Saturn: Hvordan fik planeten sine ikoniske ringe – og hvad er de lavet af?

Spørg ethvert barn om at tegne en planet, og han eller hun vil formentlig tegne en kugle med en eller flere ringe rundt om.

Og selv om flere planeter i Solsystemet har ringe, er det primært én planet i vores solsystem, som er kendt for sit imponerende ringsystem.

Nemlig den sjette planet fra Solen: den majestætiske og ikoniske Saturn.

Saturn er naturligvis ikonisk på grund af ringene, men vidste du, at ringene næppe har været der fra starten, eller at ringene nærmest lever i en form for symbiose med flere af Saturns mange måner?

Dét og meget mere kan du blive klogere på i denne artikel, hvor jeg gennemgår, hvad vi ved og ikke ved om Saturn. Vi starter med kernestoffet.

En kæmpemæssig gasplanet med spor af is

Saturn er en gasplanet med en diameter omkring 9 gange større end Jordens.

Saturn består primært af hydrogen og helium med

en kerne af tungere grundstoffer som metallerne jern og nikkel samt materiale, der minder om sten, hårdt presset sammen under det intense tryk i planetens indre.

Lidt som trykket du kan mærke i ørerne, når du er ved at lande fra en flyrejse – bare meget højere!

Saturn har ikke en overflade, man kan stå på. Det betyder dog ikke, at man ville kunne flyve et rumfartøj igennem overfladen, da stigende temperatur og tryk meget hurtigt ville føre til rumfartøjets undergang.

Udenpå selve planeten har Saturn en atmosfære bestående af hydrogen og helium, hvor der både kan findes spor af metan, ammoniak og vand i form af is.

Atmosfæren domineres af tykke skylag og af storme i den øvre atmosfære, som når op på hastigheder på 500 meter i sekundet. I sammenligning blegner orkaner i Danmark hurtigt. De starter nemlig allerede ved 32 meter i sekundet.

Saturns mystiske ringe

Uden for atmosfæren findes Saturns ringsystem, som ikke består af én stor ring men mange ringe.

Ringsystemet består af tætpakket is, støv og sten i forskellige størrelser fra små partikler på størrelse med et støvkorn til store på størrelser med biler – og enkelte som er endnu større.

Ringene er meget tynde med en tykkelse på omkring 10 meter, men de strækker sig flere hundredetusinde kilometer væk fra Saturn.

Derudover kredser flere små måner rundt om Saturn i nærheden af ringene og skaber mellemrum mellem de forskellige ringe. Det gør de på grund af den konstante tyngdekraftspåvirkning de udvirker på ringene.

Faktisk har vi indtil videre opdaget hele 83 måner, der tilhører Saturn. Den seneste blev opdaget i 2019.

Ringenes dannelse er omgærdet af mystik, og der er flere mulige forklaringer på deres oprindelse. Indtil for få år siden var den mest udbredte opfattelse, at ringene blev skabt af måner, asteroider, kometer og lignende, som kom for tæt på Saturns overflade og derved blev flået i stykker af tidevandskræfter fra Saturn.

Det er den samme effekt, som når Månen skaber højvande på Jorden – bare så voldsomt at måner og lignende blev revet fra hinanden.

Unge måner om gamle Saturn

Målinger fra rumsonden Cassini, der blev sendt mod Saturn i 1997, tegner dog et helt andet billede af ringene om Saturn.

Målinger fra Cassini antyder, at ringenes alder ’kun’ er omtrent 50-100 millioner år. Det samme gælder for de inderste måner omkring ringene. Ringene er dermed ganske unge i en astronomisk forståelse, da Saturn selv er lige så gammel som resten af Solsystemet med en alder på 4,6 milliarder år.

Den mest sandsynlige forklaring er, at der er sket en stor kollision mellem en af Saturns måner og et objekt fra det ydre Solsystem eller en anden måne. Materialet blev ved kollisionen spredt i hele området og samlede sig i både ringe og de indre måner.

Forklaringen støttes blandt andet af, at flere af de inderste måner har underlige former, eksempelvis månerne Atlas og Pan, som stadig er under udvikling.

Ringene er ligeledes stadig under udvikling, og især fordampning af partikler fra ringene er så intens, at nogle forskere anslår at ringene vil være væk igen om 50-100 mio. år.

Så hurtigt går det næppe med Saturns mange måner. Lad os se nærmere på de vigtigste af dem, heriblandt én der minder forbavsende meget om Jorden.

