Saturni vaatlemise ajaloost

Saturn on Päikesest kõige kaugem planeet, mida tundsid erinevad muistsed kultuurid. Eestlased kutsusid Saturni „laisaks täheks“ – nad panid tähele, et see liigub kiiremini kui enamik tähti, kuid aeglasemalt kui teised planeedid.

Teleskoobiga vaatles Saturni teadolevalt esimesena Galileo Galilei, kes sattus segadusse Saturni rõngastest. Ta arvas, et need on kaks kaaslast, mis kunagi ei liigu ja peaaegu puudutavad Saturni pinda. Jälgides Saturni edaspidi täheldas Galileo, et kaaslased muutusid kõhnemaks ja kõhnemaks kuni 1612. aastal kadusid täielikult. Ta oli üsna mures, sest kui juba Jupiteri nelja kaaslase olemasolu ei tahetud uskuda, siis Saturni kõrvalt kadunud kummalised „sangad“ oleksid temast teinud naerualuse. Ka teised astronoomid jälgisid ja joonistasid Saturni üles, kuid ei osanud pakkuda lahendust veidrate lisandite müsteeriumile.

Christiaan Huygens vaatles Saturni 17. sajandi keskel ning avastas esmalt Saturni suurima kaaslase, mida hiljem hakati nimetama Titaniks. Teised astronoomid (Johannes Hevelius ja Christopher Wren) olid seda varem märganud, aga pidanud seda hoopis täheks. Huygens märkas, et „täht“ liigub kogu aeg Saturniga kaasa ning pidas seda hoopis planeedi kaaslaseks. Huygens leidis ka lahenduse Galileod vaevanud murele. Ta jälgis Saturni ja märkis üles „sangade“ tekkimise ning kadumise. Lisaks täheldas ta, et „sangad“ jätavad Saturni pinnale justkui varju. Lõpuks lahendas ta müsteeriumi selgitades, et Saturni ümber on katkematu rõngas, mille kuju oleneb Saturni asendist Maa suhtes ja seetõttu muutub ring aeg-ajalt suuremaks ja väiksemaks või kaob sootuks.

Giovanni Domenico Cassini avastas veel neli kuud (Iapetuse, Rhea, Tethys ja Dione) veel 17. sajandil. Ta avastas ka prao Saturni rõngastes, mis tänapäeval kannab tema nime. G. D. Cassini poeg J. J. Cassini oletas, et Saturni rõngas võib koosneda meteoriitidest. Kuuenda ja seitsmenda kaaslase, Enceladuse ja Mimase, avastas Inglise astronoom William Herschel 18. sajandi lõpus. Herschel uuris ka Saturni rõngast, et saada teada, kas tegemist on ühe objekti või objektide kogumiga ning kui kiiresti rõngas ümber Saturni pöörleb. Lisaks jälgis Herschel ka kuud Iapetust ja nõustus Cassiniga selles osas, et pool kuud on tumedam kui teine pool. 19. sajandi keskel avastas W. C. Bond kaaslase Hyperion. Järgmine kaaslane, Amalthea, leiti alles 19. sajandi lõpus ja see oli viimane meie päikesesüsteemi kuu, mis leiti visuaalsel vaatlusel ehk silma ja teleskoobi abiga. Avastuse tegi E. E. Barnard. Järgmised kaaslased avastati fotoplaate võrreldes ja siis juba kosmoses asuvate aparaatidega.

Saturni rõngaste müsteerium ootas aga endiselt lahendajat. Pierre-Simon Laplace uuris gaasi pöörlemist ja avastas, et suurem osa massist on keskel ja ääred moodustavad lameda rõnga, mis eemaldub keskele jäänud kerast. Kui sellest kerast tärkab täht, siis moodustaksid rõnga osad planeedid. Teadlane pakkus, et nii võis tekkida terve päikesesüsteem. Prantsuse teadlane Eduard Roche arvutas välja, et kui taevakeha liigub spiraalis planeedi poole puruneb see ületades teatavat kaugust. Selleks kauguseks oli Roche’i arvutuste kohaselt 2,44 korda planeedi raadius, mis Saturni puhul oleks olnud 146 000 kilomeetrit. Rõnga välimine serv jääb sinna sisse ja Saturni kõige lähem kuu Mimas sellest turvaliselt välja. Pakuti välja teooria, et rõngas on tekkinud ühest sellisest purunenud satelliidist. Samuti toetas Roche’i limiit Laplace’i teooriat. 20. sajandil lükati Roche’i teooria ümber väitega, et kui kaaslane on tihedam kui planeet, võib ta raskusjõule vastu pidada. Samas siiski mitte lõplikult, sest hiljuti kirjutasid teadlased, et Marsi kuust Phobosest võib saada rõngas planeedi Marss ümber.

