Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 39 – vyšlo 26. září, ročník 3 (2005) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

39/2005

Atmosféra Saturnových prstenců?

David Břeň

Volně přeloženo z tiskové zprávy ESA ze dne 17. 8. 2005

V srpnu tohoto roku se z dat sondy CassiniCassini – meziplanetární sonda NASA, ESA a ASI (Italská kosmická agentura) určená k průzkumu Saturnu. Startovala z Cape Canaveral 15. října 1997, k Saturnu dorazila 30. června 2004. Celková hmotnost Cassini (včetně paliva a pouzdra Huygens) při startu byla 5 600 kg. Vyvrcholením mise bylo měkké přistání pouzdra Huygens na povrchu Saturnova měsíce Titanu dne 14. ledna 2005. Sonda byla pojmenována podle italského matematika a astronoma Giana Domenica Cassiniho (1625-1712). Podle tohoto vědce je pojmenována i část Saturnových prstenců, tzv. Cassiniho dělení. Mise byla ukončena 15. září 2017 řízeným pádem sondy do atmosféry planety. (NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších., ESAESA – European Space Agency, Evropská kosmická agentura. ESA spojuje úsilí 18 evropských zemí na poli kosmického výzkumu. Centrální sídlo je v Paříži, pobočky jsou v mnoha členských zemích. ESA byla založena v roce 1964 jako přímý následovník organizací ESRO a ELDO. Nejznámější nosnou raketou využívanou ESA je Ariane. Česká republika vstoupila do ESA v listopadu 2008., ASIASI – Agenzia Spaziale Italiana, Italská kosmická agentura. Byla založena v roce 1988, hlavním cílem je koordinování aktivit Itálie ve vesmíru. Agentura má zástupce v radě Evropské kosmické agentury.) ukázalo, že Saturnovy prstence mají vlastní atmosféru nezávislou a oddělenou od samotné planety. Pro některé fyziky to bylo značným překvapením.

Cassini – meziplanetární sonda NASA, ESA a ASI (Italská kosmická agentura) určená k průzkumu Saturnu. Startovala z Cape Canaveral 15. října 1997, k Saturnu dorazila 30. června 2004. Celková hmotnost Cassini (včetně paliva a pouzdra Huygens) při startu byla 5 600 kg. Vyvrcholením mise bylo měkké přistání pouzdra Huygens na povrchu Saturnova měsíce Titanu dne 14. ledna 2005. Sonda byla pojmenována podle italského matematika a astronoma Giana Domenica Cassiniho (1625-1712). Podle tohoto vědce je pojmenována i část Saturnových prstenců, tzv. Cassiniho dělení. Mise byla ukončena 15. září 2017 řízeným pádem sondy do atmosféry planety. NASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. ESA – European Space Agency, Evropská kosmická agentura. ESA spojuje úsilí 18 evropských zemí na poli kosmického výzkumu. Centrální sídlo je v Paříži, pobočky jsou v mnoha členských zemích. ESA byla založena v roce 1964 jako přímý následovník organizací ESRO a ELDO. Nejznámější nosnou raketou využívanou ESA je Ariane. Česká republika vstoupila do ESA v listopadu 2008. ASI – Agenzia Spaziale Italiana, Italská kosmická agentura. Byla založena v roce 1988, hlavním cílem je koordinování aktivit Itálie ve vesmíru. Agentura má zástupce v radě Evropské kosmické agentury. Saturn – druhá největší planeta Sluneční soustavy. Je charakteristická dobře viditelným prstencem. Saturn je od Slunce desetkrát dále než Země, a proto je jeho teplota velmi nízká (−150 °C). Průměrná hustota planety 0,7 g·cm−3 je nejnižší z celé sluneční soustavy, dokonce nižší než hustota vody. Saturn patří k obřím planetám. Oběhne Slunce za 30 let, kolem vlastní osy se otočí za pouhých 10 hodin. Rychlá rotace způsobuje vznik pásů. V atmosféře jsou pozorovány velké žluté či bílé skvrny. Atmosféra je tvořena oblaky čpavku, vodíkem a heliem. V nitru je snad malé jádro z křemičitanů obklopené kovovým vodíkem. Vítr v atmosféře dosahuje rychlosti až 1 800 km/h. Magnetické pole má dipólový charakter s osou téměř rovnoběžnou s rotační osou. Disociace molekuly – rozklad molekuly na menší složky. Energie potřebná k oddělení částí molekuly se nazývá disociační. Nejčastější disociace je elektrolytická (typicky ve vodných roztocích), kdy je rozštěpení molekul způsobené tepelným pohybem polárního rozpouštědla. Za teorii elektrolytické disociace dostal v roce 1903 švédský fyzik a chemik Svante August Arrhenius Nobelovu cenu. Dalším typem je fotodisociace, při které je energie získána pohlcením fotonu světelného záření.

