je 9.5 puta udaljeniji od Sunca nego Zemlja i prima samo 1% Sunčeve energije koju prima naša planeta. Ipak, Saturn kao i Jupiter zrači energiju i to 2.8 puta više nego što primi od Sunca. Mehanizam oslobađanja ove energije nije još dovoljno razjašnjen – veruje se da kao i kod Jupitera potiče od postepenog skupljanja planete ali ovo skupljanje nije dovoljno da objasni ukupni iznos oslobođene energije; verovatno je na delu još neki, za sada nepoznati, mehanizam. Usled veoma brze rotacije – oko svoje ose se okrene za 10 časova i 14 minuta – veoma je izražena spljoštenost na polovima; ekvatorijalni i polarni prečnik se razlikuju za 10% (120 000 km naspram 108 000km), što se objašnjava snažnim delovanjem centrifugalne sile. Ovako brza rotacija uslovljava i stalne, veoma snažne vetrove koji duvaju u ekvatorijalnim predelima u pravcu obrtanja planete i dostižu brzine od 1800 km/h.  To opet uzrokuje veoma malu temperaturnu razliku. Prosečna temperatura u Saturnovoj atmosferi iznosi –180 °C i razlika između dnevne i noćne strane je svega nekoliko stepeni.

Unutrašnjost planete takođe nalikuje Jupiterovoj. U središtu je malo čvrsto jezgro (prečnika do 15 000 km), bogato gvožđem iznad koga se nalazi tanak sloj leda na bazi vode, metana i amonijaka. Sve ovo je obavijeno slojem tečnog vodonika oko 26 000 km debljine koji se usled ogromnog pritiska ponaša kao metal – takozvani metalni vodonik. Ovoj sloj je odgovoran za veoma jako magnetno polje, 1000 puta jače od Zemljinog, premda 20 puta slabije od Jupiterovog. Saturnovo magnetno polje je jedinstveno u Sunčevom sistemu; ose magnetnih polja ostalih planeta su nagnute u odnosu na osu rotacije planete,  dok se kod Saturna ove dve ose poklapaju. Iznad sloja metalnog vodonika, pruža se tečni molekulski vodonik. (oko 18 000 km) i na kraju gasovita atmosfera koju čini većim delom vodonik, nešto helijuma, i u tragovima metan, amonijak, vodena para, kao i neka druga jedinjenja.

Atmosfera Saturna je mnogo složenija od Jupiterove što se može videti po tome što ima pet do šest puta više pruga sa slojevima promenljive visine. Usled niže temperature oblaci su gušći i dominiraju drugačije hemijske reakcije, pa boje nisu tako raznovrsne kao na Jupiteru. Vidljivi sloj oblaka Saturna predstavljaju oblaci kristalića amonijaka pomešanih sa kapljicama metana, kojima živopisne boje daju ugljovodonici, sumpor i fosfor. Ovi oblaci plivaju nad slojem aerosoli debljine 80 km koji ublažava obrise i doprinosi pastelnim tonovima boja. I u atmosferi Saturna posmatrane su tvorevine slične velikoj crvenoj pegi na Jupiteru, ‘oku’ džinovskog tornada koji traje već četiri stotine godina. Tako je 16 stepeni od severnog pola udaljena “velika smeđa pega” slična onoj na Jupiteru, samo živahnijih boja i manjih dimenzija. Otkriven je i džinovski torus neutralnog vodonika oko planete koji se proteže od orbite Ree do orbite Titana, na koji se ukazuje kao najverovatniji izvor neutralnog vodonika u torusu, s obzirom da nema magnetno polje koje bi ga štitilo od Sunčevog vetra koji jonizuje i odnosi molekule iz gornjih slojeva atmosfere.

Gospodar prstenova

Sistem Saturnovih prstenova predstavlja jedno od čuda vidljivog univerzuma. Zajedno sa svojim prstenovima, Saturn bi pokrio rastojanje između Zemlje i Meseca. Iako danas znamo da svi gasoviti džinovi imaju sličan oreol, nijedan nije ni približno tako spektakularan kao Saturnov. Razlog tome je što u prstenovima ostalih planeta dominiraju tamne čestice prašine, dok su kod Saturnovog pored nešto malo prašine i kamenja, glavni sastojak gromade leda koje dobro reflektuju Sunčevu svetlost. Na osnovu analize prostiranja radio - talasa ustanovljeno je da su dimenzije većine čestica između 1 mm i 5 m, a najveće među njima dostižu nekoliko desetina metara.

