Sao Thổ


Bách khoa toàn thư mở Wikipedia




Sao Thổ Đặc điểm của quỹ đạo (Kỷ nguyênJ2000) Đặc điểm của hành tinh Cấu tạo của khí quyển

Sao Thổ, chụp bởi Voyager 2
Bán trục lớn	1.426.725.413 km hay 9,53707032 đơn vị thiên văn.
Chu vi	8,958 × 1012 km hay 59,879 đơn vị thiên văn hay 9,53 lần Trái Đất.
Độ lệch tâm	0,05415060 hay 3,383 lần Trái Đất.
Cận điểm	1.349.467.375 km hay 9,02063224 đơn vị thiên văn.
Viễn điểm	1.503.983.449 km hay 10,0535084 đơn vị thiên văn.
Chu kỳ theo sao	10.757,7365 ngày hay 29,45 năm hay 29,457 lần Trái Đất.
Chu kỳ giao hội	378,09 ngày hay 1,035 năm.
Vận tốc quỹ đạo:
- trung bình	9,638 km/s hay 3,25 lần Trái Đất.
- tối đa	10,182 km/s hay 3,36 lần Trái Đất.
- tối thiểu	9,136 km/s hay 3,10 lần Trái Đất.
Độ nghiêng	2,485° với Hoàng Đạo hay 5,51° với xích đạo Mặt Trời.
Hoàng kinh của điểm nút lên	113.715°
Acgumen của điểm cận nhật	338.717°
Tổng số vệ tinh	47
Đường kính:
- tại xích đạo	120.536 km hay 9,449 lần Trái Đất.
- qua hai cực	108.728 km hay 8,552 lần Trái Đất.
Độ dẹt	0,09796
Diện tích	42,7 × 109 km² hay 83,703 lần Trái Đất.
Thể tích	746 × 1012 km³ hay 688,79 lần Trái Đất.
Khối lượng	568,46 × 1024 kg hay 95,162 lần Trái Đất.
Khối lượng riêng	687,3 kg/m³ hay 0,125 lần Trái Đất.
Gia tốc trọng trường tại xích đạo	8,96 m/s² hay 0,914 lần Trái Đất.
Vận tốc thoát ly	35,49 km/s hay 3,172 lần Trái Đất.
Chu kỳ quay quanh trục	0,444009 ngày hay 10,65 giờ hay 0,445 lần Trái Đất.
Vận tốc quay quanh trục tại xích đạo	35.535,59 km/h hay 21,223 lần Trái Đất.
Độ nghiêng trục quay	26,73° hay 1,140 lần Trái Đất.
Xích kinh của cực bắc	2 h 42 m 21 s (hay 40,59°)
Xích vĩ của cực bắc	83,54°
Hệ số phản xạ	0,47 hay 1,28 lần Trái Đất.
Nhiệt độ tại bề mặt:
- tối thiểu	82K (hay -191°C)
- trung bình	143K (hay -130°C)
- tối đa	K (hay °C)
Áp suất khí quyển tại bề mặt	140 kPa hay 1,4 lần Trái Đất.
H2 He CH4 H2O NH3 C2H6 PH3	>93% >5% 0,2% 0,1% 0,01% 0,0005% 0,0001%

Sao Thổ hay Thổ Tinh (tên tiếng Anh: Saturn) thật ra không phải là một ngôi sao, mà là hành tinh thứ sáu tính từ Mặt Trời trở ra và cũng là hành tinh lớn thứ nhì của Hệ Mặt Trời. Sao Thổ là một hành tinh khí khổng lồ (loại hành tinh cấu tạo bằng các chất khí ở thể lỏng do đó không có đất và đá giống như Trái Đất). Tuy lớn thứ nhì sau Sao Mộc nhưng khối lượng của Sao Thổ chưa bằng 1/3 khối lượng của Sao Mộc.

