home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Multimedia Mania / abacus-multimedia-mania.iso / dp / 0116 / 01168.txt < prev    next >
Text File  |  1993-07-27  |  30KB  |  509 lines

  1. $Unique_ID{bob01168}
  2. $Pretitle{}
  3. $Title{Pioneer
  4. Chapter 6: Part 4 - Results At The New Frontier}
  5. $Subtitle{}
  6. $Author{Fimmel, Richard O.;Allen, James Van;Burgess, Eric}
  7. $Affiliation{Ames Research Center;University Of Iowa;Science Writer}
  8. $Subject{saturn
  9. ring
  10. pioneer
  11. rings
  12. particles
  13. saturn's
  14. field
  15. jupiter
  16. magnetosphere
  17. km
  18. see
  19. pictures
  20. see
  21. figures
  22. see
  23. tables
  24. }
  25. $Date{1980}
  26. $Log{See Saturn w/Rings*0116801.scf
  27. See Ring Table*0116801.tab
  28. }
  29. Title:       Pioneer
  30. Book:        Pioneer: First To Jupiter, Saturn, And Beyond
  31. Author:      Fimmel, Richard O.;Allen, James Van;Burgess, Eric
  32. Affiliation: Ames Research Center;University Of Iowa;Science Writer
  33. Date:        1980
  34.  
  35. Chapter 6: Part 4 - Results At The New Frontier
  36.  
  37. Encounter with Saturn
  38.  
  39.      The Pioneer 11 spacecraft, after traveling more than 3.2 billion
  40. kilometers (2 billion miles) on a journey of nearly 6.5 yr, spent 10 days
  41. gathering a wealth of new information about Saturn and its ring system.
  42. Pioneer hurtled through the plane of the rings twice, on inbound and outbound
  43. passages, at a distance of about 38,000 km (23,600 miles) from the outside
  44. edge of the visible ring system.  The outbound crossing was slightly nearer
  45. the planet than the inbound crossing.  The trajectory carried encounter,
  46. Pioneer made important discoveries about the planet's magnetosphere, magnetic
  47. field, and trapped radiation, as well as Saturn's satellites, rings, and the
  48. planet itself.
  49.  
  50. Saturn's Magnetosphere
  51.  
  52.      The most fundamental discovery by Pioneer was that Saturn has a magnetic
  53. field and a magnetosphere.  Although scientists thought it likely that Saturn
  54. has a strong magnetic field - because of the planet's similarity to Jupiter,
  55. which has a strong field - there had previously been no conclusive evidence of
  56. a magnetic field.
  57.  
  58.      As the Pioneer spacecraft approached Saturn, a bow shock, where the solar
  59. wind is deflected by the planet's magnetic field, was detected on August 31,
  60. 1979, at a distance of 1,446,000 km (898,540 miles).
  61.  
  62.      Pioneer approached Saturn almost along the noon meridian and encountered
  63. the bow shock three times at 24.1, 23.1, and 20.0 Saturn radii; it then
  64. crossed the magnetopause at 17.3 planetary radii.  Saturn was shown to have a
  65. detached bow shock and magnetopause similar to those of Earth and Jupiter.
  66. High resolution data from some of the instruments showed that the shock was
  67. very turbulent; its precise position was difficult to determine.  Across the
  68. shock, the solar wind speed was observed to change from 470 km/sec (292
  69. miles/sec) to less than 140 km/sec (87 miles/sec).  Its temperature increased
  70. from 30,000 K to nearly 470,000 K.  As Pioneer passed inward through the
  71. magnetic field of Saturn, another important discovery was made Saturn's
  72. magnetic field was unique in that its orientation corresponded almost exactly
  73. with the axis of rotation of the planet, the magnetic axis being tilted less
  74. than 1 degree.  This contrasts markedly with the magnetic fields of Earth,
  75. Jupiter, and Mercury, which are tilted 10 to 20 degrees with respect to their
  76. axes of rotation.  The surprising lack of any appreciable tilt to Saturn's
  77. magnetic axis causes difficulties in explaining the field by some dynamo
  78. theories of the generation of planetary fields.  It also prevents the accurate
  79. measurement of the period of rotation of Saturn's interior by use of magnetic
  80. field observations.
  81.  