Sa Zemlje su vidljiva dva najsjajnija prstena, A i B koje razdvaja takozvana 4 000 km široka Kasinijeva pukotina, i znatno slabiji C prsten. Susedni D prsten je još slabiji i pruža se gotovo da gornjih slojeva oblaka. Na obodu A prstena uočljiva je Enkeova pukotina, a još dalje se nalazi F prsten koji je otkrio “Pionir 11”. I dok glavni prstenovi imaju po više hiljada komponenti, F prsten se sastoji od svega nekoliko, i to isprepletanih prstenova. To je predstavljalo veliko iznenađenje i činilo se da prkosi zakonim orbitalne mehanike. Objašnjenje je nađeno u gravitacionom uticaju dva obližnja satelita koje materijal iz prstena prati kao pastire (tzv "shepherding satellites"). Štaviše, postoji veoma složena rezonanca između Saturnovih satelita i prstenova koju i danas nedovoljno dobro razumemo. Prolazak “Vojadžera” dodao je spisku još dva slabašna prstena, E i G.

Praćenje prolaza prstenova preko lika zvezde delta Bika i delta Škorpiona pokazalo je da su prstenovi izdiferencirani ne samo radijalno nego i po dubini, tako da je praćenje ovakvih pojava,  otkrilo na jednom delu prstena postojanje sedam slojeva, koji se prostiru jedan iznad drugog.

Oko porekla samog prstena ima više teorija: bivši satelit rastrgnut plimskim silama kada se  previše približio planeti; ostaci katastrofalnog sudara satelita sa nekim drugim telom; nesuđeni satelit kome prevelika blizina matičnom svetu nikad nije dozvolila da se u potpunosti formira. Danas se ova poslednja smatra za najverovatniju. Što je neki sastojak prstena bliži planeti, to je, saglasno trećem Keplerovom zakonu, veća njegova orbitalna brzina. Ova razlika u brzinama između dve susedne gromade je veoma mala, svega nekoliko centimetara u minutu, ali čak i tako malo relativno kretanje gromada dovoljno je da ih onemogući u okupljanju u jedinstvenu celinu pod uticajem uzajamne sile teže. Čim bi to pokušale, mala razlika u orbitalnim brzinama odmah bi ih osujetila.

S obzirom da je osa Saturna nagnuta pod uglom od 26°45', izgled Saturnovih prstenova sa Zemlje se menja. Najbolje se vide kada je jedan od polova najviše okrenut Zemlji što se dešava dva puta za vreme njegovog obilaska oko Sunca koji traje 29 i po godina. Kada se Zemlja nalazi u ravni prstenova, praktično su nevidljivi i za velike opservatorijske instrumente.

Titan…

Do novembra 1980. godine Saturnovu porodicu činilo je 10 tačkica jedva vidljivih pomoću teleskopa. Hajgens je posmatrao Saturnov najveci satelit, Titan. Kasini je otkrio Japeta, Reu, Tetis i Dionu; Heršel, Mimasa i Ecelada; Bond Hiperiona; Pikering Febe a Dolfus Janusa. Danas znamo za 60 svetova koji kruže oko Saturna. 

Najveći od njih je Titan, koga je Hajgens otkrio još 1655. godine. On s pravom nosi ime koje mu je dao ser Džon Heršel dva veka kasnije. Veći je od Merkura i Plutona i dugo se verovalo da je najveći satelit u Suncevom sistemu. “Vojadžer 1” je pokazao da nije tako – Titan ima gustu atmosferu koja skriva njegovu pravu veličinu –  poluprečnik čvrstog tela je 2575 km (poluprečnik Jupiterovog Ganimeda je 2640 km). Zamisao da Titan ima atmosferu javila se još početkom prošlog veka, pošto je utvrđeno da je disk Titana tamniji prema periferiji nego u centru. Sunčeva svetlost koju Titan reflektuje prema Zemlji prolazi duži put kroz atmosferu na periferiji nego u centru. Zato je slabljenje svetlosti na periferiji usled apsorpcije veće pa je rub diska tamniji. 

