Yazı dizimizin bu bölümünde ise iki büyük gaz devi Jüpiter ve Satürn’den bahsedeceğiz. Genel hatlarıyla atmosfer yapılarını, manyetosferlerini, iç yapılarını, halka sistemlerini ve bazı uydularını sizlere açıklayacağız.
Jüpiter
Roma tanrıları arasındaki en güçlü tanrının adı olan Jüpiter, Yunan mitolojisindeki Zeus’un dengidir. Jüpiter kelimesi ise, Ön İtalyancada djous (gök) ve patēr (baba) kelimelerinin birleşmesi sonucu oluştu ve sonradan değişerek Jüpiter kelimesine evrildi. Antik astronomlar Jüpiter gezegenini tanrıların ve göklerin hükümdarı olarak adlandırdıklarında gezegenin gerçek boyutları hakkında bir fikirleri yoktu. Ancak bu isim uygun kabul edilebilir çünkü Jüpiter gezegeni, sistemimiz içerisindeki en büyük gezegendir. Sistemimizde Güneş’e yakınlık açısından beşinci sırada bulunan gezegen, gece vakti Dünya’dan gözlemlendiğinde Ay ve Venüs’ten sonra gökyüzündeki en parlak gök cismidir. Ayrıca kayasal gezegenlere kıyasla değişik boyutları ve özellikleriyle de birçok uyduya sahiptir.
Atmosferi
Jüpiter’den yansıyan Güneş ışınlarından elde edilen spektroskopik verilere göre gezegende en çok bulunan elementler hidrojen ve helyumdur. Bu iki element gezegende gaz halinde bulunarak gezegenin atmosferinin %99’unu oluşturur. Eser miktarda metan, amonyak ve su buharı da bulunur. Gezegenin hidrojen ve helyumla dolu bir gaz devi olmasının sebebi ise yüksek kütleçekime sahip olmasıdır.
Gezegenin bulutlarındaki sıcaklık yaklaşık -145 °C (128,15 K) iken gezegenin merkezine doğru inildikçe sıcaklık 24.000 °C (24.273,15 K) gibi ekstrem değerlere ulaşmaktadır. Basınç değerleri ise atmosferin merkeze en yakın noktasında 1 bar civarındadır ki bu değer Dünya’nınkine hemen hemen eşittir.
Jüpiter’in atmosferi gözlemlendiğinde iki görüntü çok dikkat çekicidir. İlki gezegenin çevresini saran enine bantlaşma ikincisi ise gezegenin bir bölgesindeki antisiklon (yüksek basınç alanı) fırtına olan Büyük Kırmızı Leke’dir.
Troposfer tabakasında bulunan eser miktardaki amonyak, amonyum hidrosülfit ve su buharı Dünya’dan da gözlemleyebildiğimiz beyaz ve kırmızı bantları oluşturan ana etmendir. Beyaz ve kırmızı kuşaktaki gazlar sürekli değişken basınç değerleri sebebiyle dinamik bir atmosfere sahip gezegende fırtınalar sıklıkla gözlemlenir.
Gezegenin atmosferinin diğer bir ilgi çekici yönü ise Büyük Kırmızı Leke’dir. İlk kez 17. yüzyılın ortalarında İngiliz bilim adamı Robert Hooke tarafından keşfedilen bu leke gezegenin güney yarımküresinde bulunuyor. Boyutları ise her yıl 900 km küçülse de içine üç adet Dünya sığacak kadar büyük. Lekenin kırmızılığının kaynağı henüz bilinmese de bu fırtına, Jüpiter’in dinamik atmosferi sayesinde uzun yıllardır sürmektedir.
Manyetik Alan ve Manyetosferi
Yıllardır Dünya’dan da izlenen Jüpiter’in manyetosferinden yayılan radyasyonun ve manyetik alanın gerçek boyutu Pioneer ve Voyager görevleriyle beraber anlaşıldı. Ayrıca Jüpiter’in manyetosferinde yıllarca yörüngede kalan Galileo uzay aracı da bu konu hakkında birçok bilgiyi bize sunmuştur. Elde edilen bilgilere göre, Jüpiter’in manyetosferi Dünya’nın manyetosferinden hacimce bir milyon kat daha büyük. Gezegenin etrafında serbest halde bulunan enerji yüklü parçacıklar bu büyük manyetik alanda ivmelenerek yoğun radyo sinyalleri üretir. O bölgede çalışacak uzay araçlarının da bu yüksek hızlara ulaşabilen parçacıklara dayanıklı tasarlanması gerekir. Parçacıklar çok küçük de olsa yüksek hızlarla hareket etmesi sebebiyle adeta bir mermi gibi çarptığı cismi delip geçecek güce sahiptir. Öte yandan ivmelenerek hareket eden parçacıklardan yayılan yoğun radyo sinyalleri, Dünya’dan Jüpiter’in manyetik alanını izlemeyi bir hayli kolaylaştırır.
