Japetus – maan van Saturnus

Het Voyagergebergte op Japetus
Het Voyager-gebergte op Japetus gefotografeerd door de Cassini ruimtesonde (credit: NASA/JPL)

Met dank aan de Cassini-missie hebben we de laatste jaren enorm veel geleerd over Saturnus en zijn manen. Cassini heeft veel informatie verzameld over de atmosfeer van Saturnus, zijn rotatie en zijn schitterende ringensysteem. Ook heeft de sonde ons veel geleerd over de manen van de planeet. Voordat Cassini aan zijn onderzoek in het Saturnusstelsel begon was er nauwelijks wat bekend over de kleine mysterieuze maan Japetus.

Japetus heeft een grote bergrug over zijn evenaar lopen, daarnaast heeft de maan een opvallend twee kleurig uiterlijk wat de maan de bijnaam Yin-Yang-maan heeft opgeleverd. Omdat Japetus zich relatief ver van Saturnus bevindt heeft het tot de Cassini-sonde geduurd voor we meer te weten konden komen over deze maan.

Ontdekking en naamgeving

Japetus werd in april 1671 ontdekt door de Italiaanse astronoom Giovanni Domenico Cassini. Hij ontdekte Japetus samen met de manen Rhea, Tethys en Dione. Hij ontdekte deze manen in 1671 en 1672 en hij noemde ze de “Sidera Lodoicea” – de sterren van Louis – naar zijn beschermheer koning Lodewijk XIV van Frankrijk. Deze naamgeving werd buiten Frankrijk niet over genomen maar men gebruikte de door Galilei opgestelde nummering. Japetus werd in deze nummering Saturnus V.

De naam Japetus werd door John Herschel voorgesteld. De naam kwam voor het eerst voor in zijn verhandeling “Results of Astronomical Observations made at the Cape Good Hope” die in 1847 verscheen. Net zoals de andere manen van Saturnus is Japetus vernoemd naar een van de Titanen uit de Griekse mythologie. De Titanen waren de zonen en dochters van Cronos, de Griekse equivalent van de Romeinse Saturnus. Japetus was de zoon van Uranus en Gaia en de vader van Atlas, Prometheus, Epimetheus en Menoetius.

Geologische structuren op Japetus zijn vernoemd naar karakters en plaatsen uit het Franse epische gedicht “Het Roelantslied”. Voorbeelden hiervan zijn de kraters Charlemagne en Baligant en de noordelijke en zuidelijke heldere gebieden die Roncevaux Terra en Sargasso Terra worden genoemd. De enige uitzondering is Cassini-gebied. Dit is een donker gebied op Japetus dat is vernoemd naar zijn ontdekker Giovanni Cassini.

Massa, grootte en baan

Japetus heeft een gemiddelde straal van 734,5 ± 2,8 kilometer en een massa van ± 1,806 * 1021 kilogram. Dat komt overeen met 0,1155 * de grootte van de Aarde en 0,00030 * de massa van de Aarde. Japetus draait op een gemiddelde afstand van 3.560.820 kilometer om Saturnus heen. De excentriciteit van de baan bedraagt 0,0286125 en dat zorgt er voor dat het periapsis zich op een afstand van 3.458.936 kilometer van Saturnus bevindt en en apoapsis op een afstand van 3.662.704 kilometer van de planeet ligt.

De gemiddelde baansnelheid bedraagt 3,26 km/sec. En met die snelheid heeft Japetus 79,32 dagen nodig om eenmaal om Saturnus te draaien. Ondanks dat Japetus in grootte de derde maan van Saturnus is bevindt de maan zich veel verder weg dan de volgende grote maan Titan. Van alle regelmatige manen heeft Japetus ook de grootste inclinatie: 15,47° ten opzicht van het evenaarsvlak van Saturnus en -17,28° ten opzichte van de ecliptica. Alleen de onregelmatige banen zoals Phoebe hebben een grotere inclinatie.