U atmosferi ovog satelita Kajper je 1944. otkrio metan, a pretpostavljalo se da je crvenkasta boja Titana indirektna posledica prisustva azota. Ultraljubičasta svetlost sa Sunca pretvara metan u složenije ugljovodonične molekule i vodonik. Ugljovodonici bi trebalo da ostanu na Titanu, prekrivajući površinu smeđim, katranastim, organskim talogom. Dalje, gusitina ovog satelita je toliko mala da on mora da sadrži velike količine raznih vrsta leda, uključujući tu i vodeni, a verovatni i metanski. Prisustvo azota i metana na ovom satelitu omogućuje nastanak cijanovodonične kiseline i cijanoacetilena što je preduslov za pojavu amino kiselina, neophodnih za razvoj života. Iako je poznato da zbog udaljenosti od Sunca temperatura mora biti znatno ispod tačke mržnjenja, bilo je spekulacija da uz eventualan obiman efekat staklene bašte ili topla vulkanska područja i obilje organske materije, ne treba tako lako prenebeći mogućnost postojanja nekih jednostavnijih oblika života.

Prve slike pristigle sa “Vojadžera” bile su prilično razočaravajuće. Titan je izgledao kao teniska lopta i kroz njegovu gustu atmosferu ništa se nije moglo videti. Istraživanja su pokazala da je atmosfera Titana gušća od Zemljine, a pritisak 1500 milibara. U atmosferi postoje oblaci, verovatno sačinjeni od metana i moguće je da povremeno padaju metanske kiše. Sama atmosfera se sastoji od najvećim delom od azota, zatim nešto argona i metana, a detektovana su i brojna organska jedinjenja i vodena para. To je ustanovljeno analizom zračenja koje dolazi iz atmosfere ovog satelita – svaki atom ili molekul zrači ili apsorbuje samo na nekim,  određenim, talasnim dužinama koje su karakteristčne za njega i na osnovu kojih se može prepoznati. 

Merenja “Vojadžera” su pokazala da je temperatura na površini -179°C i da varijacije između ekvatora i polova nisu veće od 3°. Uzrok tome je gusta atmosfera koja apsorbuje svetlost i ima toplotnu inerciju što jako smanjuje promene temperature. Na ovakvim temperaturama metan može da bude tečan i smelije pretpostavke kažu de je moguće je da je ceo Titan pokriven okeanom od metana. On bi na Titanu mogao da ima ulogu koju na Zemlji ima voda. Na površini je tečan, u atmosferi gasovit i verovatno može da stvara oblake i kišu. Ovakve pretpostavke su dovedene u sumnju skorašnjim istraživanjima u radio – domenu, ali konačan sud bi trebalo da daju podaci koji upravo pristižu sa “Kasinija”.

Sa ove letelice nam iz dana u dan pristižu nove, uzbudljive fotografije i po pri put smo u prilici da vidimo detalje na površini ovog neobičnog sveta, naravno samo u infracrvenom i radio domenu, pošto je gusta atmosfera Titana nepremostiva prepreka za vidljivu svetlost. I dok će biti potrebno vreme da se analiziraju podaci i daju definitivni odgovori, za sada su konstatovane sledeće karakteristike: površina je relativno glatka i mlada i bez upadljivih udarnih kratera što svedoči o izraženoj geološkoj aktivnosti; sami procesi koji su tu na delu tek treba da budu utvrđeni. Uočene su i formacije nastale vetrom, a posebno interesantne su tame oblasti za koje se spekuliše da bi mogle biti u tečnom stanju, ali tek će detaljne analize dati odgovor.

…i drugi svetovi

Japet ima prečnik 1460 km i uvek je okrenut istom stranom prema Saturnu (kao i većina Saturnovih satelita). Ima veoma malu gustinu pa je verovatno da je sačinjen uglavnom od vodenog leda. Hemisfera koja se kreće kroz prostor, tzv vodeća hemisfera, izuzetno je tamna i odbija samo 3 do 5%  svetlosti, kao recimo čađ, dok je suprotna hemisfera veoma sjajna i odbija gotovo 50% svetlosti. Ovu razliku primetio je još Kasini u 17. veku. Po jednoj pretpostavci za ovo je odgovoran tamni materijal koji se rasipa sa satelita Febe. Ipak, boja na vodećoj hemisferi Japetusa i ona sa površine Febe nisu potpuno iste. Druga hipoteza je da tamni materijal dolazi iz same unutrašnjosti Japeta. Ono što je posebno zbunjujuće je što je granica između svetle i tamne oblasti izuzetni oštra.

