Le velocità dei venti nell'atmosfera di Saturno può raggiungere i 1 800 km/h, significativamente più veloci di quelli su Giove, anche se leggermente meno veloci di quelli che spirano nell'atmosfera di Nettuno.
Saturno ha un esteso e vistoso sistema di anelli che consiste principalmente in particelle di ghiacci e polveri di silicati. Della sessantina di lune conosciute che orbitano intorno al pianeta, Titano è la maggiore e l'unica luna del sistema solare ad avere un'atmosfera significativa.
Il momento migliore per osservare
Saturno e i suoi anelli è l'opposizione (quando
l'elongazione del pianeta è di 180º, e si trova
quindi nella parte di cielo opposta al Sole). Saturno appare ad occhio
nudo nel cielo notturno come un luminoso punto giallastro con una
magnitudine apparente solitamente compresa tra 1 e 0. Il diametro di
Saturno è troppo piccolo per poterlo percepire e a occhio
nudo il pianeta apparirà sempre come un punto.
È necessario un telescopio o un potente binocolo (almeno 30
ingrandimenti) per poter distinguere il disco del pianeta e gli anelli.
Saturno ha un periodo di rivoluzione di 29,5 anni e ogni circa 15 anni,
quando si trova in determinati punti della sua orbita, gli anelli
scompaiono brevemente dalla vista, in quanto vengono a trovarsi
perfettamente di taglio visti dalla Terra.
Oltre che dalla distanza dalla Terra, la luminosità di Saturno dipende anche dalla posizione degli anelli; se essi sono orientati in modo favorevole, come avvenne ad esempio nel 2002, sono maggiormente visibili e contribuiscono ad aumentare sensibilmente la luminosità apparente di Saturno.
Talvolta Saturno, come altri corpi del sistema solare che giacciono nei pressi dell'eclittica, può venire occultato dalla Luna. Nel caso di Saturno il fenomeno ha luogo con determinati cicli: ad un periodo di dodici mesi, durante i quali il pianeta viene occultato dodici volte dalla Luna, si sussegue un periodo di circa cinque anni, durante il quale non si verificano occultazioni. Questo succede perché l'orbita della Luna intorno alla Terra è inclinata rispetto all'orbita della Terra attorno al Sole, e solo quando Saturno si trova vicino al punto dove l'orbita della Luna attraversa il "piano dell'eclittica" possono avvenire le occultazioni.
Storia delle osservazioni.
Saturno è l'ultimo dei pianeti visibili a occhio nudo ed era conosciuto sin dall'antichità. Gli astronomi babilonesi osservavano e registravano regolarmente i movimenti di Saturno. Nell'antica mitologia romana, il dio Saturno, da cui il pianeta prende il nome, era il dio dell'agricoltura ed era considerato l'equivalente del dio greco Crono. Lo scienziato greco Tolomeo basò i suoi calcoli dell'orbita di Saturno su osservazioni fatte mentre il pianeta era all'opposizione.
Il primo astronomo a osservarne la forma peculiare fu Galileo che nel 1610 non riuscì a risolvere completamente la figura del pianeta circondato dai suoi anelli. Inizialmente il pianeta gli apparve accompagnato da altri due corpi sui lati, e pertanto lo definì "tricorporeo". Con le osservazioni successive e l'uso di strumenti più sofisticati la variazione dell'angolo visuale degli anelli gli mostrò via via aspetti diversi, che lo spinsero a chiamare bizzarro il pianeta. Galileo nei suoi schizzi ipotizzò varie soluzioni per la forma di Saturno, fra cui anche possibili anelli che tuttavia erano tangenti la superficie del corpo celeste. Nei secoli successivi Saturno fu oggetto di studi approfonditi. Nel 1649 un costruttore di telescopi marchigiano Eustachio Divini pubblicò per la prima volta una illustrazione dettagliata degli anelli di Saturno; il teologo cattolico Leone Allacci verso la metà del XVII secolo teorizzò fantasiosamente che gli anelli fossero stati originati dal Santo Prepuzio, ma successivamente nel 1655 l'astronomo olandese Christiaan Huygens fu il primo a intuire la natura anulare dei corpi visti da Galileo attorno al pianeta e scoprì anche il satellite Titano.[19] Giandomenico Cassini nel 1675 fu il primo a ipotizzare la natura degli anelli e vi individuò la prima suddivisione o lacuna che ancora oggi porta il suo nome. Inoltre scoprì altre quattro lune saturniane: nel 1671 Rea, Giapeto nel 1672 e Dione e Teti nel 1684. La natura "granulare" degli anelli fu dimostrata per via teorica nel 1859 dal fisico scozzese James Clerk Maxwell.