  82.      The magnetic moment of Saturn is 540 times stronger than Earth's, and 35
  83. times weaker than Jupiter's.  The strength of the field at the equatorial
  84. cloudtops of Saturn is about 0.20 gauss - Earth's field at the surface is 0.31
  85. gauss.  Polar fields of Saturn are 0.63 gauss (north) and 0.48 gauss (south).
  86. The center of Saturn's field is displaced northward some 2400 km (1490 miles)
  87. along the axis of the planet.  Like the field of Jupiter, the polarity of
  88. Saturn's field is opposite to that of Earth.
  89.  
  90.      Because there is only a relatively small quadrupole component in Saturn's
  91. magnetic field, scientists believe this means that the field must originate
  92. far below the visible surface and that Saturn must have a core of metallic
  93. hydrogen smaller than Jupiter's metallic hydrogen core.
  94.  
  95.      Like Earth and Jupiter, Saturn has a detached, strong bow shock and a
  96. magnetopause.  The magnetosphere of Saturn is very responsive to changes in
  97. the solar wind, but on a smaller scale than that of Jupiter.  The observed
  98. dimensions of the magnetosphere of Saturn were, however, perhaps half the
  99. average because of the markedly enhanced solar wind pressure when Pioneer
  100. encountered the planet.  The blunt sunward side of the magnetosphere, where
  101. the bow shock is located, moves in and out as the pressure of the solar wind
  102. varies.  The outbound leg of the trajectory, along the dawn meridian, carried
  103. Pioneer across the magnetopause five times between 30 and 40 Saturn radii, and
  104. nine times across the bow shock between 49 and 102 Saturn radii.
  105.  
  106.      The magnetosphere has four distinct regions.  An outer magnetosphere had,
  107. at Pioneer encounter, a corotating plasma in which the flux of charged
  108. particles varied considerably with time.  From 15 to 6 Saturn radii, the
  109. observed direction of 1-MeV proton streaming is consistent with full
  110. corotation.  On the outbound leg of its trajectory, Pioneer found that there
  111. may be a magnetotail or a magnetodisk generated in the outer magnetosphere.
  112. The magnetic field in this outer magnetosphere was compressed near noon and
  113. extended equatorially near dawn, probably because of the presence of a current
  114. sheet in or near the magnetic equator and possibly associated with formation
  115. of a magnetotail.  There was, however, no evidence for a magnetodisk in the
  116. planet's dayside magnetosphere.  But near dawn in Saturn's magnetosphere, the
  117. field lines became equatorial instead of north-south, thereby showing the
  118. presence of a current sheet.
  119.  
  120.      Inside about 6 Saturn radii, the inner boundary of the first region, the
  121. numbers of low-energy protons dropped markedly.  This effect is believed to
  122. result from the sweeping effect of the satellites Dione, Tethys, and Enceladus
  123. and by a thin ring of dust (E ring).  This second region has been called the
  124. "slot" because of its reduced level of radiation.
  125.  
  126.      Starting at 4 Saturn radii, the third region, the inner magnetosphere,
  127. has a complex spectrum of very energetic charged particles.  Protons with
  128. energies greater than 80 MeV were measured to a maximum flux of 2.5 x 10^4/
  129. cm^2/sec, and electrons with energies greater than 0.56 MeV, to a flux of 9 x
  130. 10^6/cm^2/sec.
  131.  
  132.      There was a distinct region associated with the satellite Mimas where
  133. particles were depleted.
  134.  
  135.      Analysis of particle fluxes, spectra, and distributions shows that:  (a)
  136. The low-energy (1-MeV) protons in the outer magnetosphere come either from the
  137. solar wind or from solar energetic particle beams . (b) The electrons from 40
  138. keV to several MeV throughout the magnetosphere come from the solar wind.  (c)
  139. The very high-energy (80-MeV) protons in the inner magnetosphere come from the
  140. decay of neutrons produced in the atmosphere and rings of the planet by cosmic
  141. ray bombardment.
  142.  
  143.      In the fourth region of the magnetosphere, internal to the outer edge of
  144. ring A, the rings have swept up nearly all trapped radiation to create an
  145. environment almost free of radiation.
  146.  
