Satürn
Geçen haftalarda gaz ve toz devlerinin en büyüğü olan Jüpiter’den bahsetmiştik. Şimdiyse gaz ve toz devleri arasında ikinci en büyük ve halkaları adeta tacı olmuş gezegen Satürn’den bahsedelim.
Satürn (eski Türkçede Sekentir, Arapçada Zühal), Güneş Sisteminin Güneş’e yakınlık sırasına göre 6. gezegenidir. Büyüklük açısından Jüpiter’den sonra ikinci sırada gelir. Adını Yunan mitolojisindeki Kronos’tan alır. Çıplak gözle izlenebilen 5 gezegenden biri (diğerleri, Merkür, Venüs, Mars ve Jüpiter) olarak eski çağlardan beridir gözleri gökyüzüne çevirmiştir. Galileo Galilei 1600’lerde teleskopu ile Satürn’ü gördüğünde neye baktığına emin olamadı. İlk başta üç tane gezegene veya kulakları olan bir gezegene baktığını düşündü. Fakat şimdi o kulakların Satürn’ün halkaları olduğunu biliyoruz. Satürn halkaları olan tek gezegen değildir fakat kesinlikle en güzelidir. Gördüğümüz halkası bir grup küçük halkaların birleşmesinden oluşur. Bu gezegen aralarında boşluklar olan 7 tane halkaya sahiptir. Bu halkalar buz ve kaya parçalarından meydana gelir.
Fakat bu halkalar için kötü bir haberimiz var. NASA’nın açıkladığı bilgilere göre Solar Sistemimizin taçlı gezegeninin halkaları yok oluyor.
Amerikan Havacılık ve Uzay Ajansı NASA’dan yapılan açıklamada, Cassini keşif aracının, Satürn’ün halkalarını oluşturan toz ve kayaçların, gezegenin manyetik alanının etkisiyle hızla yüzeye doğru çekildiğini ve bu yüzden halkaların hesaplanandan çok daha hızlı şekilde yok olduğunu tespit ettiği belirtildi. NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi’ nden James O’Donoghue, Voyager 1 ve 2 keşif araçlarının, daha önce yaptığı ölçümlerde, halkalardan her yarım saatte bir olimpik havuz büyüklüğünde buzun çözündüğünü belirlediğini hatırlatarak, “Yalnızca bu veri, halka sisteminin 300 milyon yılda tamamen yok olacağını gösteriyor. Buna Cassini’nin Satürn’ün halkalarından gezegenin ekvatoruna düşen materyal miktarına ilişkin ölçümlerini eklediğimizde halkların ömrünün 100 milyon yıldan az olacağını anlıyoruz. Satürn’ün toplam ömrünün 4 milyar yıl olduğu düşünüldüğünde bu oldukça kısa bir süre.” dedi.
Gezegenin fiziksel özelliklerine bakacak olursak ilk olarak Satürn’de 1 gün, 10.7 saat sürer. 1 Satürn yılı, 29 Dünya yılına eşittir. Gezegenin yoğunluğunu su yoğunluğu ile karşılaştırıldığında 0,69 olan bu değer, Dünya’nın yoğunluğunun %12’si kadardır. Düşük yoğunluk, gezegenin akışkan yapısı ve kendi çevresindeki dönüş hızının yüksekliği ile birleşerek, Satürn’e ekvatorda geniş, kutuplarda basık elipsoit görüntüsünü vermektedir. Yansıtılabilirlik derecesi (albedo) 0,47 olan gezegen, böylece yüzeyine düşen güneş ışığının yarıya yakınını görünür tayfta yansıtmaktadır. Ancak kızılötesi alandaki ışınım ölçüldüğünde, Satürn’ün Güneş’ten aldığı enerjinin 3 kat fazlasını dışarı yaydığı görülür. Bu nedenle gezegen, Güneş’e olan uzaklığına göre hesaplanan 71K’ den (-202 °C) çok daha yüksek bir etkin sıcaklığa sahiptir ve 95K (-178 °C) sıcaklığında bir kara cisim gibi ışır. Satürn’ün kendi içinde yarattığı bu enerji fazlası, gezegenin yerçekiminin etkisi ile yavaşça kendisi üzerine çökerek küçülmesi sırasında dönüştürülen potansiyel enerji ile açıklanmaktadır. Kelvin-Helmholtz mekanizması olarak adlandırılan ve daha önce Jüpiter’de de anlattığımız bu olgu Satürn’ün yarattığı ısıl enerji fazlasını tek başına açıklamaya yeterli değildir. Ek bir mekanizma olarak, gezegenin yüzeye yakın katmanlarında hidrojen ile karışım halinde bulunan helyumun ağırlığı nedeniyle merkeze doğru süzülerek göç etmesi sırasında potansiyel enerjisinin bir kısmını açığa çıkardığı düşünülmektedir.