Fotografie Saturnových prstenců pořízená 17. 8. 1981 sondou Voyager 2. Fotografie byla složena ze snímků v oranžovém a UV oboru. Speciální počítačovou procedurou byly upraveny barvy tak, aby odrážely různé chemické složení různých částí prstenců. Zdroj: NASA/JPL.

Během letu sondy CassiniCassini – meziplanetární sonda NASA, ESA a ASI (Italská kosmická agentura) určená k průzkumu Saturnu. Startovala z Cape Canaveral 15. října 1997, k Saturnu dorazila 30. června 2004. Celková hmotnost Cassini (včetně paliva a pouzdra Huygens) při startu byla 5 600 kg. Vyvrcholením mise bylo měkké přistání pouzdra Huygens na povrchu Saturnova měsíce Titanu dne 14. ledna 2005. Sonda byla pojmenována podle italského matematika a astronoma Giana Domenica Cassiniho (1625-1712). Podle tohoto vědce je pojmenována i část Saturnových prstenců, tzv. Cassiniho dělení. Mise byla ukončena 15. září 2017 řízeným pádem sondy do atmosféry planety. okolo prstenců SaturnuSaturn – druhá největší planeta Sluneční soustavy. Je charakteristická dobře viditelným prstencem. Saturn je od Slunce desetkrát dále než Země, a proto je jeho teplota velmi nízká (−150 °C). Průměrná hustota planety 0,7 g·cm⁻³ je nejnižší z celé sluneční soustavy, dokonce nižší než hustota vody. Saturn patří k obřím planetám. Oběhne Slunce za 30 let, kolem vlastní osy se otočí za pouhých 10 hodin. Rychlá rotace způsobuje vznik pásů. V atmosféře jsou pozorovány velké žluté či bílé skvrny. Atmosféra je tvořena oblaky čpavku, vodíkem a heliem. V nitru je snad malé jádro z křemičitanů obklopené kovovým vodíkem. Vítr v atmosféře dosahuje rychlosti až 1 800 km/h. Magnetické pole má dipólový charakter s osou téměř rovnoběžnou s rotační osou. bylo zjištěno, že prstence obklopuje prostředí složené převážně z molekul kyslíku, které připomíná atmosféru. Tato atmosféra je velmi podobná atmosféře Jupiterových měsíců Europy a Ganymeda. Objev byl učiněn dvěma přístroji. Byl to hmotnostní spektrometr pro ionty a neutrální částice INMSINMS – Ion and Neutral Mass Spectrometer, hmotnostní spektrometr pro ionty a neutrály, který je umístěný na palubě sondy Cassini. a plazmový spektrometr CAPSCAPS – CAssini Plasma Spectrometer, plazmový spektrometr na palubě sondy Cassini., který byl vyrobený ve spolupráci USA, Finska, Maďarska, Francie, Norska a Velké Británie.