Samenstelling en oppervlaktestructuren

Japetus - maan van Saturnus
Opname van de maan Japetus gemaakt door de Cassini ruimtesonde (credit: NASA/JPL)

Net zoals de Saturnusmanen Tethys, Mimas en Rhea heeft Japetus een lage dichtheid van 1,088 ± 0,013 g/cm3. Deze lage dichtheid duidt er op dat de maan voornamelijk uit waterijs bestaat en voor ongeveer 20% uit gesteente. Japetus heeft een sterk afgeplatte vorm en een uitpuilende evenaar die wordt versterkt door de grote equatoriale bergrug.

Ondanks de afwijkende vorm is Japetus de kleinste maan die een hydrostatisch evenwicht heeft bereikt. Ofschoon de walnoot vorm niet precies bolvormig is is het nog steeds een afgeplatte bolvorm die er op duidt dat er genoeg massa aanwezig is om als gevolg van zij eigen zwaartekracht een ronde vorm aan te nemen.

Net zoals de andere manen van Saturnus heeft ook Japetus veel kraters. Recente foto’s die door de Cassini-sonde zijn gemaakt laten verschillende grote inslagbekkens zien waarvan er tenminste vijf een doorsnede hebben van meer dan 350 kilometer. Het grootste inslagbekken heet Turgis en heeft een doorsnede van 580 kilometer met en steile rand van van ongeveer 15 kilometer hoog. Ook vertoond het landschap oude landverschuivingen die vermoedelijk veroorzaakt zijn door het schuiven van ijs.

Een andere hele interessante structuur is de bergrug die zich langs de evenaar uitstrekt. Deze bergrug is ongeveer 1300 kilometer lang, 20 kilometer breed en 13 kilometer hoog en loopt door het centrum van de Cassini Regio heen. Ofschoon er al langer aanwijzingen waren voor een bergketen werd deze pas daadwerkelijk waargenomen toen de Cassini op 31 december 2004 de eerste foto’s van Japetus maakte.

Japetus is het bekendst van zijn tweekleurige uiterlijk. Dit werd al in de 17-de eeuw door Giovanni Cassini opgemerkt. Hij zag dat Japetus alleen maar zichtbaar was als de maan zich ten westen van Saturnus bevond en niet als deze zich ten oosten van de planeet bevond. Hij concludeerde terecht dat Japetus in een gebonden rotatie om Saturnus draait (altijd met dezelfde zijde naar de planeet gericht) en dat de ene zijde donkerder was dan de andere zijde. Deze conclusie werd later met grote telescopen vanaf de Aarde bevestigd.

Het donkere gebied wordt Cassini Regio genoemd en het heldere gebied wordt door de evenaar in tweeën gedeeld. Het noordelijke deel heet Roncevaux Terra en het zuidelijke deel Saragossa Terra. Het donkere deel bestaat uit koolstofrijk materiaal. Vermoedelijke organische componenten zoals die ook in oude meteorieten of aan het oppervlak van kometen voorkomen. Dit kunnen bijvoorbeeld bevroren cyanidehoudende componenten zijn zoals polymeren van waterstofcyanide.

Het patroon van deze verkleuringen lijkt op het Yin-Yang teken, vandaar ook de bijnaam van Japetus: Yin-Yang maan. Het verschil in kleur tussen de twee halfronden van Japetus is best wel extreem. Het naar Saturnus toe gerichte deel is erg donker en heeft een albedo van 0,03 – 0,05 en is enigszins roodbruin van kleur. De polen en het van de planeet afgerichte halfrond zijn erg helder met een albedo van 0,5 – 0,6.

Het heldere halfrond heeft een schijnbare helderheid van magnitude 10,2 en het donkere halfrond is van magnitude 11,9. De huidige theorieën gaan er van uit dat het donkere materiaal van buiten Japetus afkomstig is en steeds donkerder is geworden als gevolg van de sublimatie van ijs uit de warmere gebieden op de maan waarbij vluchtige componenten sublimeren en neerslaan in de koudere gebieden.