Nel 1899 William Henry Pickering scoprì Febe, un satellite irregolare che non ruota in sincronia con Saturno come le altre lune maggiori. Febe è stato il primo satellite scoperto in un'orbita retrograda. Nel corso del XX secolo, studi su Titano portarono alla conferma che esso era circondato da una spessa atmosfera, caratteristica unica tra i satelliti naturali del sistema solare.Parametri orbitali e rotazione.
La distanza media di Saturno dal Sole
è di 1,4 ×109 km e impiega circa 29,5 anni a
compiere un'orbita attorno alla nostra stella.
Saturno orbita attorno al Sole ad una distanza media di 1,427
× 109 km, percorrendo una rivoluzione completa in 29,458 anni
terrestri. La sua orbita è inclinata di 2,488º
rispetto all'eclittica ed è eccentrica di un fattore 0,0560.
Alla sua distanza, la luce del Sole appare 100 volte meno intensa
rispetto alle misure effettuate da Terra.
L'asse di rotazione è inclinato di 26,731°, regalando al pianeta un ciclo di stagioni più o meno analogo a quello terrestre e marziano, ma assai più lungo. Il periodo di rotazione di Saturno sul proprio asse varia a seconda della quota; gli strati superiori, nelle regioni equatoriali, impiegano 10,23378 ore a compiere un giro completo, mentre nucleo e mantello ruotano in 10,67597 ore.
Nel marzo 2007, è stato rilevato che la variazione delle emissioni radio del pianeta non corrisponde alla velocità di rotazione di Saturno. Tale variazione potrebbe essere causata dall'attività dei geyser sulla superficie della luna Encelado. Il vapore acqueo emesso in orbita attorno a Saturno da questa attività crea un ostacolo al campo magnetico del pianeta, rallentando la sua rotazione rispetto alla rotazione del pianeta.
L'ultima stima del periodo di rotazione di Saturno, basato su una media di varie misure effettuate dalle sonde Cassini, Voyager e Pioneer è stato segnalata nel settembre 2007, ed equivale a 10 ore, 32 minuti e 35 ± 13 secondi.
Caratteristiche chimico-fisiche.
Schiacciamento ai poli di Saturno -
Confronto con una sfera (f = 0).
Con una massa pari a 95,181 volte e un volume pari a 744 volte quello
terrestre, Saturno è il secondo pianeta più
grande del sistema solare dopo Giove. È classificato come
gigante gassoso poiché gli strati esterni sono costituiti
prevalentemente da gas e manca di una superficie definita, anche se
potrebbe avere un nucleo solido. Saturno appare visibilmente
schiacciato ai poli, con i suoi diametri equatoriale e polare (120 536
km e 108 728 km rispettivamente) che differiscono di quasi il 10%.
Questa forma è il risultato della sua rapida rotazione e
della sua composizione chimica, con la densità
più bassa del Sistema solare, facile a deformarsi. Anche gli
altri pianeti, e i giganti gassosi in particolare, sono deformati in
maniera analoga, ma in modo molto meno evidente. Saturno è
anche l'unico pianeta del sistema solare con una densità
media inferiore a quella dell'acqua: solo 0,69 g/cm³. In
realtà il valore medio è una combinazione di
densità molto basse nell'atmosfera del pianeta e
densità più elevate all'interno, sicuramente
maggiori di quella dell'acqua. Per questi valori si presuppone che il
pianeta abbia un nucleo di rocce e metalli non particolarmente
massiccio. Saturno ha una massa 95 volte quella terrestre, e assieme a
Giove compone il 92% della massa planetaria totale del sistema solare.