Gezegenin iç yapısına baktığımızda gaz devleri, içerdikleri elementlerin oranlarına göre iki alt gruba ayrılırlar. Uranüs ve Neptün ‘buz’ ve ‘kaya’ oranı daha yüksek Uranian gezegenler grubundadır. Satürn ile Jüpiter ise adını yine Jüpiter’den alan Jovian gezegenler grubu içindedir. Jovian gezegenlerin kabaca Güneş’i ve benzer yıldızları oluşturan maddeleri bu yıldızlardakine yakın oranlarda içerdiği düşünülür.
Bu bilgiler çerçevesinde, Güneş sisteminin ilksel bileşenlerine paralel biçimde Satürn’ün kütlesinin büyük kısmını hidrojen ve helyumun oluşturduğu varsayılır. Hidrojen/Helyum kütle oranı 75-25 (Buna çok benzer oranı gaz devi Jüpiterde bahsetmiştik) civarındadır. Daha ağır elementlerin Güneş Bulutsusu içindeki toplam payı %1 iken, hafif bir zenginleşme ile Satürn’de %3-5 arasında olabileceği hesaplanmaktadır. Bu yapı taşları özgül ağırlıklarına göre tabakalanmış durumdadır:
- Satürn’ün merkezinde demir ve ağır metallerle birlikte bunları çevreleyen daha hafif elementlerin oluşturduğu bir ‘buz’ ve ‘kaya’ tabakasından oluşan bir çekirdek bulunur. Gezegenin ileri derecedeki basıklığının nedeni olarak büyük ve yoğun bir çekirdek varlığı gösterilmektedir. Bazı hesaplamalar, gözlenen basıklık oranını sağlayabilmek için çekirdeğin gezegen kütlesinin dörtte biri kadar büyük bir kısmını oluşturması gerektiği sonucuna ulaşmaktadır. Bu, 25 Yer kütlesine sahip ve yarıçapı 10.000 kilometreyi aşan bir kaya, buz ve metal kütlesi anlamına gelir ve Satürn’ün ağır elementler açısından tahmin edilenden daha da zengin olabileceğini gösterir. Satürn‘ün merkezinde sıcaklığın 12.000K, basıncın 10 megabar (10 milyon atmosfer) üzerinde olduğu tahmin edilir.
- Çekirdeği çevreleyen alanda metalik hidrojenden oluşmuş manto tabakası yer alır. Hidrojen 3 ila 4 Mbar’dan daha yüksek basınçlarda devreye giren Van der Waals kuvvetlerinin etkisi ile moleküler yapısını kaybederek metalik özellikler kazanır, ısıl ve elektriksel iletkenliği çok artar. Jüpiter’de olduğu kadar büyük olmayan bu katmanın, yaklaşık 20.000 km’lik bir kalınlıkla çekirdekten gezegen yarıçapının yarısı kadar bir uzaklığa yayıldığı sanılır.
- En dışta, gezegenin hacminin %90’ını oluşturan en az 30.000 km kalınlığında moleküler hidrojen(H2) tabakası bulunur. Gezegenin yüzeyine yaklaşıldıkça basınç, ısı ve yoğunluk düşer, hidrojen sıvıdan gaza dönüşür ve giderek atmosfer olarak adlandırılabilecek ortama geçilir.