Saturnovy prstence sestávají velkou měrou z vodního ledu smíšeného s menším množstvím prachu a skalnatých úlomků. Prstence jsou překvapivě tenké. Ačkoliv je jejich průměr přes 250 000 km, jejich tloušťka není větší než 1,5 km. Navzdory jejich impozantnímu vzhledu by těleso vytvořené z jejich materiálu nemělo průměr větší než 100 km. Původ prstenců není doposud znám. Dříve se vědci domnívali, že prstence byly vytvořeny ve stejné době jako planety shlukováním rychle kroužících oblaků prachu a plynu zhruba před čtyřmi miliardami let. Nicméně dnes se ukazuje, že prstence jsou mladé, spíše jen stovky milionů let. Podle jedné z teorií prstence vznikly z komety, která letěla velmi blízko Saturnu a byla rozdrcena slapovými silami. Možná také byl jeden ze Saturnových měsíců rozdrcen nárazem planetky na kusy, které dnes tvoří prstence.

Prstencová síť Saturnu není stabilní a musí být obnovována neustále probíhajícími procesy, pravděpodobně rozpadem některých měsíců. Molekuly vody jsou vytlačovány z částic prstence převážně slunečním ultrafialovým zářením. Fotodisociací jsou posléze rozloženy na samostatný vodík a kyslík. Zatímco lehký vodíkový plyn se ztratí v prostoru, atomární kyslík a zbytek vody při nízké teplotě vmrzne zpět do materiálu prstenců. Tento proces po sobě zanechává na povrchu prstenců vysokou koncentraci molekul kyslíku. Je možné, že je molekulární kyslík vytvářen ještě nějakou chemickou reakcí mezi ionty a neutrálními částicemi. Takovéto procesy ale ještě nejsou dobře prozkoumány.

Z produktů disociace vodních molekul je nejtěžší molekulární kyslík, který formuje atmosféru prstenců. Ta je držena slabými gravitačními silami v rovnováze mezi ztrátami částic ze systému prstenců a jejich opětovným uvolňováním.

Pohled elektronovým spektrometrem, který je součástí přístroje CAPSCAPS – CAssini Plasma Spectrometer, plazmový spektrometr na palubě sondy Cassini., na prstence Saturnu, při průletu sondou Cassini. Na spodní části je v barevné škále (modrá → zelená → žlutá → hnědá) zobrazeno množství elektronů. Na svislé ose je energie elektronů v elektronvoltech. Pro srovnání je v horní části fotografie prstenců ve viditelném světle. Z prstence B je tok elektronů nízký a elektrony mají malou energii. Naopak z tenkého prstence A je tok střední a strukturovaný. Přes Cassiniho dělení a Enckeovu mezeru je tok vysoký a jsou zde zastoupeny i elektrony s vyššími energiemi. Vědci z týmu CAPSCAPS – CAssini Plasma Spectrometer, plazmový spektrometr na palubě sondy Cassini. to interpretují jako tok elektronů uvolněných na osvícené straně dopadajícími fotony od Slunce (tzv. fotoelektronů). Počet elektronů je tlumený průchodem prstenci a jeho intenzita je nepřímo úměrná hustotě prstenců. V pravé části obrázku, mimo prstence, je možné pozorovat elektrony z radiačního pásu planety ve všech energiích.

V červenci 2005 mise Cassini – Huygens oslavila první výročí letu na oběžné dráze okolo Saturnu. Sonda Cassini byla navedena na svoji oběžnou dráhu 1. července 2004 po šesti letech cesty k planetě poté, co urazila cestu dlouhou přes 3 miliardy kilometrů.