De fire vigtigste måner: isplaneter og metanhave

Især fire måner er mere interessante for os, og skiller sig på forskellig vis ud fra mængden: Det er månerne Enceladus, Titan, Iapetus og Phoebe.

Enceladus er en ismåne tæt på Saturns ringe. Her afslørede Cassini-rumsonden store issletter, brudflader og gejsere i overfladen. Det er tydelige tegn på aktivitet under overfladen i form af et varmt hav.

Materialet, som sendes ud af gejserne, består både af vanddamp og af organiske forbindelser som CO, CO₂, metan, ammoniak samt mere komplekse materialer.

Størstedelen af materialerne fryser igen og lander tilbage på Enceladus. Det skaber den isfyldte overflade. Resten af materialerne ender i Saturns E ring, som kan ses på figuren.

Men hvad mon der ellers gemmer sig i havet?

Astrobiologer, geologer og astronomer prøver ud fra Cassini-satellittens målinger at modellere havets indhold – og de fleste gætter på, at vandet vil være saltholdigt og indeholde CO₂. Det muliggør eksistensen af mikroorganismer, som lever af CO₂ og hydrogen.

Om det så rent faktisk er tilfældet ved vi ikke endnu, men forhåbentlig kan fremtidens missioner til Saturn gøre os klogere på det.

Overfladen af Enceladus fanget af Cassini i en afstand på kun 25 kilometer. (Foto: NASA/JPL/Space Science Institute/PD)

Som en frysende kold kopi af Jorden

Titan er Saturns største måne med en overflade, som minder om Jordens med søer, have, bjerge og så videre.

På ét afgørende punkt adskiller Titan sig dog markant fra Jorden: Temperaturen befinder sig nede omkring -180 grader celsius. Derfor er det nok ikke flydende vand men i stedet flydende metan og etan, som fylder søerne.

Der findes næppe levende organismer, som kan trives i et sådant miljø, men overfladen er kun meget lidt udforsket, så vi kan ikke være helt sikre.

Den første måne, vi fik øje på

Iapetus er Saturns tredjestørste måne med en radius på 736 km.

Dens densitet er kun lidt mere højere end vands. Det indikerer, at Iapetus for en stor del består af is og lidt stenmateriale.

Iapetus blev opdaget allerede i 1671 af Giovanni Cassini, som rumfartøjet Cassini er opkaldt efter.

Overfladen på Iapetus er som et yin og yang-symbol. Den ene halvkugle er helt sort, mens den anden er helt hvid. Forskellen i farverne skyldes formentlig, at Iapetus roterer meget langsomt om sig selv over en periode på 79 dage.

Når den hvide halvkugle peger mod Solen reflekteres meget af sollyset, uden at opvarme Iapetus.

Når den sorte halvkugle peger mod Solen absorberes stort set al sollyset, hvorved ismateriale på Iapetus smelter. Da ismaterialet indeholder mange andre grundstoffer end vand, giver det anledning til den sorte farve, når flydende materiale og gas spreder sig på overfladen.

Men hvor kommer den sorte farve fra oprindeligt – her skal vi formentlig se nærmere på en anden af Saturns måner: Phoebe.

Rasmus Modsat-månen

Phoebe er Saturns yderste kendte måne, som kredser den modsatte vej end de andre måner. Den er fyldt med kratere, og har en form, som er alt andet end kuglerund.

Det støtter en hypotese om, at Phoebe engang har været en komet eller asteroide i Kuiperbæltet i det ydre Solsystem, hvorfra den er indfanget af Saturn under en rejse ind i det indre Solsystem.

Små meterorit-sammenstød på overfladen af Phoebe slår materiale løs og skaber en bred ring omkring Saturn langt fra planeten og de øvrige ringe.

Materiale i Phoebe-ringen bevæger sig indad mod Saturn og rammer blandt andet Iapetus og bidrager til sortfarvningen af den side af Iapetus som vender fremad i forhold til Iapetus banebevægelse. Nærmest som en slags sandblæsning.

Bortset fra Phoebe bevæger det meste i Saturn-systemet sig i samme retning. Det gælder både måner såvel som Saturns bevægelse og rotation. Selvom retningen er den samme, varierer banernes størrelse og de respektive omdrejningshastigheder dog markant.