Febe rotira retrogradno i ima veoma mali albedo (refleksivnost) od oko 5 % što sugeriše da je reč o objektu  koji je zalutao iz Kajperovog pojasa sa ruba Sunčevog sistema i bio zahvaćen Saturnovom gravitacijom. 

Hiperion je jedno od najvećih tela nepravilnog oblika u Sunčevom sistemu. Dugačak je 400 km a širok svega 220. Sačinjen većim delom od leda ali nizak albedo sugeriše da je prekriven slojem prašine koja verovatno potiče sa Febe. Jedino poznatno telo u Sunčevom sistemu, pored asteroida  Tutatis koji je nedavno prohujao pored Zemlje, sa potpuno haotičnom rotacijom – njegova osa rotacije se stalno potpuno nepredvidivo koleba.

Rea, telo prečnika 1530 km. Na zadnjoj (‘pratećoj’) hemisferi nalaze se svetliji pramenovi na tamnijoj pozadini. Ovi pramenovi su po svemu sudeći rezultat unutrašnje aktivnosti na satelitu – svetliji materijal je verovatni izbačen kroz pukotine na površini. Prednja strana je svetla i izbrazdana kraterima. Trećinu mase satelita čini kameno jezgro, ostalo otpada na vodeni led. 

Diona, prečnika 1120 km, najgušći je Saturnov satelit posle Titana. Uočava se slična asimetriju izmedju vodeće i prateće hemisfere kao i kod Ree – vodeća hemisfera je ravnomerno osvetljena i izbrazdana kraterima, dok se na pratećoj hemisferi nalaze svetli pramenove koji se seku na tamnijoj površini. 

Tetis ima približno isti prečnik kao i Diona, ali je manje gustine. Dva oblika dominiraju njegovom topografijom. Na zapadu to je ogromni udarni krater prečnika 400 km nazvan Odisej, koji obuhvata gotovo dve petine satelita, a na istoku ogroman kanjon Itaka koji počinje daleko na jugu ispod ekvatora, ide sve do severnog pola, pa se opet spušta prema ekvatoru i zahvata gotovo tri četvrtine velikog kruga satelita. Udar koji je napravio onoliki krater bi potpuno razmrskao Tetis što sugeriše da je u doba kada je nastao unutrašnjost satelita bila mnogo toplija, možda tečna. Osim toga, ako je Tetis bio nekada tečan, hlađenje i zamrzavanje bi povećalo njegovu zapreminu, što bi dovelo do pucanja ohlađene kore. Ovo može objasniti i nastanak pomenutog kanjona čija je dužina najmanje 2000 km, širina 100 km a dubina 3 – 5 km. 

Površinom Mimasa dominira ogroman krater, 130 km u prečniku što je trećina prečnika satelita; dubina kratera dostiže 10 km, a uzvišenje u centru kratera 6 km. Na suprotnoj strani satelita se vide naprezanja nastala usled istog udara. Udar koji je ostavio takav krater je gotovo rasturio Mimas.

Encelad je najsjajniji satelit Saturna, odbija gotovo 100%  svetlosti koja padne na njega, što je među planetama i satelitima jedinstven slučaj. Verovatno je površina satelita pokrivena svežim ledom.   

Ostali sateliti predstavljaju tela daleko manjeg prečnika i nepravilnog oblika. Od njih vredi pomenuti Jana i Epimeta čije putanje razdvaja svega 50 km; svaki put kada se približe dolazi do male razmene momenta impulsa što uzrokuje da svake četiri godine potpuno zamene orbite!

*          *          *

Još mnogo toga ostaje da se otkrije o ovom prstenastom svetu i njegovim pratiocima. Iz dana u dan nam pristižu nove fotografije Saturnovih prstenova neviđenog kvaliteta i prvi detalji Titanove površine, a sa posebnim nestrpljenjem očekujemo 14. januar naredne godine za kada je zakazano spuštanje sonde “Hajgens” kroz Titanovu atmosferu. Sve u svemu, u naredne četiri godine, koliko će još “Kasini” biti na orbiti oko Saturna, očekujemo odgovore na mnoga pitanja o ovom misterioznom sistemu....

(decembar 2004)

***

Literatura