  147.      Thus, Pioneer discovered that Saturn, like Jupiter and Earth, has belts
  148. of trapped energetic particles, mainly protons and electrons.  The trapping
  149. boundary for energetic particles was observed to be accurately coincident with
  150. the magnetopause on both inbound and outbound legs of the trajectory.  The
  151. particles are present around Saturn in quantities comparable to but greater
  152. than those in Earth's radiation belts, but they extend over a much greater
  153. region because Saturn's magnetosphere is so much larger than that of Earth.
  154. Saturn's radiation belts are some 10 times larger in linear dimensions than
  155. Earth's radiation belts.  Even so, the total radiation dosage of electrons of
  156. energy greater than 0.56 MeV experienced by Pioneer during its flyby of Saturn
  157. was 7 x 10^10 electrons/cm^2, which is about the same as that encountered
  158. during only 5 min of the spacecraft's passage through the most intense region
  159. of Jupiter's inner radiation belt.
  160.  
  161.      The radiation environment of Saturn is made much less intense by the
  162. presence of the rings, which have a marked effect on the radiation belts of
  163. the planet.  Particles in radiation belts oscillate up and down across the
  164. equatorial plane of the planet, first toward one pole and then, as though
  165. reflected by a mirror, back toward the other.  As particles gradually diffuse
  166. inward toward the planet, they are absorbed by the rings.  Any high-energy
  167. electrons and protons that collide with ring particles are wiped out
  168. completely.  From these observations the outer edge of the A ring is found to
  169. be at a radial distance of 2.292 +/- 0.002 Saturn radii.  Also, the general
  170. magnetic field of the planet reduces the level of high-energy cosmic
  171. radiation, thereby making the region inward of the outermost edge of the rings
  172. perhaps the most radiation-free space within the Solar System.  However, a
  173. weak flux of high-energy electrons was discovered under the rings.  It had an
  174. intensity 4 to 5 times the interplanetary flux of such electrons during quiet
  175. periods of solar activity.
  176.  
  177.      As Pioneer approached Saturn, the spacecraft's instruments measured a
  178. maximum intensity of very energetic protons at 2.67 Saturn radii.  Anomalies
  179. in the rate of increase, and some decreases in the number of particles inward
  180. toward the planet, provided crucial information on the origin of these
  181. particles as summarized above.
  182.  
  183.      Generally, the trapped radiation in the inner magnetosphere was spaced
  184. symmetrically around the planet, thereby showing that Saturn's magnetosphere
  185. is much more stable than Jupiter's.  The effects of satellites in sweeping
  186. energetic particles from the radiation belts was more clearly defined at
  187. Saturn than at Jupiter because of the regular nature of Saturn's
  188. magnetosphere.
  189.  
  190.      A speculative possibility is the effect of Jupiter on Saturn's
  191. magnetosphere.  About every 20 yr, Jupiter may shield Saturn from the solar
  192. wind when Saturn becomes immersed transiently in an extended magnetotail of
  193. Jupiter.  Then Saturn's magnetosphere might expand dramatically.  Such a
  194. condition may be observed when Voyager 2 encounters Saturn in 1981.
  195.  
  196. Saturn's Satellites
  197.  
  198.      Just after Pioneer passed through the plane of the rings on its inward
  199. passage, the number of energetic particles decreased abruptly - to about 2% of
  200. the prevailing value for 10 sec.  The experimenters attributed the absorption
  201. of particles to a previously unknown satellite-sized body.  The satellite,
  202. designated 1979 S2, had to be at least 170 km (106 miles) in diameter to
  203. account for the effects observed.  It is the first satellite to be discovered
  204. from an analsis of energetic charged particles, apart from the Pioneer 11
  205. evidence for a ring or inner satellite of Jupiter noted earlier.  Its orbit
  206. was within that of Mimas, about 14,500 km (9,010 miles) from the outer edge of
  207. the visible rings at 2.53 Saturn radii from the center of the planet.
  208.  