Tên tiếng Việt của hành tinh này được rập khuôn theo tên do Trung Quốc đặt, dựa vào nguyên tố thổ của Ngũ Hành; chữ Nho viết là 土星. Các văn hóa Tây phương dùng tên của thần Saturn của La Mã để đặt tên cho hành tinh này; trong thần thoại Hy Lạp vị thần này là Cronus.

Sao Thổ là hành tinh biểu tượng nhiều cho đất và gió, khí, sự lạnh lẽo nhưng lại có sự ấm áp do màu sắc của các vệ tinh lân cận. Đây còn là hành tinh nhẹ nhất trong Hệ Mặt Trời.

Hình ảnh của Sao Thổ rất nổi bật vì một vòng đai nhiều mầu xung quanh xích đạo. Chính vì vòng đai này làm cho Galileo Galilei lầm tưởng là Sao Thổ có hai "tai", hay hai "quai".

Cấu tạo và khí quyển


So sánh kích thước giữa Trái Đất và Sao Thổ




Cũng giống như Sao Mộc, Sao Thổ là một khối hình cầu với một lõi bằng đá và nhiều lớp khinh khí (H2) ở cả ba thể nằm ở trên. Ngay trên lõi là một lớp khinh khí ở thể đặc, với nhiều tính chất vật lý giống như một kim loại. Lớp khinh khí đặc đó biến dần dần sang thể lỏng đặc, thể lỏng thường, thể khí đặc, rồi thể khí thường của những lớp nằm bên trên.

Nhìn từ xa bầu khí quyển của Sao Thổ có nhiều vành nằm song song với xích đạo giống như Sao Mộc tuy rằng rộng hơn và không có mầu đậm bằng các vành của Sao Mộc. Sao Thổ cũng có nhiều cơn lốc khổng lồ giống như Đốm Đỏ Lớn của Sao Mộc nhưng không tồn tại lâu bằng – vào năm 1990 viễn vọng kính Hubble đã khám phá một vết tương tự ở gần xích đạo của Sao Thổ nhưng 4 năm sau thì vết này biến mất, trong khi Đốm Đỏ Lớn vẫn còn sau hơn 300 năm nay. Trong 4 năm đó, các nhà khoa học đã đặt tên cho vết này là Đốm Trắng Lớn.

Sao Thổ là hành tinh độc nhất trong Hệ Mặt Trời có tỉ trọng kém hơn tỉ trọng của nước.

Vận tốc quay của hành tinh



Giống như trường hợp của Sao Mộc, những vùng khác nhau trên Sao Thổ quay với một vận tốc khác nhau. Vùng chung quanh xích đạo, còn gọi là System I của Sao Thổ, quay một vòng trong 10 giờ 14 phút trong khi vùng gần hai cực, còn gọi là System II của Sao Thổ, quay chậm hơn 25 phút, hay 10 giờ 39 phút 24 giây.

Vệ tinh
Bức xạ nhiệt của Sao Thổ



4 vệ tinh của sao Thổ: Dione, Titan, Prometheus (edge of rings), Telesto (top center)




Cho đến nay (2005), đã có 47 vệ tinh của Sao Thổ được khám phá. Tổng số vệ tinh của Sao Thổ sẽ rất khó xác định vì sự khác biệt giữa một vệ tinh nhỏ và một viên đá lớn của vòng đai không được ấn định rõ. Bốn vệ tinh có đường kính lớn hơn 1000 km, trong đó Titan là vệ tinh to nhất. Với một đường kính 5150 km, Titan không những to hơn cả Mặt Trăng mà còn to hơn 2 hành tinh của Hệ Mặt Trời là: Sao Diêm Vương và Sao Thủy. Hơn nữa, Titan là vệ tinh độc nhất trong Hệ Mặt Trời với một bầu khí quyển.