İç yapısı hakkında bilinmesi gereken şeylerden biri ise helyumun konumu çok iyi açıklanabilmiş değildir. Satürn atmosfer ve dış tabakalarında helyum oranının beklenenden çok daha az olduğu gözlenmiştir. Buna, Jüpiter’e oranla daha soğuk olan gezegende, helyumun en dıştan başlayarak yoğunlaşıp bir süperakışkan şeklinde gezegenin içine doğru yağdığı ve gezegen yüzeyindeki oranının gittikçe düştüğü şeklinde bir açıklama getirilmiştir. Bu olasılığın geçerli olması durumunda helyumun sıvı hidrojen tabakaları içinden geçerek manto ve çekirdek arasında ayrı bir katman oluşturması beklenir. Bugün, metalik hidrojen katmanının da sıvı nitelikte olduğu görüşü yaygın olarak kabul edilmektedir. Katı fazdaki bir manto tabakasının Satürn’ün ürettiği büyük ısıyı dışarı iletemeyeceği ve bu aktarım için madde akımına (konveksiyon) olanak sağlayan sıvı bir ortamın gerekli olduğu düşünülmektedir. Konveksiyon akımlarının katmanlar arasında ne ölçüde madde alışverişine izin verdiği bilinmemektedir. Güçlü yerçekiminin ve akışkan yapının sonuçta ağır elementleri sürekli olarak merkeze doğru çökmeye zorlayacağı tahmin edilmekle birlikte, buz ve kaya oluşturan bileşiklerin tümünün çekirdeğe hapsolmuş durumda olmayabileceği, bir kısmının metalik ve moleküler hidrojen katmanlarında eriyik halinde ya da askıda bulunabileceği varsayılabilir.
Satürn kalın ve karmaşık bir atmosfer tabakası ile çevrilidir. Atmosferin temel bileşeni, bir gaz devi gezegenden bekleneceği gibi, Güneş Bulutsusu’nun içeriğine benzer olarak, hidrojen gazıdır. Ancak, Jüpiter’in atmosferinden farklı olarak, helyum oranının beklenenden düşük olduğu gözlenir. Bu olgunun, helyumun kütleçekimi etkisi ile gezegenin daha derinlerine doğru çökmesi ile ilişkili olabileceği düşünülür. Satürn atmosferi %94 hidrojen ve %6 helyumdan oluşmaktadır. Bunları %0,2 oranla metan (CH4), %0,1 oranla su buharı (H2O), ve %0,01 oranla amonyak (NH3) izler. Azot, hidrojen, karbon, oksijen, kükürt, fosfor ve diğer elementleri içeren çeşitli bileşiklere milyonda bir düzeyini geçmeyen oranlarda rastlanır. Gaz devleri için belirli bir yüzey varlığından söz edilmez, gezegenden atmosfer olarak adlandırılabilecek en dış gaz tabakasına doğru kesintisiz, yumuşak bir geçiş söz konusudur. Bu tür gezegenlerin çapları hesaplanırken 1 bar (yaklaşık 1 atmosfer) sınırının dışında kalan kısım dikkate alınmaz, basıncın 1 barı aştığı noktadan itibaren tüm hacim gezegenin sınırları içinde kabul edilir. Ancak çoğu zaman, atmosfer olarak adlandırılan alan, hidrojen gazı yoğunluğunun sıvı hidrojen yoğunluğu düzeyine çıktığı 10.000 bar basınç sınırına yani gezegenin binlerce kilometre içine dek genişletilir.