Korte dage og laaaange år

Saturn bevæger sig i en bane omkring Solen med en baneradius på 1,4 milliarder kilometer – eller cirka 9,5 gange størrelsen på Jordens bane.

Det betyder, at et omløb om Solen og dermed et år på Saturn varer 29,4 jordår.

Til gengæld drejer Saturn hurtigt omkring sig selv og gennemfører en rotation på 10,7 timer.

Rotationen er så hurtig, at Saturn bliver fladtrykt ved polerne i en proces, som minder om det skub du mærker i et sving, som tages i høj fart, hvorved du bliver skubbet ud af svinget.

Den samme effekt mærker Saturn omkring ækvator, hvor rotationshastigheden er højest.

Også månernes årslængde varierer markant. Enceladus, Titan, Iapetus og Phoebe er henholdsvis 33 timer, 16 dage, 79 dage og 551 dage om at gennemføre et omløb om Saturn.

Opdagelsen af Saturn er næsten 3.000 år gammel

Saturn er synlig med det blotte øje og har derved været kendt siden oldtiden. De tidligste nedskrevne kilder, hvor Saturn er nævnt, er kileskriftstegn fra Babylonien og Assyrien syv-otte hundrede år før vores tidsregning.

Til gengæld blev Saturns ringe først opdaget med teleskopets opfindelse i 1600-tallet. Astronomen Galileo Galilei tilskrives ofte æren for at være den første, som observerede Saturn gennem et teleskop.

Kvaliteten af Galileos teleskop rakte dog ikke til at se ringene som andet end måner, buler eller ører på siden af Saturn.

Først i 1655 med bedre teleskoper kunne astronomen Christiaan Huygens beskrive Saturns ringe som en tynd skive omkring Saturn. Få år senere tilføjede astronomen Jean-Dominique Cassini opdagelserne af fire af Saturns måner samt mellemrummet mellem ringene, som nu kaldes Cassinis deling.

Udforskningen af Saturn

Saturn har haft besøg af rumfartøjer fra Jorden fire gange. Pioneer 11 var den første i 1979, efterfulgt at Voyager 1 og Voyager 2 i henholdsvis 1980 og 1981.

Alle tre missioner var forbiflyvningsmissioner (flyby), som tog billeder i forbifarten.

Først med rumfartøjet Cassini (opkaldt efter astronomen Cassini) var det muligt at planlægge detaljerede undersøgelser af Saturn og dens omgivelser.

Cassini blev opsendt i 1997 med ankomst til Saturn i 2004. Med sig havde Cassini rumsonden Huygens (opkaldt efter astronomen Huygens), som blev det første menneskeskabte objekt til at lande på en klode i det ydre solsystem – nemlig på Saturns største måne Titan.

Cassini selv besøgte adskillige måner og foretog talrige målinger forskellige steder i Saturn-systemet, inden rumfartøjet i sine sidste måneder og dage foretog flere gennemflyvninger af det 2000 kilometer brede mellemrum mellem ringene og selve Saturn.

Til sidst blev Cassini sendt direkte mod Saturn for at måle på Saturns atmosfære.

En stor del af vores viden om Saturns ringe og atmosfære stammer direkte fra de flyvninger. Her blev det blandt andet klart, at komplekse organiske molekyler og fintmalet støv konstant regner fra ringene ned mod Saturn.

Illustration af Huygens-rumsondens landing på overfladen af Titan. (Foto: NASA/JPL/ESA – D. Ducros/PD)

På gensyn i 2030’erne

Nu venter Saturn og månerne på de næste besøg fra Jorden, som formentlig bliver NASA-missionen Dragonfly til Titan i 2030’erne. Dragonfly skal under sin mission på Titan teste en helt ny måde at udforske en anden klode på. Hele landingsmodulet er en slags drone, som kan flyve fra sted til sted og undersøge både overflade og atmosfære.

De særligt interessante steder på Titan er de flydende metan-have, metan-floder og metan-søer.

Samtidig er der meget der tyder på, at Titan har et varmt hav af vand under overfladen. På den måde er det nærliggende at sammenligne Titan med forholdene på Jorden, før livet opstod her. Særligt da atmosfæren på Titan også er nitrogen-holdig som Jordens.

Samtidig har Titan skyer, regn og sne som falder som methan eller mere komplekse molekyler.

Alt det bliver vi meget klogere på i det næste årti, og vi kan håbe på, det kan lære os noget om, hvordan livet på Jorden opstod – og om noget lignende kunne ske på Titan.