De manen van Saturnus

Saturnus en enkele van zijn grote manen
Saturnus en enkele van zijn grote manen

De planeet Saturnus is beroemd om zijn indrukwekkende ringen. Minder bekend is dat de planeet heel veel manen heeft waarvan er 53 inmiddels een naam hebben gekregen.

De meeste van deze manen zijn ijsachtige objecten die vaak deel uit maken van het ringensysteem van de planeet. In feite zijn 34 van deze manen niet groter dan 10 kilometer, 14 hebben een diameter tussen de 10 en de 50 kilometer maar enkele van de binnenste en de buitenste manen behoren tot de grootste en meest indrukwekkende manen in ons zonnestelsel. Ze hebben diameters tussen de 250 en 2500 kilometer en enkele van die manen stellen wetenschappers voor grote raadsels.

Ontdekking en naamgeving

Voor de uitvinding van de astrofotografie waren er 8 manen bekend die met behulp van relatief eenvoudige telescopen werden ontdekt. De eerste maan die werd gevonden is Titan, de grootste maan van Saturnus. Titan werd in 1655 ontdekt door de Nederlandse astronoom Christiaan Huygens met een zelfgemaakte telescoop. Tussen 1671 en 1684 ontdekte Giovanni Cassini de manen Tethys, Dione, Rhea en Japetus. Gezamenlijk noemde hij deze manen de Sideria Lodoicea, dit is Latijns voor de Manen van Lodewijk naar koning Lodewijk XIV van Frankrijk.

Enceladus
De maan Enceladus, gefotografeerde door de Cassini-sonde

In 1789 ontdekte William Herschel de manen Mimas en Enceladus. In 1848 werd Hyperion ontdekt door de astronomen W. Bond en G. Bond (vader en zoon) en onafhankelijk van hen ook door William Lassell. Aan het einde van de 19-de eeuw deed de astrofotografie zijn intrede en kon men lang belichte opnames maken. Dit leidde tot meer ontdekkingen. De eerste was de ontdekking van Phoebe in 1899 door de Amerikaanse astronoom William Pickering.

In 1966 werd de 10-de maan ontdekt door de Franse astronoom Audouin Dolfuss. Deze maan werd later Janus genoemd. Enkele jaren later realiseerde men zich dat de aanwezigheid van Janus alleen maar verklaard kon worden als er nog een andere maan aanwezig zou zijn in dezelfde baan als Janus. Deze maan werd inderdaad gevonden en gaat nu door het leven met de naam Epimetheus. Janus en Epimetheus gebruiken dus dezelfde baan om Saturnus heen en het zijn de enige twee manen in het zonnestelsel die samen één baan delen.

In 1980 werden er nog eens 3 manen ontdekt. Deze manen werden later door de Voyager ruimtesondes bevestigd. Het zijn de Trojaanse manen Helene (die om Dione heen draait), Telesto en Calypso (die om Tethys heen draait).

Onze kennis over de verre buiten planeten heeft een grote vlucht genomen toen onbemande ruimtesondes deze planeten gingen onderzoeken. In 1981-1981 maakten de beide Voyager-sondes scheervluchten langs Saturnus en dit leidde tot de ontdekking van nog eens drie manen: Atlas, Prometheus en Pandora. Hiermee stond de teller op 17. In 1990 werd op een oudere opname de maan Pan ontdekt.

In de zomer van 2004 arriveerde de Cassini-Huygens-sonde bij Saturnus. Cassini ontdekt al snel drie kleine binnen manen: Methone en Pallene die in een baan tussen Mimas en Enceladus draaien en Polydeuces, de tweede Lagrangiaanse maan van Dione. In november 2004 werd de ontdekking aangekondigd van verschillende manen die in de ringen van Saturnus draaien. Het bestaan van de manen Daphne en Anthe is inmiddels bevestigd.

Ook de intrede van de CCD-astrofotografie aan het einde van de 20-ste eeuw heeft er toe geleid dat met behulp van telescopen op Aarde verschillende onregelmatige manen bij Saturnus zijn gevonden. In 2000 werden met behulp van drie verschillende telescopen 13 nieuwe manen gevonden die excentrische banen op grote afstand om Saturnus beschrijven.

In 2005 werden nog eens 12 manen ontdekt vanaf de Mauna Kea sterrenwacht op Hawaii en in 2006 ontdekten astronomen met behulp van de Japanse Subaru Telescoop die ook op Mauna Kea staat nog eens 9 onregelmatige manen. In april 2007 werd Tarqeq (S/2007 S 1) ontdekt en in mei 2007 werden de manen S/2007 S 2 en S/2007 S3 ontdekt.