L'atmosfera esterna di Saturno è composta per il 96,3% da idrogeno molecolare dal 3,25% di elio. La percentuale di elio è notevolmente minore rispetto all'abbondanza di questo elemento nel Sole. Le quantità di elementi più pesanti dell'elio non sono note con precisione; la massa degli elementi pesanti è stata dedotta dal modello della formazione del sistema solare ed è stata stimata, nel caso di Saturno, in 19-31 volte la massa della Terra, con una percentuale significativa situata nella regione del nucleo planetario.
Nell'atmosfera di Saturno sono state rilevate anche tracce di ammoniaca, acetilene, etano, propano, fosfina e metano. Le nubi superiori sono costituite da cristalli di ammoniaca, che gli conferisce il tipico aspetto giallognolo, mentre quelle degli strati inferiori sembrano essere composte da idrosolfuro di ammonio (NH4SH) o acqua. La radiazione ultravioletta del Sole provoca la fotolisi del metano negli strati superiori dell'atmosfera, causando una serie di reazioni chimiche degli idrocarburi con i prodotti risultanti trasportati verso il basso dai vortici atmosferici. Questo ciclo fotochimico è regolato dal ciclo annuale stagionale di Saturno.
Le bande.
L'atmosfera di Saturno mostra bande simili a quelle di Giove, ma molto più deboli e più larghe vicino all'equatore. Le formazioni atmosferiche (macchie, nubi) sono così deboli da non essere mai state osservate prima dell'arrivo delle sonde Voyager. Da allora i telescopi a terra e in orbita sono migliorati al punto da poter condurre regolari osservazioni delle caratteristiche atmosferiche di Saturno. Sono state trovate tempeste di forma ovale dalla lunga vita e molto simili a quelle di Giove. Nel 1990 il Telescopio Spaziale Hubble osservò un'enorme nube bianca vicino all'equatore del pianeta, e un'altra fu osservata nel 1994.
La composizione delle nuvole varia con la profondità e l'aumentare della pressione. Negli strati superiori, con una temperatura compresa tra 100-160 K e pressioni tra 0,5 e 2 bar, le nuvole sono costituite da ammoniaca ghiacciata. Scendendo nell'atmosfera di Saturno si trovano le nubi di ghiaccio d'acqua, dove la pressione è compresa tra 2,5 bar e 9,5 bar e le temperature tra i 185 e 270 K. Più in basso si trova uno strato di idrosolfuro di ammonio ghiacciato, a pressioni tra 3-6 bar e temperature comprese tra 290 e 235 K. Infine, negli strati inferiori, dove le pressioni sono di circa 10-20 bar e le temperature di 270-330 K, è presente una zona composta da gocce d'acqua mista ad ammoniaca in soluzione acquosa.
Una sostanziale differenza fra le atmosfere di Giove e Saturno è la presenza di bande chiare e scure, specialmente presso l'equatore, molto evidenti nel primo ma estremamente soffuse e poco contrastate nell'altro. Il motivo è un più spesso strato di foschia che sovrasta la parte dell'alta astmosfera di Saturno, probabilmente causata dalla minore temperatura (130 K nell'alta atmosfera), che favorisce la formazione di nubi ad una profondità maggiore rispetto a Giove. Ciò nonostante l'atmosfera saturniana è percorsa da venti fortissimi, che soffiano fino a 1800 km/h presso l'equatore. Sono inoltre presenti cicloni, soprattutto alle alte latitudini, dalla durata relativamente breve, come quello ripreso dal Telescopio spaziale Hubble nel 1990, tipico esempio di Grande Macchia Bianca, tempeste temporanee che si formano durante le estati saturniane nell'emisfero nord, e osservate anche nel 1876, 1903, 1933 e 1960, non presenti durante il passaggio delle sonde Voyager.
Esagono di Saturno.