Satürn’ün ilk bakışta belli olan ve onu diğer gezegenlerden ayıran en belirgin özelliğinin halka sistemi olduğundan bahsetmiştik. Satürn‘ün halkaları, gökyüzünün basit teleskoplarla izlenmeye başlandığı 1600’lü yıllardan bu yana Satürn’ü diğer gezegenlerden ayırt eden eşsiz bir yapı olarak bilinmesini sağlamıştır. 1970’lerden sonra diğer gaz devlerinin de halkaları bulunduğu keşfedilmiştir. Halkalar, ekvator düzleminde gezegenin merkezinden uzaklıkta 67.000 km ile 480.000 km arasında kalan alanı kaplamaktadır. Satürn’ün yarıçapı Rs=60.250 km olarak alınırsa halkaların iç sınırının gezegenin yüzeyine 6.700 km uzaklıkta bulunduğu görülür. Dış sınırı ise Satürn için yaklaşık 2,5 Rs yani 150.000 km olan Roche limitinin çok ötesindedir. Halkaların kalınlığı ise sadece 100 metre kadardır. Satürn halkaları çoğunluğunun çapı 1 cm. ile 10 m. arasında değiştiği düşünülen çok sayıda buz parçacıklarından oluşmuştur. Halkaların yoğunluğunun gezegen merkezinden uzaklığa göre büyük değişimler gösterdiği, bazı alanlarda boşluklar bulunduğu bilinmektedir. Bunların Satürn uydularının çekim etkileri ile ilişkisi olduğu düşünülmektedir.
Satürn manyetosfer olarak güçlü bir manyetik alana sahiptir. Jüpiter’in manyetik alanının yirmide biri kadar güç sağlayan bu dipol, Dünya ile karşılaştırıldığında 800 kata ulaşan büyüklüğü ile devasa ölçektedir. Gezegenin manyetik ekseni dönme ekseni ile hemen hemen çakışır ve Jüpiter’de olduğu gibi manyetik kutupları Dünya’nın kutuplarına göre ters yerleşmiş durumdadır. Bu dipolün yanı sıra, Satürn’ün manyetik alanının, yapısını karmaşıklaştıran bir dört kutuplu ve bir sekiz kutuplu bileşeni bulunmaktadır. Satürn, manyetik alanının Güneş rüzgarı ile etkileşimi sonucunda büyük bir manyetosfer oluşur. Bu bölge, güneş kökenli yüksek enerjili parçacıklardan oluşan plazma akımının gezegenin manyetik alanı tarafından saptırılarak engellendiği, Satürn’ün Güneş’e dönük yüzünde 300–1000 km/saniye hızındaki Güneş rüzgarı tarafından gezegene doğru itilen, karanlık yüzünde ise yüzlerce milyon kilometre uzunluğunda bir ‘manyetik kuyruk‘ şeklinde devam eden, damla biçiminde bir hacmi kapsar.
Satürn’ün 53’ü resmi olarak adlandırılmış 82 bilinen uydusu vardır ve Satürn’ün uydularının çoğuna Yunan mitolojisindeki Titanların adı verilmiştir. Ayrıca, Satürn’ün halkalarında gerçek uydu olarak kabul edilmeyen ve çapları 40–500 metre aralığında olan düzinelerce ila yüzlerce adet küçük uydu olduğuna dair kanıtlar vardır. Satürn’ün en büyük uydusu olan Titan, halkalar da dahil olmak üzere Satürn’ün yörüngesindeki kütlenin %90’ından fazlasını oluşturur. Titan, Güneş Sistemi içinde karmaşık bir organik kimyanın oluştuğu büyük bir atmosfere ve ayrıca hidrokarbon göllerine sahip tek uydudur. Ek olarak 6 Haziran 2013’te Endülüs Astrofizik Enstitüsü (IAA-CSIC) bilim adamları Titan’ın üst atmosferinde yaşam için olası öncü, polisiklik aromatik hidrokarbonlar belirlendiğini bildirdi.23 Haziran 2014’te NASA, Titan atmosferindeki azot’un daha önceki zamanlarda Satürn’ü oluşturan malzemelerden değil kuyruklu yıldızlar ile ilişkili Oort bulutu’ndaki malzemelerden geldiğine dair güçlü kanıtlara sahip olduğunu iddia etmiştir.
Satürn’ün ikinci en büyük uydusu Rhea’nın kendine özgü zayıf bir halka sistemi ve belli belirsiz bir atmosfere sahip olduğu düşünülmektedir. Diğer uyduların çoğu küçüktür: 34’ünün çapı 10 km’den küçüktür ve diğer 14’ünün çapı 10 km arasındadır.