İç Yapısı
Jüpiter’in atmosferi 200 km’den daha az bir kalınlığa sahip. Gezegende daha derinlere inildiğinde kayasal bir zemin ise mevcut değil. Atmosferin hemen altında sıcaklık ve basınç bir anda inanılmaz derecede yükselir ve gazlar kademeli olarak sıvı hale geçer. Yaklaşık 20.000 km derinlik seviyesine ulaşıldığında ise atmosferik basınç Dünya’dakinin 3 milyon katına ulaşır. Gezegenin çekirdeğine yakın bölgelerde sıcaklık ve basınç sırasıyla 25.000 K ve 50-100 megabar seviyelerine ulaşır. Bu öyle yüksek bir değerdir ki hidrojen gazı, akışkan sıvı metallere benzeyen bir şekilde metalik duruma geçer. Metalik hidrojen iyi bir elektrik iletkenidir bu açıdan gezegenin manyetik alanının oluşumunda da önemli bir role sahiptir. Ancak gezegenin çekirdeğinde üretilen bu devasa sıcaklık ve basınç değerlerinin kaynağı ise henüz tam olarak bilinmiyor. Şu anki tahminler ise gezegenin oluşumu sırasında tıpkı Satürn’de olduğu gibi çökelme tepkimesi geçiren gezegendeki yüklü miktardaki helyumun bu esnada çok yüksek derecede ısı enerjisi ortaya çıkarması ve daha sonra bu ısının enerjisinin gezegende hapsolduğu yönünde.
Uydular ve Halkalar
Jüpiter 79 tane (53’ü onaylanmış, 26’sı ise onay bekleyen) uyduya sahiptir. Jüpiter’in en çok bilinen uyduları ise Io ve Europa’dır. Gezegenin uydu sisteminin sahip olduğu bazı özellikler neticesiyle Jüpiter ve uyduları küçük bir Güneş sistemine genellikle benzetilir. Sahip olduğu uyduların çoğu Güneş sistemindeki kayasal gezegenler ve Dünya’nın uydusu Ay ile birçok ortak özellik barındırıyor. Örnek olarak uyduların boyutları Ay’ın boyutlarından (Europa) Merkür’den biraz fazlaya (Ganymede) kadar değişmesi, uyduların yoğunlukları tıpkı Güneş sistemindeki gibi Jüpiter’den uzaklaştıkça azalması, kayasal kabuklarındaki benzerlikler verilebilir.
Io
Dünya’dan gözlendiğinde kırmızı ve turuncu renginde gözüken bu uydu Güneş sistemindeki en yüksek volkanik aktiviteye sahip gök cismidir. Jüpiter’in manyetik alanındaki serbest iyonlar da çoğunlukla Io’nun aktif volkanizmasından uzaya dağılan parçacıklardır. Dünya’dan dahi gözlemlenebilen volkanizmaya sahip olan gezegenin yüzeyinde birçok lav gölüne rastlanır. Atmosferi de çok ince olmakla beraber çoğunlukla sülfür dioksitten oluşur.
Europa
Dünya’nın dörtte biri kadar bir çapa sahip olan uydu Europa, bilim insanlarına göre Güneş sisteminde yaşam açısından en umut vadeden gök cismi konumunda. Çünkü gezegenin yüzeyinin tamamı buzla kaplı ve buzun altında ise Dünya’daki tuzlu su rezervinin iki katı kadar bir okyanusa sahip olduğu düşünülüyor. Atmosferi çok ince olmakla beraber en çok oksijen içeriyor. Çekilen fotoğraflar sonucu krater izlerinin az olduğu görüldüğünden diğer uydulara kıyasla daha yakın zamanda oluştuğu düşünülüyor.