Các nhà khoa học phân loại các vệ tinh của Sao Thổ ra làm 7 loại. Khác hẳn với trường hợp của Sao Mộc, một vệ tinh của Sao Thổ có thể thuộc nhiều loại. Các loại vệ tinh của Sao Thổ là:

• Loại "bảo vệ vòng đai" có quỹ đạo nằm sát ngoài, hay sát trong, hay ở giữa của vòng đai. Các vệ tinh ở sát ngoài hay sát trong của một vòng đai giới hạn phạm vi của vòng đai đó và làm cho ranh giới của nó rõ ràng hơn, trong khi các vệ tinh ở giữa một vòng đai tạo ra những khoảng hở ở trong giữa vòng đai. Các vệ tinh thuộc loại này gồm có: Pan, Atlas, Prometheus, Pandora, Epimetheus, Janus, S/2004 S3 và S/2004 S4 (hai vệ tinh mới được khám phá vào năm 2004 nên chưa có tên).
  

Pan

Atlas

Prometheus

Pandora

Epimetheus

Janus

• Loại vệ tinh "lớn, bên trong" có quỹ đạo nằm giữa 200 ngàn và 450 ngàn km nếu kể từ tâm của Sao Thổ ra. Tuy tên gọi có chữ "lớn", loại này bao gồm vài vệ tinh nhỏ. Các vệ tinh thuộc loại này gồm: Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Methone, Pallene...
  

Mimas

Enceladus

Tethys

Dione

Rhea

Methone

Pallene

• Loại "quỹ đạo chung" là một nhóm vệ tinh nằm trên cùng một quỹ đạo nhưng ở cách xa nhau và có cùng một vận tốc nên không bao giờ va chạm. Tethys (xem loại "lớn, bên trong" ở trên) dùng chung một quỹ đạo với hai vệ tinh nhỏ tên là Telesto và Calypso; Dione (xem loại "lớn, bên trong" ở trên) dùng chung một quỹ đạo với hai vệ tinh nhỏ tên là Helene và Polydeuces.
  Trường hợp của Epimetheus và Janus (xem loại "bảo vệ vòng đai" ở trên) là trường hợp đặc biệt của loại này: cả hai lớn gần bằng nhau, có quỹ đạo riêng, và gần nhau vừa đủ để có thể va chạm, nhưng cứ vào khoảng 4 năm hai vệ tinh này đổi quỹ đạo với nhau để tránh va chạm.
  

Telesto

Calypso

Helene

Polydeuces

• Loại vệ tinh "lớn, bên ngoài" có quỹ đạo nằm giữa 1 triệu và 3,5 triệu km nếu kể từ tâm của Sao Thổ ra. Các vệ tinh thuộc loại này gồm: Titan, Hyperion và Iapetus. Loại này có thể gọi là một nhóm.
  

Titan

Hyperion

Bay tới Hyperion

Iapetus

Các vệ tinh thuộc những loại trên là vệ tinh lớn với khối lượng đáng kể (ngoại trừ S/2004 S3, S/2004 S4, Methone và Pallene). Các vệ tinh còn lại là các vệ tinh nhỏ, thường thường bán kính chỉ vào khoảng 10 km (ngoại trừ Phoebe), có quỹ đạo ở ngoài 10 triệu km nếu kể từ tâm của Sao Thổ ra, mới được khám phá gần đây và được chia ra làm 3 nhóm:

• Nhóm Inuit bao gồm Kiviuq, Ijiraq, Paaliaq và Siarnaq.
  
• Nhóm Norse bao gồm Phoebe, Skathi, Mundilfari, Suttungr, Thrymr và Ymir.
  
• Nhóm Gallic bao gồm Albiorix, Erripao và Tarvos.
  

Trong các vệ tinh lớn, 8 vệ tinh tự quay một vòng chung quanh chính mình trong cùng một thời gian với một vòng chung quanh Sao Thổ nên luôn luôn có một mặt hướng về Sao Thổ và một mặt quay đi – giống như trường hợp của Mặt Trăng đối với Địa Cầu. Trong số các vệ tinh nhỏ, 6 vệ tinh đi ngược với chiều quay của Sao Thổ. Hầu hết các vệ tinh của Sao Thổ có cấu tạo pha trộn giữa băng và đá.