In 1847 stelde John Herschel (de zoon van de beroemde astronoom William Herschel) de moderne namen voor de manen van Saturnus voor. Hij stelde voor om de manen van Saturnus te vernoemen naar mythologische karakters die gelinkt kunnen worden aan de Romeinse god van de landbouw en de oogst – Saturnus. Saturnus wordt in het Grieks Cronus genoemd en de eerste zeven manen werden dan ook vernoemd naar Titanen en Giganten, de broers en zussen van Cronus.

Op aangeven van Lassell werd de 8-ste maan ook vernoemd naar een Titaan: Hyperion. In de 20-ste eeuw waren de namen van de Titanen allemaal gebruikt en schakelde men over naar andere karakters uit de Grieks-Romeinse mythologie of men gebruikte namen van reuzen uit andere mythologieën. Zo zijn alle onregelmatige manen (met uitzondering va Phoebe) vernoemd naar goden en reuzen uit de Noorse, Gallische en Inuit mythologie.

De binnenste grote manen

De manen van Saturnus kunnen worden ingedeeld in groepen die zijn gebaseerd op hun grootte, baan en afstand tot Saturnus. De binnenste manen en de regelmatige manen hebben allemaal een kleine baan inclinatie, ook de excentriciteit van de baan is klein en ze hebben allemaal een prograde baan. Een prograde baan betekent dat ze met de wijzers van de klok mee om Saturnus draaien. De onregelmatige manen die zich ver van de planeet bevinden draaien in een retrograde baan om Saturnus heen (dus tegen de wijzers van de klok in), deze manen hebben ook grote omlooptijden van soms wel enkele jaren.

De binnenste grote manen van Saturnus bevinden zich allemaal binnen de E-ring. Het zijn de grote manen Mimas, Enceladus, Tethys en Dione. Deze manen bestaan voornamelijk uit waterijs. Men denkt dat ze een kern hebben van gesteente die wordt omringd door een mantel van ijs en een korst. Met een diameter van 396 kilometer en een massa van 0,4 * 1020 kilogram is Mimas de kleinste en minst zware van deze groep manen. Mimas heeft een eivorm en draait op een afstand van 185.539 kilometer om Saturnus heen. Mimas heeft hier 0,9 dagen voor nodig.

Tethys - Ithaca Chasma
Tethys met centraal de Ithaca Chasma. De opname is gemaakt door de Cassini ruimtesonde.

Enceladus heeft een diameter van 504 kilometer en een massa van 1,1 * 1020 kilogram en is bolvormig. Enceladus draait op een stand van 237.948 kilometer om Saturnus heen en heeft hier 1,4 dagen voor nodig. Het is één van de kleinere ronde manen maar het is de enige maan van Saturnus die geologisch actief is. Er zijn zogenoemde “tijgerstrepen” zichtbaar aan het oppervlak en aan de zuidpool zijn reusachtige geisers waargenomen die water, stof en gas uitspuwen. Dit materiaal wordt allemaal toegevoegd aan de E-ring van Saturnus. Deze geisers duidden op de aanwezigheid van een ondergrondse oceaan van vloeibaar water op Enceladus. Het albedo van Enceladus is meer dan 140% en daarmee is de maan één van de helderste objecten is het zonnestelsel

Tethys heeft een diameter van 1066 kilometer en is daarmee de op één na grootste van de binnenste manen van Saturnus en de 16-de in het zonnestelsel. Het overgrote deel van het oppervlak is zwaar bekraterd en er is veel heuvelachtig terrein te zien met enkele kleinere en gladdere vlaktes. De meest opvallende structuren zijn de grote inslagkrater Odysseus die een doorsnede van 400 kilometer heeft en een groot systeem van kloven met de naam Ithaca Chasma dat ongeveer 100 kilometer groot is met kloven van 3 tot 5 kilometer diep en een lengte van 2000 meter.

De grootste van de binnenste manen is Dione. Deze maan heeft een doorsnede van 1123 kilometer en een massa van 11 * 1020 kilogram. Ook Dione is zwaar bekraterd en er is een groot netwerk zichtbaar van troggen en slenken die duidden op een actief geologisch verleden.