Klip týdne: Saturn – Cassini

Na klipu vidíte jižní polokouli SaturnuSaturn – druhá největší planeta Sluneční soustavy. Je charakteristická dobře viditelným prstencem. Saturn je od Slunce desetkrát dále než Země, a proto je jeho teplota velmi nízká (−150 °C). Průměrná hustota planety 0,7 g·cm⁻³ je nejnižší z celé sluneční soustavy, dokonce nižší než hustota vody. Saturn patří k obřím planetám. Oběhne Slunce za 30 let, kolem vlastní osy se otočí za pouhých 10 hodin. Rychlá rotace způsobuje vznik pásů. V atmosféře jsou pozorovány velké žluté či bílé skvrny. Atmosféra je tvořena oblaky čpavku, vodíkem a heliem. V nitru je snad malé jádro z křemičitanů obklopené kovovým vodíkem. Vítr v atmosféře dosahuje rychlosti až 1 800 km/h. Magnetické pole má dipólový charakter s osou téměř rovnoběžnou s rotační osou. snímanou při misi CassiniCassini – meziplanetární sonda NASA, ESA a ASI (Italská kosmická agentura) určená k průzkumu Saturnu. Startovala z Cape Canaveral 15. října 1997, k Saturnu dorazila 30. června 2004. Celková hmotnost Cassini (včetně paliva a pouzdra Huygens) při startu byla 5 600 kg. Vyvrcholením mise bylo měkké přistání pouzdra Huygens na povrchu Saturnova měsíce Titanu dne 14. ledna 2005. Sonda byla pojmenována podle italského matematika a astronoma Giana Domenica Cassiniho (1625-1712). Podle tohoto vědce je pojmenována i část Saturnových prstenců, tzv. Cassiniho dělení. Mise byla ukončena 15. září 2017 řízeným pádem sondy do atmosféry planety.. Jde o 45 snímků pořízených mezi  6. 2. 2004 a 30. 3. 2004 kamerou se středem spektrálního pásma na vlnové délce 750 nm. Vzdálenost sondy od planety se měnila od 71×10⁶ km do 46×10⁶ km a rozlišení na pixel od 425 km do 278 km. Patrná je pásová struktura atmosféry Saturnu způsobená jeho rychlou rotací (10:32 hod) a temné oválné skvrny (cyklóny). Mise CassiniCassini – meziplanetární sonda NASA, ESA a ASI (Italská kosmická agentura) určená k průzkumu Saturnu. Startovala z Cape Canaveral 15. října 1997, k Saturnu dorazila 30. června 2004. Celková hmotnost Cassini (včetně paliva a pouzdra Huygens) při startu byla 5 600 kg. Vyvrcholením mise bylo měkké přistání pouzdra Huygens na povrchu Saturnova měsíce Titanu dne 14. ledna 2005. Sonda byla pojmenována podle italského matematika a astronoma Giana Domenica Cassiniho (1625-1712). Podle tohoto vědce je pojmenována i část Saturnových prstenců, tzv. Cassiniho dělení. Mise byla ukončena 15. září 2017 řízeným pádem sondy do atmosféry planety. je společným projektem NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. a ESAESA – European Space Agency, Evropská kosmická agentura. ESA spojuje úsilí 18 evropských zemí na poli kosmického výzkumu. Centrální sídlo je v Paříži, pobočky jsou v mnoha členských zemích. ESA byla založena v roce 1964 jako přímý následovník organizací ESRO a ELDO. Nejznámější nosnou raketou využívanou ESA je Ariane. Česká republika vstoupila do ESA v listopadu 2008. k planetě Saturn, který vyvrcholil přistáním pouzdra HuygensHuygens – část sondy Cassini. Jde o pouzdro, které se od ní odpoutalo a poté dne 14. ledna 2005 měkce přistálo na povrchu Saturnova měsíce Titanu. Pouzdro bylo vyrobeno Evropskou kosmickou agenturou ESA, jeho hmotnost je 350 kg. Je pojmenováno podle objevitele Titanu, známého holandského fyzika Christiaana Huygense (1629-1695). na Saturnově měsíci TitanTitan – největší Saturnův měsíc s průměrem 5 150 km. Byl objeven v roce 1655 Christiaanem Huygensem. Má hustou atmosféru, v níž převažuje dusík s trochou metanu. Tlak atmosféry na povrchu je 1,5 atm, teplota −180 °C. Měsíc Titan je větší než planeta Merkur. Často se spekuluje o možnosti primitivních forem života na Titanu. v roce 2005. (gif, 622 kB)

Odkazy