18 vệ tinh lớn nhất của Sao Thổ

Tên	Đường kính của vệ tinh (km)	Khối lượng của vệ tinh (kg)	Bán kính của quỹ đạo (km)	Chu kỳ của quỹ đạo (ngày)
Pan	20	3 × 1015	133 583	0,575
Atlas	30 (40 × 20)	10 × 1015	137 670	0,6019
Prometheus	91 (145 × 85 × 62)	270 × 1015	139 350	0,6130
Pandora	84 (114 × 84 × 62)	220 × 1015	141 700	0,6285
Epimetheus	115 (144 × 108 × 98)	560 × 1015	151 422	0,6942 S
Janus	178 (196 × 192 × 150)	2,01 × 1018	151 472	0,6945 S
Mimas	392	38,0 × 1018	185 520	0,942422 S
Enceladus	498	73,0 × 1018	238 020	1,370218 S
Tethys	1060	622 × 1018	294 660	1,887802 S
Telesto	29 (34 × 28 × 36)	7 × 1015	294 660	1,887802
Calypso	26 (34 × 22 × 22)	4 × 1015	294 660	1,887802
Dione	1120	1,05 × 1021	377 400	2,736915 S
Helene	33 (36 × 32 × 30)	30 × 1015	377 400	2,736915
Rhea	1530	2,49 × 1021	527 040	4,5175 S
Titan	5150	135 × 1021	1 221 830	15,94542
Hyperion	286 (410 × 260 × 220)	17,7 × 1018	1 481 100	21,27661
Iapetus	1460	1,88 × 1021	3 561 300	79,33018 S
Phoebe	220	4,00 × 1018	12 952 000	−550,48
Chu kỳ của quỹ đạo mang dấu trừ (−) nếu vệ tinh đi ngược với chiều quay của Sao Thổ. S có nghĩa là chu kỳ quay của vệ tinh bằng đúng chu kỳ của quỹ đạo.

Vòng đai






Ánh sáng vành đai phía trước. Lưu ý bóng của Sao Thổ lên vành đai và ngược lại, bóng của vành đai lên hành tinh. Vành đai dày bên trong chính là phần sáng nhất của cả hệ thống vành đai.



Ảnh chụp của tàu Pioneer 11 1 tháng 9 1979; Vòng đai đen.



Vào năm 1610, Galileo Galilei là người đầu tiên quan sát Sao Thổ qua viễn vọng kính và để ý là hành tinh này có hai mẩu ánh sáng nhỏ đi kèm hai bên. Lúc đó ông cho rằng Sao Thổ bao gồm ba phần: hành tinh chính ở giữa và hai phần phụ ở hai bên mà nhiều khi ông ta gọi là hai "tai", hay hai "quai", của Sao Thổ. Hai năm sau Sao Thổ đứng thẳng lên song song với Trái Đất nên vòng đai, vì nằm trên cùng một mặt phẳng với xích đạo, tựa như biến mất. Những năm sau Sao Thổ từ từ nghiêng về phía Trái Đất và, do đó, vòng đai của nó lại xuất hiện trở lại. Các sự kiện này đã gây nhiều thắc mắc cho Galileo mà ông không giải thích được.
Hơn 40 năm sau, 1655, Christiaan Huygens, vì có viễn vọng kính tốt hơn, đã giải thích rõ vì sao một người tại Trái Đất có khi nhìn thấy vòng đai của Sao Thổ, có khi không.
Vào năm 1675 Giovanni Domenico Cassini xác định rằng vòng đai của Sao Thổ bao gồm nhiều vòng đai nhỏ với những khoảng hở ở giữa chúng. Khoảng hở lớn nhất, do đó, được đặt tên là Khoảng hở Cassini.