  209.      On the previous day, the imaging photopolarimeter discovered a new
  210. satellite.  It showed up on two of the computer-generated pictures of Saturn
  211. as a small dot of light, consisting of three pixels only, near the outer edge
  212. of the rings.  The small satellite was designated 1979) - 1979 S1 and 1979 S2
  213. could be the same object detected independently by two quite same object
  214. detected independently by two quite different techniques.  Moreover, the
  215. satellite may be one of those detected by ground-based observations during the
  216. edge-on presentation of the ring system in 1966.  Pioneer also found that
  217. there was absorption of high-energy electrons and protons by the satellites
  218. Enceladus and Tethys.  As a result of this absorption, low-energy charged
  219. particles are sputtered from the satellites' surfaces and create an oxygen-ion
  220. rich plasma torus at the orbit of each satellite.  Strong ultraviolet
  221. radiation from these oxygen ions was detected by Pioneer's ultraviolet
  222. photometer.
  223.  
  224.      There was no evidence of absorption of energetic particles by the
  225. suspected satellite Janus at or near a distance of 2.66 Saturn radii, although
  226. there were clear absorptions that might be associated with previously unknown
  227. satellites at 2.34 and 2.82 Saturn radii.
  228.  
  229.      The Pioneer observations indicate that the F ring and the G ring contain
  230. small satellites and that there may be small satellites associated with the A
  231. and B rings.  Formation of Saturn's rings by tidal breakup of a single
  232. satellite now seems unlikely.  It is postulated that although near Jupiter the
  233. satellites Io and Europa formed, the lesser mass density of the solar nebula
  234. at the distance of Saturn's orbit resulted in the formation of a system of
  235. rings and small satellites.
  236.  
  237.      The previously known large satellites did perturb Pioneer's path through
  238. the system.  From these effects, the masses of Iapetus, Rhea, and Titan were
  239. determined more accurately; their mean densities were calculated as 1.8, 1.0,
  240. and 1.32 gm/cm^3, respectively.  These satellites were confirmed as being
  241. low-density icy worlds.  The particle absorption signature of Mimas appeared
  242. unexpected because it suggests that Mimas has a diameter less than 180 km (112
  243. miles) compared with the generally accepted value of about 360 km (220 miles).
  244. If the smaller diameter is correct, the mean density of the satellite would be
  245. 5 gm/cm^3 - a surprisingly high value.
  246.  
  247.      The photopolarimeter obtained polarization measurements of Titan's
  248. atmosphere over a wide range of phase angles.  Light from Titan was found to
  249. be strongly polarized, and the data revealed the types of aerosols present in
  250. the Titan atmosphere.  The data appear to be consistent with a haze of methane
  251. particles extending high into the atmosphere.  Infrared radiation at 45 mu_m
  252. from the clouds revealed a cloudtop temperature of only -198 C (-324 F), about
  253. as expected for a body in equilibrium with solar radiation and one that
  254. generates no internal heat.  There may be warmer regions below that are
  255. obscured by aerosols, but nevertheless it appears that Titan does not have a
  256. significant internal heat source.  A greenhouse effect, which would trap solar
  257. radiation, was not ruled out; however, the results from Pioneer do not support
  258. the possibility that life or precursors of life exist on Titan.  The images of
  259. Titan obtained by the Pioneer spacecraft do not show any revealing detail.
  260.  
  261.      Data sets at red and blue wavelengths recorded by the imaging
  262. photopolarimeter provided information to determine the radius of Titan more
  263. precisely.  These radii are 2845 +/- 25 km and 2880 +/- 22 km for red and blue
  264. wavelengths, respectively.  The difference may result from there being a thin
  265. haze of submicrometer particles above the nominal haze layer.
  266.  
  267.      The linear polarization of the integrated disk of Titan in red and blue
  268. light at phase angles between 15 and 97 provided information about the sizes
  269. of particles in the atmosphere of this large satellite.  A polarization of 54%
  270. measured in blue light at 90 phase angle implies that the particles near the
  271. top of Titan's atmosphere must have radii smaller than about 0.09 mu_m if they
  272. have a refractive index of 2.0.  A smaller polarization in red light (41%)
  273. implies that the optical thickness of the layers of small aerosols is about
  274. 0.6 above an effective depolarizing surface.  The shape of the polarization/
  275. phase curve in blue light suggests increasing particle size with increasing
  276. depth in the atmosphere.
  277.  