De grote buitenste manen

De grote buitenste manen bevinden zich allemaal voorbij de E-ring. Deze manen lijken qua samenstelling op de binnenste manen. Dat wil zeggen dat ze voornamelijk uit waterijs en gesteente bestaan. Van deze manen is Rhea de op één na grootste. Rhea heeft een diameter van 1527 kilometer en een massa van 23 * 1020 kilogram. In grootte is Rhea de negende maan in het zonnestelsel. De gemiddelde afstand tot Saturnus bedraagt 527.108 kilometer en de maan heeft 4,5 dagen nodig voor een rondje om Saturnus.

Rhea draait in een gebonden rotatie om Saturnus heen, dat wil zeggen dat altijd dezelfde zijde naar de planeet is gericht. Deze zijde is sterk bekraterd en er zijn ook een paar grote breuken zichtbaar. De zijde die van de planeet is afgericht bevat twee grote inslagkraters. De Tirawa krater (die vergelijkbaar is met de Odysseus krater op Tethys) heeft een doorsnede van 400 kilometer en de tweede, nog naamloze krater, heeft een doorsnede van ongeveer 500 kilometer.

Titan is de grootste maan van Saturnus. De maan heeft een diameter van 5150 kilometer en een massa van 1350 * 1020 kilogram. Titan bevat meer dan 96% van alle massa die zich in een baan om Saturnus bevindt. Titan is ook de enige grote maan met een eigen atmosfeer. Deze atmosfeer is erg compact, koud en bestaat voornamelijk uit stikstof met kleine delen methaan. Er zijn ook polycyclische koolwaterstoffen (PAK’s) en kristallen van methaanijs aangetroffen in de bovenste lagen van de atmosfeer.

Het oppervlak van Titan is door het dikke wolkendek lastig te observeren. We kunnen slechts enkele inslagkraters zien, er is bewijs voor cryovulkanisme en er zijn langgerekte duinen te zien die vermoedelijk door winden zijn ontstaan. Naast de Aarde is Titan het enige object in het zonnestelsel waar vloeistof aan het oppervlak voorkomt. Op Aarde gaat dat dan uiteraard om water maar op Titan zijn dit meren die zijn gevuld met vloeibaar ethaan en methaan. Ze komen voor aan de poolgebieden van de maan.

Titan draait op een gemiddelde afstand van 1.221.870 kilometer om Saturnus heen. De maan heeft 16 dagen nodig voor een rondje. Net zoals de Jupitermanen Europa en Ganymedes denkt men dat Titan een ondergrondse oceaan van vloeibaar water kan hebben dat is gemengd met ammoniak. Dit materiaal komt in de vorm van cryovulkanisme naar de oppervlakte van Titan.

De naaste buur van Titan is de maan Hyperion. Deze maan heeft een doorsnede van ongeveer 270 kilometer en is daarmee kleiner en ook lichter dan de maan Mimas. Hyperion heeft een onregelmatige vorm en een aparte samenstelling. De maan is eivormig en heeft een bruinrode kleur met een extreem poreus oppervlak dat lijkt op een spons. Het oppervlak van Hyperion is bedekt met talloze kleine kratertjes die veelal 2 tot 10 kilometer groot zijn. De rotatie van de maan is chaotisch en er is geen duidelijk definieerbare evenaar of polen.

Japetus is de op twee na grootste maan van Saturnus. Japetus heeft een diameter van 1470 kilometer en een massa van 18 * 1020 kilogram. De maan draait op een gemiddelde afstand van 3.560.820 kilometer op Saturnus heen en het is daarmee de meest verre van de grote manen. Japetus heeft 79 dagen nodig voor een ronde om zijn planeet. Japetus wordt wel eens de “Yin-Yang” maan genoemd omdat het deel dat naar Saturnus is toe gericht een hele donkere keur heeft en het deel dat van Saturnus is afgericht juist heel helder is.

De onregelmatige manen

De onregelmatige manen van Saturnus bevinden zich voorbij de grote manen. Deze manen zijn klein, bevinden zich op grote afstand van de planeet en hun baan heeft een grote inclinatie. Dit betekent dat hun baan een grote hoek maakt ten opzichte van het evenaarsvlak van Saturnus. Bovendien zijn de banen vaak excentrisch en draaien ze in een retrograde beweging om de planeet heen. Men neemt aan dat deze manen zijn ingevangen door de zwaartekracht van Saturnus. Deze manen zijn in drie groepen te verdelen: de gallische manen, de Inuit manen en de Noorse manen..