1826. aastal nimetas tartu astronoom Friedrich Georg Wilhelm Struve Saturni välimise rõnga A-ks ja sisemise rõnga B-ks andes nii Eesti esimese panuse Saturni uurimisse. 1837. aastal tuvastas astronoom J. F. Encke A rõngas järgmise pilu, mis sai nüüd nime tema järgi. Sajandi keskpaigas märkasid astronoomid Ameerika Ühendriikides ja Inglismaal Saturni lähedal ka kolmandat rõngast, mis sai tähistuse C. Friedrich G. W. Struve poeg Otto süvenes arhiivimaterjalidesse ja avastas, et tegelikult oli C rõngast näinud astronoomid mitusada aastat, aga polnud aru saanud, millega on tegemist. Ta analüüsis kõikide eelnevate teadlaste tulemusi ja arvas, et rõngad kahanevad iga sajandiga umbes ühe kaareminuti. Hilisemad mõõtmised näitasid, et see nii ei ole ja eksinud olid mõõtmistel Struve eelkäijad. Saturni uurimist jätkas ka kolmas põlvkond Struvesid. 19. sajandi teisel poolel ja 20. sajandi alguses huvitas teadlasi Saturni rõngaste ja kuude omavahelised suhted. Nii kaardistas ka Otto poeg K. H. Struve Pulkovo tähetornis Peterburi lähedal erinevaid mustreid, mida Saturni kuud liikudes tegid. Mustrite järgi arvutas Struve kaaslaste massid üsna hea täpsusega.

Rõnga koostisest proovisid aru saada paljud teadlased. P. S. Laplace pakkus, et rõngas koosnes paljudest väikestest rõngastest ning mitmed astronoomid, sealhulgas F. G. W. Struve, proovisid järjest suuremate teleskoopidega rõngaste vahesid leida. Neid hakati nägema siiski alles 19. sajandi teisel poolel.

J. C. Maxwell tõestas 1855. aastal matemaatiliselt, et rõngad ei saa olla ei vedelik ega gaas, sest nendes hakkaksid muidu tekkima lained. Kaks aastat hiljem oli Maxwell veendunud, et rõngad koosnevad väga väikestest osadest, mis liiguvad ümber planeedi vastavalt Kepleri seadustele, mis tähendab, et keskel olevad osakesed liiguvad kiiremini kui väljaspool asuvad. Maxwell ei olnud tõele au andes esimene, kes selle ettepaneku tegi. J. J. Cassini oli seda arvanud juba 1715. aastal ja Thomas Wright 1750. aastal, aga kummalgi ei olnud tõendusmaterjali. 1855. aastal oli Cambridge’i ülikool pakkunud välja Adamsi auhinda esimesele inimesele, kes lahendab Saturni rõngaste saladuse ning see anti välja J. C. Maxwellile.

Ameeriklane Daniel Kirkwood tegi veel arvutusi ja leidis, et pilud Saturni rõngastes võivad olla seotud sellega, kuidas Saturni kuud mõjutavad rõngastes olevaid objekte. Teatavatel vahekaugustel teevad nad nö „tee puhtaks“. Samamoodi mõjutab Jupiter näiteks asteroide asteroidivööl. 20. sajandi esimesel poolel analüüsiti Saturni rõngaid veelgi põhjalikumalt ning astronoomid, sh Tartus alustanud E. Schönberg, leidsid, et rõngad koosnevad jääst, kus suurema osa tükkidest moodustavad väga pisikesed osakesed. Astronoomid asusid mõõtma seda, kuidas muutub Saturni kuude ja heledamate tähtede valgus, kui need liiguvad Saturni rõngaste tagant läbi. Tuli välja, et A rõngas on palju läbipaistvam kui B rõngas.  Samuti nähti pidevalt väikseid pilusid rõngastes. 20. sajandil hakkasid astronoomid nägema ka lisarõngaid.