Negli anni ottanta le due sonde del Programma Voyager fotografarono una
struttura esagonale presente nei pressi del polo nord del pianeta, alla
latitudine 78° N, che è stata osservata anche dalla
sonda Cassini. I lati dell'esagono misurano ciascuno circa 13800 km,
maggiore del diametro della Terra. L'intera struttura, unica nel
sistema solare, ruota in un periodo di 10 ore 39 minuti e 23 secondi,
equivalente al periodo di rotazione del campo di emissioni radio, che
si presume essere pari al periodo di rotazione delle parti interne di
Saturno. La struttura esagonale non si muove in longitudine come invece
fanno le altre nubi nell'atmosfera visibile e sembra essere piuttosto
stabile nel tempo.
Non si conoscono ancora le cause della
presenza di questa forma geometrica regolare, ma sembra che non ci sia
un collegamento con la radio-emissione di Saturno e con la sua
attività delle aurore polari.
Gli anelli planetari di Saturno, visti dalla sonda Cassini.
Saturno possiede un magnifico sistema di anelli planetari, composti da
milioni di piccoli oggetti ghiacciati, della grandezza che varia dal
micrometro al metro, orbitanti attorno al pianeta sul suo piano
equatoriale, e organizzati in un anello piatto. Poiché
l'asse di rotazione di Saturno è inclinato rispetto al suo
piano orbitale, anche gli anelli risultano inclinati. Questa natura
"granulare" degli anelli fu dimostrata per via teorica fin dal 1859 dal
fisico scozzese James Clerk Maxwell.
Gli anelli iniziano ad un'altezza di circa 6600 km dalla sommità delle nubi di Saturno e si estendono fino a 120 000 km, poco meno di un terzo della distanza Terra-Luna. Il loro spessore è mediamente pari ad appena 10 metri.
La loro scoperta è dovuta a Christiaan Huygens, nel 1655; in precedenza già Galileo Galilei aveva notato delle insolite protuberanze ai lati del pianeta, ma la scarsa potenza del suo telescopio e la particolare posizione di Saturno all'epoca - con gli anelli disposti di taglio per un osservatore terrestre, e quindi difficilmente visibili - non gli avevano permesso di distinguerne la forma con chiarezza.
Gli anelli sono divisi in sette fasce, separate da divisioni quasi vuote. L'organizzazione in fasce e divisioni risulta da una complessa dinamica ancora non ben compresa, ma nella quale giocano sicuramente un ruolo i cosiddetti satelliti pastori, lune di Saturno che orbitano all'interno o subito fuori dell'anello.
L'origine degli anelli è sconosciuta. Ci sono due ipotesi principali a riguardo: che siano il risultato della distruzione di un satellite di Saturno, ad opera di una collisione con una cometa o con un altro satellite, oppure che siano un "avanzo" del materiale da cui si formò Saturno che non è riuscito ad assemblarsi in un corpo unico. Parte del ghiaccio della parte centrale degli anelli proviene dalle eruzioni dei vulcani-geyser di Encelado. In passato, gli astronomi pensavano che gli anelli si fossero formati assieme al pianeta miliardi di anni fa, tuttavia studi più recenti sembrano suggerire che l'età degli anelli sia probabilmente solo di alcune centinaia di milioni di anni.
Nell'ottobre del 2009 grazie al telescopio spaziale Spitzer, è stato scoperto il più grande anello di Saturno mai osservato in precedenza. Questo enorme anello si trova alla periferia del sistema di Saturno, in un'orbita inclinata di 27º rispetto al piano del sistema dei sette anelli principali. Il nuovo anello, che si ritiene sia originato da Febe, è composto di ghiaccio e di polvere allo stato di particelle alla temperatura di -157 °C. Pur essendo molto esteso questo anello è rilevabile solo nello spettro infrarosso, perché non riflette la luce visibile. La massa dell'anello comincia ad una distanza di circa 6 milioni di chilometri dal pianeta e si estende fino a 11,9 milioni di chilometri. La scoperta potrebbe essere decisiva per risolvere il problema legato alla colorazione del satellite Giapeto: gli astronomi ritengono che le particelle dell'anello, che orbitano intorno a Saturno in modo retrogrado (proprio come Febe), vadano a collidere contro la superficie di Giapeto quando esso, durante il suo moto orbitale, attraversa l'anello.Satelliti naturali.