De Inuit groep bestaat uit 5 onregelmatige manen die allemaal namen hebben uit de Inuit mythologie: Ijiraq, Kiviuq, Paaliaq, Siarnaq en Tarqeq. Deze manen draaien allemaal in een prograde baan om Saturnus en hun afstand varieert van 11,1 tot 17,9 miljoen kilometer. De grootte van deze manen varieert tussen de 7 en 40 kilometer. Qua uiterlijk lijken ze allemaal op elkaar; ze hebben allemaal een roodachtige kleur. De inclinatie van hun baan ligt tussen de 45° en 50°.

De Gallische groep bestaat uit 4 manen die een prograde baan beschrijven. Ze luisteren naar de namen Albiorix, Bebhionn, Erriapus en Tarvos. Ook deze manen lijken op elkaar qua verschijning en ze beschrijven banen op afstanden van 16 tot 19 miljoen kilometer van Saturnus. Deze manen hebben een baaninclinatie- tussen 35° en 40° met een excentriciteit van ongeveer 0,53. Hun grootte varieert van 6 tot 32 kilometer.

De Noorse groep omvat 29 manen die hun naam te danken hebben aan personages uit de Noorse mythologie. Deze manen variëren in grootte tussen de 6 en 18 kilometer en ze draaien op afstanden van 12 tot 24 miljoen kilometer om Saturnus heen. De manen van de Noorse groep hebben allemaal een inclinatie tussen 136° en 175° en een baan excentriciteit tussen 0,13 en 0,77. Deze groep wordt soms ook wel de Phoebe groep genoemd omdat Phoebe met een diameter van 240 kilometer de enige grote maan is van dit gezelschap. De op één na grootste maan heet Ymir en heeft een diameter van 18 kilometer.

Binnen de binnenste en de buitenste grote manen zijn er ook manen die behoren tot de Alkyonide groep. Dit zijn de manen Methone, Anthe en Pallene. Ze zijn vernoemd naar de Alkyoniden uit de Griekse mythologie. Deze drie manen bevinden zich in banen tussen Mimas en Enceladus in en ze behoren tot de kleinste manen van Saturnus.

Enkele van de grote manen hebben zelf ook weer manen. We noemen dit Trojaanse manen. Tethys heeft twee manen: Telesto en Calypso en Dione heeft ook twee manen: Helene en Polydeuces.

Ontstaan

Men veronderstelt dat Titan, de middelgrote manen en de ringen zijn ontstaan op een manier die overeenkomt met de Galileïsche manen van Jupiter. Deze manen zijn vermoedelijk ontstaan uit een circumplanetaire schijf, een ring van gas en vast materiaal die samen klontert op een manier die vergelijkbaar is met een protoplanetaire schijf om een ster. De buitenste onregelmatige manen zijn vermoedelijk ingevangen door de zwaartekracht van Saturnus en in een verre baan terecht gekomen.

Echter er zijn enkele variaties op deze theorie bedacht. In het eerste alternatief is er sprake van een tweede maan met de grootte van Titan uit de accretieschijf om Saturnus. Deze tweede maan heeft het niet overleeft en is uit elkaar gevallen. Deze maan zou verantwoordelijk zijn voor de ringen en de binnenste middelgrote manen. In een ander scenario zijn er twee grote manen die samensmelten tot Titan. Uit de botsing van die twee grote manen zijn uit het restmateriaal de middelgrote manen van Saturnus ontstaan.

Hoe het precies allemaal in zijn werk is gegaan weten we niet. We beginnen steeds meer te leren over de samenstelling, de atmosfeer en de oppervlaktes van deze manen en misschien leidt dat ook tot een beter begrip over hun ontstaansgeschiedenis.

Tabel met de manen van Saturnus

In onderstaande tabel staan alle bekende manen van Saturnus (stand 01-2013). Klik op de naam van de maan voor een pagina met meer informatie.

MimasEnceladusTethysDione
RheaTitanHyperionJapetus
ErriapusPhoebeJanusEpimetheus
HeleneTelestoCalypsoKiviuq
AtlasPrometheusPandoraPan
YmirPaaliaqTarvosIjiraq
SuttungrMundilfariAlbiorixSkathi
SiarnaqThrymrNarviMethone
PallenePolydeucesDaphnisAegir
BebhionnBergilmirBestlaFarbauti
FenrirFornjotHatiHyrrokkin
KariLogeSkollSurtur
GreipJarnsaxaTarqeqAnthe
Aegaenon
S/2004 S7S/2004 S12S/2004 S13S/2004 S17
S/2006 S1S/2006 S3S/2007 S2S/2007 S3
S/2009 S1

Eerste publicatie: 9 oktober 2015
Laatste keer aangepast op: 15 oktober 2017

 

Meer artikelen over Saturnus