Halka Sistemi
1979 Voyager görevinde keşfedilen Jüpiter’in halka sistemi gezegenin ekvator bölgesinde bulunur. Gezegenin atmosferinden 50.000 km uzakta bulunan bu halka, hem gezegenin Metis ve Adrestea uydularına (İki uydu da halka sistemine epey yakın bir konumda bulunuyor.) çarpan meteorlar sonucu dağılan parçalarla hem de gezegenin atmosferinden gelen parçaların birleşmesiyle oluştuğu düşünülüyor. Parçaların büyük bir kısmı mikrometre düzeyinde olduğundan daha önce o bölge defalarca kez gözlemlense de görülmesi Satürn’ün halkalarına göre epey zor denilebilir.
Satürn
Satürn birçok insana göre halkalarının ona verdiği değişik görüntü sebebiyle en büyüleyici gezegenlerden bir tanesi. Normal bir teleskopla bile rahatlıkla gözlemlenebilen halkalı yapısıyla birçok insanı defalarca kez etkilemiştir. Adını ise Yunan mitolojisindeki zaman ve tarım tanrısı Kronos’un Roma mitolojisindeki dengi olan Satürn’den alır.
Satürn tıpkı Jüpiter gibi çoğunlukla hidrojen ve helyumdan oluşan bir gaz devi gezegendir. Güneş sisteminde Güneş’e yakınlık bakımından altıncı sırada yer alır. Boyut olarak ise Jüpiter’in ardından en büyük ikinci gezegendir. Tıpkı Jüpiter gibi çok sayıda (82 adet: 53 onaylanan 29 onay bekleyen) uyduya sahiptir.
Atmosferi
Dünya’dan gözlemlendiğinde kahverengi-sarı arası bir görüntüye sahip olan gezegenin atmosferi büyük ölçüde hidrojen ve helyumdan oluşuyor. Eser miktarda ise metan, amonyak bulunuyor.
Atmosferdeki hava olayları bakımından Jüpiter ile benzerlik gösterir. Ancak bu olayların meydana gelme sıklığı Jüpiter’e göre daha azdır. Büyük fırtınalar Jüpiter’deki gibi sürekli ve sık değil nadiren gözlemlenir. Bunun sebebi ise sahip olduğu düşük kütleçekimine kıyasla atmosferinin hacminin daha geniş olmasından kaynaklanır. Satürn’de de bantlaşma, oval leke şeklinde fırtınalar ve türbülans olayları görülür.
Atmosferdeki sıcaklık ve basınç değerlerinden de bahsetmek gerekirse en düşük sıcaklık ve basınç değerleri (sıcaklık ve basınç doğru orantılı olarak değişir): -191 °C (82 K) ve 1-60 milibar civarındayken atmosferdeki en yüksek sıcaklık ve basınç değerleri -138 °C (135 K) ile 1 bar seviyesindedir.
Manyetik Alan ve Manyetosferi
Satürn’ün manyetik alanını oluşturan temel etmen Jüpiter’e benzer şekilde sahip olduğu metalik hidrojen çekirdek. Ancak Jüpiter’e göre sahip olduğu manyetik alanın azlığının sebebi ise çekirdeğinin Jüpiter’inkine göre daha küçük olması.
Satürn’ün iç manyetosferi -tıpkı Dünya ve Jüpiter gibi- dengeli, yüksek enerjiye sahip protonları manyetik alan içinde hapseder. Bu parçacıklar Dünya’daki Van Allen Kuşağı gibi Satürn’ün etrafında bir yörüngede bir kuşak oluşturur. Ancak Dünya ve Jüpiter’in aksine kuşakta dönen parçacıklar manyetik alan içerisinde yörüngede dönen katı cisimler tarafından soğurularak enerji kaybeder. Voyager verileri ışığında elde edilen bu bilgi, bize halkalar ve uydular arasındaki manyetik alan içinde çeşitli “boşluklar’’ olduğunu gösteriyor.
İç Yapısı
Gezegenin yapısının çoğunun hidrojen ve helyumdan oluştuğunu belirtmiştik. Derinlik arttıkça artan basınç sebebiyle mevcut gazlar farklı hallere dönüşerek gezegenin iç bölgelerini oluşturuyor.