Cho đến nay (2004), có hai giả thuyết về nguồn gốc của các vòng đai này. Một giả thuyết, được phát biểu bởi Édouard Roche từ thế kỷ 19, cho rằng một vệ tinh của Sao Thổ đã vỡ ra vì ảnh hưởng trọng lực của hành tinh này. Giả thuyết thứ hai, không được nhiều nhà khoa học chấp nhận, cho rằng vệ tinh đó vỡ ra khi va chạm với một sao chổi.

Cấu tạo của các vòng đai này là các viên đá, sắt hay thiên thể có kích thước từ nhỏ như hạt bụi đến lớn như chiếc xe. Với kỹ thuật tân tiến hiện nay, vòng đai của Sao Thổ có thể được quan sát qua các viễn vọng kính bán cho các người nghiên cứu về thiên văn học một cách tài tử.

Hình chụp toàn bộ vành đai của sao Thổ	Cassini spacecraft: October 27, 2004; Backlit rings in detail. The thick B ring appears darkest from this side.	B ring, chụp bởi Voyager 2 năm 1981.	Khoảng hở Maxwell ngoài vòng C
Khoảng hở Huygen-Cassini chụp năm 2005.	Vòng B bên trong, khoảng hở Cassini rồi đến vòng A bên ngoài	Khoảng hở Encke	Khoảng hở Keeler

Quá trình thám hiểm


Phi thuyền đầu tiên bay ngang Sao Thổ là Pioneer 1, vào năm 1979. Trong hai năm sau, 1980 và 1981, Voyager 1 và Voyager 2 đã bay ngang và cho thêm nhiều dữ kiện về hành tinh này.
Vào đầu tháng 7 năm 2004, tàu vũ trụ Cassini-Huygens đã trở thành vệ tinh nhân tạo đầu tiên của Sao Thổ. Chương trình chính của Cassini-Huygens là khảo cứu về Sao Thổ và các vệ tinh quan trọng của nó, nhất là Titan.

Tàu Cassini Huygens

Hình vành đai Sao Thổ

Hình ảnh chung về Sao Thổ

Full Sky logo

Dấu hiệu của sự sống trên các vệ tinh của sao Thổ



Một số bức ảnh do tàu Cassini cung cấp gần đây[1] cho thấy có dấu vết của protein và amino axit trên vệ tinh Titan, nơi có bầu khí quyển dày gồm nitơ và methane rất giống với khí quyển Trái Đất trước khi sự sống bắt đầu cách đây hơn 3,8 tỷ năm[2]. Một giả thuyết được đưa ra là một vài vi sinh vật đã di trú từ Trái Đất lên Titan sau một vụ va chạm của Trái Đất với thiên thạch cách đây 65 triệu năm[3]. Tuy nhiên, khả năng tìm thấy các sinh vật sống trên Titan là rất xa vời, bởi Titan rất lạnh. Nhiệt độ của nó ở vào khoảng -180°C nên rất hiếm nước ở thể lỏng, đồng thời hạn chế các phản ứng hoá học cần cho sự sống.

Ngoài ra, tàu thăm dò Cassini cũng cho thấy trên vệ tinh Enceladus của Sao Thổ cũng có nước ở dạng lỏng:[4] các cột nước ngầm và mảnh băng vụn ở cực nam của Enceladus. Enceladus, có đường kính 502 km, là vật thể sáng nhất trong Hệ Mặt Trời. Theo ghi nhận của các nhà khoa học, vệ tinh này đã biến đổi rất tích cực về địa lý và cực Nam của nó đang ấm lên một cách bất thường (hiện là -183°C, cao hơn 20°C so với khu vực lân cận). Những kết quả này cho phép ta có thể thêm Enceladus vào danh sách ít ỏi các thiên thể trong Hệ Mặt Trời có thể có sự sống bên ngoài Trái đất. Sự sống này có thể là những vi khuẩn hoặc các tổ chức sinh vật nguyên thủy có khả năng tồn tại trong điều kiện cực kỳ khắc nghiệt.