Sao Thổ
Tham khảo tài liệu 'sao thổ', tài liệu phổ thông, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Sao Thổ
Sao Thổ
Sao Thổ, chụp bởi Voyager 2
Đặc điểm của quỹ đạo (Kỷ nguyên J2000)
1.426.725.413 km hay
Bán trục lớn 9,53707032 đơn vị thiên
văn.
8,958 × 1012 km hay
Chu vi 59,879 đơn vị thiên văn
hay
9,53 lần Trái Đất.
0,05415060 hay
Độ lệch tâm
3,383 lần Trái Đất.
1.349.467.375 km hay
Cận điểm 9,02063224 đơn vị thiên
văn.
1.503.983.449 km hay
Viễn điểm 10,0535084 đơn vị thiên
văn.
10.757,7365 ngày hay
Chu kỳ theo sao 29,45 năm hay
29,457 lần Trái Đất.
378,09 ngày hay
Chu kỳ giao hội
1,035 năm.
Vận tốc quỹ đạo:
9,638 km/s hay
- trung bình
3,25 lần Trái Đất.
10,182 km/s hay
- tối đa
3,36 lần Trái Đất.
9,136 km/s hay
- tối thiểu
3,10 lần Trái Đất.
2,485° với Hoàng Đạo
hay
Độ nghiêng
5,51° với xích đạo Mặt
Trời.
Hoàng kinh của điểm
113.715°
nút lên
Acgumen của điểm
338.717°
cận nhật
Tổng số vệ tinh 47
Đặc điểm của hành tinh
Đường kính:
120.536 km hay
- tại xích đạo
9,449 lần Trái Đất.
108.728 km hay
- qua hai cực
8,552 lần Trái Đất.
Độ dẹt 0,09796
42,7 × 109 km² hay
Diện tích
83,703 lần Trái Đất.
746 × 1012 km³ hay
Thể tích
688,79 lần Trái Đất.
568,46 × 1024 kg hay
Khối lượng
95,162 lần Trái Đất.
687,3 kg/m³ hay
Khối lượng riêng
0,125 lần Trái Đất.
Gia tốc trọng trường 8,96 m/s² hay
tại xích đạo 0,914 lần Trái Đất.
35,49 km/s hay
Vận tốc thoát ly
3,172 lần Trái Đất.
Chu kỳ quay quanh 0,444009 ngày hay
trục 10,65 giờ hay
0,445 lần Trái Đất.
Vận tốc quay quanh
35.535,59 km/h hay
trục
21,223 lần Trái Đất.
tại xích đạo
26,73° hay
Độ nghiêng trục quay
1,140 lần Trái Đất.
2 h 42 m 21 s (hay
Xích kinh của cực bắc
40,59°)
Xích vĩ của cực bắc 83,54°
0,47 hay
Hệ số phản xạ
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 140 kPa hay
tại bề mặt 1,4 lần Trái Đất.
Cấu tạo của khí quyển
H2 >93%
He >5%
CH4 0,2%
H2O 0,1%
NH3 0,01%
C2H6 0,0005%
PH3 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 ế . 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".
M ục lục
[ẩn]
• 1 Cấu tạo và khí quyển
• 2 Vận tốc quay của hành tinh
• 3 Vệ tinh
• 4 Vòng đai
• 5 Quá trình thám hiểm
• 6 Dấu hiệu của sự sống trên các vệ tinh của sao
Thổ
o 6.1 Ghi chú
• 7 Liên kết ngoài
Cấu tạo và khí quyển
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
So sánh kích thước giữa Trái
khám phá một vết tương tự ở gần xích đạo của Sao Thổ
Đất và 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 hành tinh của Hệ Mặt Trời là: 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
Đường kính của Khối lượng của Bán kính của Chu kỳ của
Tên vệ tinh vệ tinh quỹ đạo quỹ đạo
(km) (kg) (km) (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
15
Pandora 84 (114 × 84 × 62) 220 × 10 141 700 0,6285
15
Epimetheus 115 (144 × 108 × 98) 560 × 10 151 422 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
15
Calypso 26 (34 × 22 × 22) 4 × 10 294 660 1,887802
21
Dione 1120 1,05 × 10 377 400 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
21
Iapetus 1460 1,88 × 10 3 561 300 79,33018 S
18
Phoebe 220 4,00 × 10 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.
Các vòng đai của Sao Thổ
Khoảng cách
từ Bề rộng
Tên Ghi chú
tâm Sao Thổ (km)
(ngàn km)
Vòng D 67 - 74,5 7500
Vòng C 74,5 - 92 17 500 Có 2 khoảng hở sau:
• Khoảng hở
77,8 100
Columbo
• Khoảng hở Maxwell 87,5 270
Vòng B 92 - 117,5 25 500
Khoảng hở Cassini 117,5 - 122,2 4700 Có khoảng hở sau:
• Khoảng hở Huygens 117,7 285 - 440
Vòng A 122,2 - 136,8 14 600 Có 2 khoảng hở sau:
• Khoảng hở Encke 133,6 325
• Khoảng hở Keeler 136,5 35
Vòng R/2004 S1 137,6 ?
Vòng R/2004 S2 138,9 ?
Vòng F 140,2 30 - 500
Vòng G 165,8 - 173,8 8000
Vòng E 180 - 480 300000
Hình chụp toàn bộ
vành đai của sao
Thổ
Cassini spacecraft: October B ring, chụp bởi Khoảng hở
27, 2004; Backlit rings in Voyager 2 năm Maxwell ngoài
detail. The thick B ring 1981. vòng C
appears darkest from this
side.
Khoảng hở Huygen-
Cassini chụp năm Vòng B bên trong, khoảng
2005. Khoảng hở Keeler
hở Cassini rồi đến vòng A
bên ngoài Khoảng hở Encke
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.
Hình vành đai Sao
Tàu Cassini
Thổ Full Sky logo
Huygens Hình ảnh chung về Sao
Thổ
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.