Saturno possiede un elevato numero di satelliti naturali, 62, 12 dei quali scoperti solo nel 2005 grazie al telescopio giapponese Subaru ed altri 15 scoperti tra il 2006 e il 2009. Solo 53 di essi hanno attualmente (maggio 2014) un nome proprio. È difficile quantificare con precisione il loro numero, perché tecnicamente tutti i minuscoli corpi ghiacciati che compongono gli anelli di Saturno sono da considerarsi satelliti. Molte delle lune sono piuttosto piccole: 34 di esse hanno un diametro minore di 10 km, mentre 14 hanno diametro inferiore ai 50 km. Tradizionalmente, la maggior parte delle lune di Saturno portano i nomi dei Titani della mitologia greca. Quando nel XX secolo i nomi dei Titani furono esauriti, le lune presero il nome da personaggi della mitologia greca e romana o da giganti di altre mitologie. Tutte le lune irregolari (eccetto Febe) hanno nomi di divinità della mitologia inuit, di quella celtica e di giganti di ghiaccio della mitologia norrena.
Il satellite saturniano di gran lunga
più interessante è Titano, l'unico satellite del
sistema solare a possedere una densa atmosfera e che da solo
costituisce oltre il 95% della massa orbitante attorno a Saturno,
anelli compresi. Titano fu anche il primo satellite saturniano
scoperto, nel 1655 da Christiaan Huygens. Seguirono, tra il 1671 e il
1684, le scoperte di Teti, Dione, Rea e Giapeto da parte di Giovanni
Domenico Cassini.[88] Passò poi più di un secolo
prima della scoperta, nel 1789, di Mimas e Encelado da parte di William
Herschel, mentre Iperione fu scoperto nel 1848 da W.C. Bond, G.P. Bond
e William Lassell., e fu l'ultimo scoperto con l'osservazione diretta
tramite telescopi ottici. Già Febe, nel 1899, fu scoperto da
William Henry Pickering mediante l'uso di lastre fotografiche a lunga
esposizione. L'unica altra luna poi scoperta prima dell'arrivo delle
sonde Voyager nel 1980 fu, nel 1966, Giano.
Il gran numero di satelliti e la presenza degli anelli rende molto complessa la dinamica del sistema di Saturno. Gli anelli sono influenzati dai movimenti dei satelliti, che causano marcate divisioni o lacune, e l'interazione mareale con Saturno porta effetti perturbanti sulle orbite dei satelliti minori. I satelliti di Saturno possono essere divisi a grandi linee in dieci gruppi a seconda delle orbite attorno al pianeta. Oltre alle piccole lune degli anelli, ai satelliti pastori, alle lune co-orbitali e alle lune irregolari, i grandi satelliti sono sostanzialmente divisi in "interni" ed "esterni": i satelliti interni orbitano all'interno del tenue Anello E e tra questi sono compresi Mimas, Encelado, Teti e Dione, le cui orbite sono contraddistinte da una bassa eccentricità orbitale e un'inclinazione orbitale inferiore a 1,5°, con l'eccezione di Giapeto, che ha un'inclinazione di 7,57°. Le grandi lune esterne, Rea, Titano, Iperione e Giapeto, orbitano al di là dell'Anello E e in genere hanno un'inclinazione e un'eccentricità orbitale decisamente più elevata.
Tra le lune irregolari la più grande è Febe, che ha un diametro di 220 km, un semiasse maggiore di quasi 1,3 milioni di km e un periodo orbitale di 18 mesi. Per oltre un secolo, fino al 2000, è stata creduta essere la luna più distante da Saturno, fino a quando furono scoperte nel 2000 diverse altre piccole lune più esterne. Pensato essere in passato un asteroide, la sua natura è tuttavia stata svelata dalla sonda Cassini: esso è un corpo composto da ghiaccio misto a roccia, simile a Plutone e Tritone, e faceva probabilmente parte di quella massa di corpi ghiacciati che ora formano la Fascia di Kuiper. Febe rimase intrappolato nel campo gravitazionale di Saturno quando le interazioni gravitazionali dei giganti gassosi, e in particolare di Giove, espulsero la maggior parte dei planetesimi ghiacciati verso il sistema solare esterno.