Japetus draait in 79 dagen om zijn as, de temperatuurvariatie is daarom groot genoeg om dit mechanisme mogelijk te maken. In de buurt van de evenaar zorgt de absorptie van warmte door het donkere materiaal in de Cassini Regio voor een dagtemperatuur van 129 Kelvin (-144,5° Celsius). In de heldere gebieden heerst een temperatuur van 113 Kelvin (-160,15° Celsius). Het verschil in temperatuur betekent dat ijs sublimeert van de Cassini Regio en dan neerslaat in de koudere heldere gebieden en dan met name bij de nog koudere polen.

In de toekomst zal de Cassini regio dus nog veel donkerder worden en de rest van Japetus wordt helderder. Dit zorgt voor een op hol geslagen thermisch proces waarbij de verschillen in albedo nog veel groter worden. Uiteindelijk zal al het ijs in de Cassini regio zijn verdwenen. Dit model word algemeen geaccepteerd omdat het de verdeling tussen de lichtere en de donkere gebieden heel goed verklaard en rekening houdt met de afwezigheid van grijstinten en de dikte van het donkere materiaal dat de Cassini Regio bedekt.

Er is echter een apart proces nodig om dit thermische proces te starten. Daarom neemt men aan dat het oorspronkelijke donkere materiaal niet van Japetus zelf afkomstig is maar mogelijk van één van de kleine retrograde manen van Saturnus. Materiaal van deze manen kan zijn weggeblazen of door micro-meteorieten of door een grote inslag.

Dit materiaal is door blootstelling aan zonlicht donkerder geworden en door de naar Jupiter toe gekeerde zijde omhoog zijn geworpen. Dit heeft geleidt tot een klein verschil in contrast en een verschil in albedo en temperatuur aan het oppervlak van Japetus waardoor het thermische proces in gang werd gezet en in de tijd werd versneld.

Men neemt aan dat het meeste materiaal afkomstig is van de maan Phoebe. Dit is de grootste van de buitenste manen van Saturnus. Men heeft namelijk in oktober 2009 een hele ijle schijf van materie aangetroffen in het baanvlak van Phoebe.

Verkenning

Voyager 1 en Voyager 2 waren in 1980 en 1981 de eerste ruimtesondes die een bezoek brachten aan Saturnus en zijn manen. Gegevens die door deze twee verkenners werden verzameld duidden al op de aanwezigheid van de equatoriale bergrug die vanaf die tijd informeel de Voyager Bergen werd genoemd.

De enige andere ruimtesonde die Japetus heeft onderzocht is de Cassini die vanaf 2004 vanaf verschillende afstanden de maan heeft gefotografeerd. Zo passeerde de Cassini op 31 december 2004 de maan op een afstand van 122.647 kilometer. Tijdens die passage werden er vier verschillende foto’s gemaakt van de bergrug die later tot een kleurenopname werden gecombineerd.

Echter, de grote afstand tot Saturnus maakt het lastig om de maan goed te bestuderen. De enige scheervlucht die de Cassini langs Japetus maakte vond plaats op 10 september 2007 toen de verkenner de maan op een afstand van 1227 kilometer passeerde. Tijdens deze scheervlucht werden gegevens verzameld die er op duiden dat thermale scheiding de belangrijke kracht is voor het donkere halfrond van Japetus. Momenteel zijn er geen missies naar de maan gepland.

Japetus is een wereld van tegenstellingen. Niet alleen op kleurgebied. Het is ook de kleinste maan die zwaar genoeg is om een hydrostatisch equilibrium te bereiken en ofschoon het in grootte de derde maan van Saturnus is bevindt ze zich op een afstand van de planeet die normaliter is voorbehouden aan kleine onregelmatige manen. Daarnaast kunnen wetenschappers de walnoot vorm van de maan nog steeds niet goed verklaren. Mocht er daarom in de toekomst weer een missie naar Saturnus en zijn manen worden uitgevoerd dan is Japetus geheid een van de doelen.

Laatste bewerking: 8 november 2015
Bron: universetoday