Satürn’ün bahsedeceğimiz en önemli uydularından biri ise Enceladus’tur. Güneybatı Araştırma Enstitüsü’nden, dünya dışı okyanus bilimi üzerinde çalışan Dr. Christopher Glein, “Enceladus, insanlığın güneş sistemimizde yaşam arayışındaki başlıca hedeflerden biri. NASA’nın Cassini uzay aracının Satürn sistemini ziyaret etmesinden beri geçen yıllar içinde, toplanan verilerle mümkün kılınan keşifler defalarca aklımızı başımızdan aldı. Güneş sisteminde dünya dışı yaşanabilirlik arayışının odak noktası değişti. Artık organik moleküller, amonyak, kükürt içeren bileşikler ve yaşamı desteklemek için gereken kimyasal enerji de dahil yaşamın yapıtaşlarını arıyoruz” dedi.
Independent Türkçe’de yer alan habere göre araştırmada, yaşanabilir okyanusu incelemek için Enceladus’a yeni bir keşif aracı gönderilmesi öneriliyor. Dr. Glein şöyle devam etti: Altta yatan jeokimya, çözünmüş fosforun varlığını kaçınılmaz kılan zarif bir sadeliğe sahip ve modern Dünya’nın deniz suyundakilere yakın, hatta onlardan daha yüksek seviyelere ulaşıyor. Bunun astrobiyoloji için anlamı, Enceladus okyanusunun yaşanabilir olduğundan öncesine göre daha emin olabileceğimizdir.
Bu olasılığın kanıtı, Enceladus’tan dışarı atılan buzun çoğunun sıvı tuzlu suyun buharlaşmasından geldiğini gösteren “okyanus benzeri” bir bileşime sahip, tuz açısından zengin parçacıklar içermesidir. 2015 yılında Cassini’nin Enceladus’taki bir bulut üzerinden geçişi metanojenez ile yaşayan yaşam formlarını sürdürmek için gereken bileşenlerin çoğunu buldu. Bu keşiflerden sonra ise Satürn’ün , etrafında yaşam olabilecek tek gezegen değil; amonyağın varlığı bazı araştırmacıların Venüs’ün de kendi kükürtlü atmosferinde “gördüğümüz hiçbir şeye benzemeyen” uzaylı yaşamına sahip olabileceği düşüncesinin öne sürmesine yol açtı.
Gezegenin bir bu kadar daha ilgi çekici bir özelliği ise ALTIGEN FIRTINASI.
Satürn’ün kuzey kutbundaki devasa altıgen yapı ilk olarak 1988’de, NASA’nın Voyager sondalarının 1980 ve 1981 yıllarında Satürn’den yakın geçişleri sırasında elde ettiği verileri inceleyen bilim insanlarınca keşfedildi. Gezegenin atmosferindeki bu garip oluşumun varlığı, yıllar sonra Satürn’e ulaşan Cassini uzay aracı ile teyit edildi. Satürn’ün kuzey kutbundan, 78° kuzey enlemine kadar uzanan devasa altıgen yapının Güneş Sistemi’nde bir eşi daha yok. Altıgenin her kenarı yaklaşık 13,000 km uzunlukta; Dünya’nın çapının 12,700 km olduğunu düşünürsek, içine rahatça 4 Dünya’nın sığabileceğini söyleyebiliriz.
32,000 kilometre genişlikteki bu altıgen yapının, Satürn’ün kuzey kutbuna denk gelen merkezinde büyük bir fırtına gözü var. Onun çevresinde daha küçük girdaplar altıgene ters yönde dönmektedirler. Bu küçük girdaplar da 3500 km çapa erişebilmektedir yani büyüklüğü Dünya’daki fırtınaların iki katıdır. Dünya’daki büyük fırtınalar bir hafta içinde son bulurken, bu fırtınalar yıllardır hatta yüz yıllardır devam etmektedir. Bilim insanları bunu Satürn’de fırtınaların enerjisini Dünya’daki gibi sürtünme yoluyla katı yüzeye aktaramamasına bağlıyor.