Hidrojen ve helyum bulutlarının altında ilk başta gazlar, sıvı hale geçerek bir katman oluşturur. Bu tabakanın altında ise yine artan basınç sebebiyle hidrojen, metalik hale geçer ve gezegenin manyetik alanını tıpkı Jüpiter’deki gibi oluşturur. Bu basınç ve sıcaklığı üreten gezegendeki ana mekanizma ise helyumun gezegen oluşumunda çökelerek oluşan ısıdan kaynaklanıyor. Gezegenin atmosferinde bulunması gereken helyum miktarından daha az helyum bulunması da bu düşünceyi destekler nitelikte. Gezegenin merkezine çöken helyum, çekirdeğin kütlesini arttırarak kütleçekim alanın gücünü de arttırdığından gezegen ısınmaktadır. Milyarlarca yıl sonra bu çekirdeğe düşen “katı helyum yağmuru’’ duracak, gezegen gitgide soğuyacak ve sadece Güneş’ten enerji alabilecek.
Halka Sistemi
Satürn, Güneş sistemindeki en dikkat çekici yapılardan biri olan halka sistemine sahiptir. Bu halka temel olarak belli başlı kayaların Satürn yörüngesinde dolanmasıyla oluşuyor. Diğer gezegenlere kıyasla daha belirgin halkaları olan Satürn, çok ince ancak uzun bir halka yapısına sahip. Büyük halkalar 270.000 km çapa sahipken kalınlığı ise 100 metreyi geçmemektedir. Bu kadar fazla materyale sahip buz ve kaya dolu kütlenin bir uydu oluşturmaması ise başka bir olguyla açıklanıyor.
Roche limiti, gelgit kuvvetleri etkisinde iki gök cisminden oluşan bir sistemde küçük kütleli olanın parçalanmadan büyük kütleye yaklaşabileceği minimum mesafe olarak tanımlanır. Buna göre Satürn’ün Roche limitinden daha fazla yaklaşan bir uyduyu parçalamasıyla kendi halkasını oluşturmuş olabilir. Ancak diğer bir teori ise küçük parçaların gezegenin yüksek kütle çekimine kapılmasıyla beraber uydu oluşturmadan eliptik bir halka oluşturacak şekilde yörüngede dolandığı yönünde.
Titan
Satürn’ün en büyük uydusu olan Titan diğer uydular arasında ayrı bir öneme sahip. Güneş sisteminde bilinen tüm uydular arasında önemli derecede sağlam bir atmosfere sahip tek uydu. Ayrıca gezegenin yüzeyinde bildiğimiz kadarıyla da nehirler ve göller mevcut. Bu nehirler ve göllerde su yerine hidrokarbonlar (metan, etan vb.) akmaktadır ve yaşamın temel materyallerinin bunlar olduğu düşünüldüğünde verilen önemin haksız olmadığı da ortaya çıkacaktır. Bilim insanlarının düşüncelerine göre de bu uyduda okyanusların bir köşesinde ilkel de olsa bir yaşam formu olma ihtimali hiç de az sayılmaz. Ancak bunu henüz tespit edebilmiş değiliz.
Bu yazımızda incelediğimiz Jüpiter ve Satürn gezegenleri Güneş sistemindeki devasa gaz devlerinden iki tanesidir. Gerek oluşum süreci açısından gerek halka sistemine sahip olma gerek ise atmosferik koşullar düşünüldüğünde iki gezegenin bir hayli fazla derecede benzerlik gösterdiği çok açıktır. Bu yüzden her iki gezegenin birinde yapılan bir keşif diğer gezegen hakkında bilinmeyenleri de aydınlatma potansiyeli taşır. Sürekli bilgilerimizin geliştiğini de düşünürsek yakın bir zamanda yeni bilgiler edinmemiz pek de uzak bir tahmin olmayacaktır.
Hazırlayan: Burak Çelikten
İTÜ Astronomi Kulübü Üyesi
Kaynaklar
https://solarsystem.nasa.gov/planets/jupiter/overview/
https://solarsystem.nasa.gov/planets/saturn/overview/
Chaisson, E.,& McMillan, S. (2013). Astronomy Today (8th ed.).Pearson.
https://www.britannica.com/place/Saturn-planet
https://www.britannica.com/place/Jupiter-planet
https://spaceplace.nasa.gov/saturn-rings/en/
R.,G. ‘’Roche Limit’’. Nature 47,509-510 (1893).https://doi.org/10.1038/047509b0
Andrews, R., (2019). ‘’This is our best look yet at the solar system’s most volcanic object’’.National Geographic.