Saturno nella cultura umana.
Etimologia e significato mitologico-religioso.
Saturno che divora i suoi figli,
dipinto di Francisco Goya. Tra Greci e Romani era diffusa la credenza
che Saturno divorasse i suoi figli perché era stato
profetizzato che uno di loro avrebbe preso il suo posto, e
così effettivamente avviene quando il figlio Giove, nascosto
alla nascita dalla madre, detronizzerà il padre.
Il nome Saturno deriva dal dio romano dell'agricoltura, corrispondente
del dio greco Kronos. Saturno, come gli altri pianeti ben visibili a
occhio nudo, era comunque noto fin dai tempi più antichi:
nella mitologia mesopotamica era conosciuto come Ninib, o Ninurta,
discendente del "Dio Sole" e guardiano della giustizia
Šamaš. Come i "successori" Crono e Saturno di
greci e romani era un dio contadino, inoltre era il protettore degli
uomini dalle malattie causate dai demoni.
In ebraico antico, Saturno è conosciuto come Shabbathai e il suo angelo è Cassiel. La sua intelligenza o benefico spirito è Agiel (layga) e il suo spirito (l'aspetto più oscuro) è Zazel (lzaz). In turco ottomano, urdu e malese, il suo nome è 'Zuhal', derivato dall'arabo.
Sabato, il giorno della settimana, era associato a Saturno già ai tempi degli antichi romani (Saturni dies), che lo consideravano il primo giorno della settimana planetaria, tradizione derivata probabilmente da quella ebraica. Il pianeta, tradizionalmente considerato come "freddo" perché il più lontano di quelli allora conosciuti, era associato anche alla tradizione ebraica di consumare pasti freddi il sabato. Anche nell'era moderna nei paesi di lingua inglese, riprendendo la tradizione romana, Saturno è associato al sabato (Saturday).
Nell'astrologia.
Nell'astrologia occidentale Saturno è associato alla
privazione, alla perseveranza, alla logica, alla serietà,
alla vecchiaia, e regola le responsabilità dell'individuo e
il suo rapportarsi con equilibrio al mondo esterno. Apparentemente
severo e negativo esso tuttavia aiuta la crescita interiore aiutando a
superare i momenti di crisi con l'autocontrollo. Esso è
domiciliato nel Aquario (domicilio diurno) e nel Capricorno (domicilio
notturno), in esaltazione nella Bilancia, in esilio nel Cancro e nel
Leone, in caduta nell'Ariete.
Nell'astrologia medica Saturno regola i meccanismi fisiologici e cellulari. Simboleggia il freddo e pertanto rallenta le funzioni dell'organismo conferendo longevità ai suoi nativi.
Nell'astrologia indù, ci sono nove oggetti astrologici, conosciuti come Navagrahas. Saturno, uno di loro, è noto come "Shani", colui che giudica le persone in base alle azioni compiute nella loro vita.
Nelle culture cinese e giapponese
antiche Saturno era la "stella terra" . Questa classificazione si basa
sui cinque elementi che sono stati tradizionalmente utilizzati per
classificare gli elementi naturali.
Saturno (9,5 UA), distinto dal suo sistema di anelli, ha diverse
analogie con Giove, come la sua composizione atmosferica. Saturno
è molto meno massiccio, essendo solo 95 masse terrestri.
Sono noti 60 satelliti (più tre non confermati), due dei
quali, Titano e Encelado, mostrano segni di attività
geologica, anche se sono in gran parte criovulcani.[27] Titano
è più grande di Mercurio ed è l'unico
satellite del sistema solare ad avere una atmosfera densa formata da
azoto e metano.