  278.      Pioneer's ultraviolet instrument discovered a cloud of hydrogen atoms
  279. around Titan, extending at least 300,000 km (186,400 miles) along the orbit
  280. and about 180,000 km (112,000 miles) thick.  This discovery suggests that the
  281. methane in Titan's atmosphere is being broken down into hydrogen and carbon by
  282. solar radiation.  Hydrogen atoms would possess sufficient energy to escape
  283. into space - hence the observed hydrogen cloud.  Since the heavier carbon
  284. atoms do not travel fast enough to escape, they would be expected to remain in
  285. the atmosphere and possibly to produce aerosol clouds, the particles of which
  286. ultimately fall to Titan's surface.
  287.  
  288. The Rings of Saturn
  289.  
  290.      The Pioneer missions provided valuable information on the magnificent
  291. ring system of Saturn.  Discovered by Galileo in 1610, the true nature of this
  292. ring system - swarms of small orbiting bodies - was not understood until the
  293. speculations of Huygens in 1659.  This ring system has divisions and gaps
  294. where the orbiting particles are fewer in number than in the visible rings.
  295. The most prominent of these is Cassini's division.  Before the Pioneer
  296. encounter, the division was believed to be about 6400 km (4000 miles) wide,
  297. but Pioneer refined the dimension to 4200 km (2600 miles).  The division
  298. separates the two main bright rings, A and B.
  299.  
  300.      Some of the most spectacular pictures from any of the space missions were
  301. taken by Pioneer when it obtained images of Saturn's ring system illuminated
  302. from behind.  These pictures provided valuable new information that could
  303. never be obtained from Earth.  Those rings, which normally appear bright when
  304. viewed from Earth, appear dark in the Pioneer pictures, and the dark gaps in
  305. the rings as seen from Earth appear as bright rings in the Pioneer picture.
  306. The gaps appear bright because they are not entirely free of material and the
  307. particles within the gaps scatter the sunlight.  However, the particles within
  308. the bright rings are sufficient to intercept most of the sunlight and permit
  309. only a small amount of it to pass through.  These new viewpoints based on
  310. light transmitted through the rings allow scientists to assess much more
  311. accurately the thickness of the ring material.
  312.  
  313. [See Saturn w/Rings: A general view of Saturn and its magnificent ring system
  314. during the approach of Pioneer. The rings are illuminated from behind.]
  315.  
  316.      Several surprises came from Pioneer's observations of the ring system.
  317. No visual trace was found of an outermost E ring (sometimes refered to as the
  318. D1 ring), first referred to by Fournier when the rings were viewed edge-on in
  319. 1907.  He wrote of a faint, transparent, and luminous ring outside the
  320. principal rings of Saturn.  Other astronomers claimed they had seen the E ring
  321. when the rings were again edged in 1952 through 1954; it was photographed by
  322. W. A. Feibelman and G. P. Kuiper in the 1966 period.  Some radar data appeared
  323. to support the presence of the E ring but in the imaging data from Pioneer
  324. there was no trace of the ring.  Nonetheless, the energetic particle
  325. measurements suggest confirmatory evidence for a thin tenuous E ring.  Also,
  326. the dust detector provided evidence for the E ring and suggested a thickness
  327. of 1800 km with an optical depth (opacity) greater than 10^-8.
  328.  
  329.      The A ring, the bright outer ring seen from Earth, was found by Pioneer
  330. to transmit in part appreciable amounts of sunlight; it appeared bright in the
  331. Pioneer pictures.  Considerable structural details could be seen in the ring;
  332. the outer 25% was substantially darker than the rest of the ring, thereby
  333. showing that it contains more material.  The inner parts showed several
  334. regions that have a low particle density, but the innermost edge contains much
  335. material and is almost as opaque as the B ring.  This B ring, the brightest
  336. ring seen from Earth, is almost completely opaque to sunlight striking it on
  337. the side away from the observer.
  338.  
  339.      The composition and sizes of the particles comprising the rings have for
  340. many years been a matter of debate and speculation.  The celestial mechanics
  341. experiment showed that the total mass of the rings is less than 3 millionths
  342. that of Saturn itself.  Where the rings were illuminated by sunlight, Pioneer
  343. measured a temperature of -208 C (-342 F).  Where the planet's shadow fell on
  344. the rings, the temperature was -210 C (-346 F).  This small difference in
  345. temperature indicates that the rings receive energy from the dark hemisphere
  346. of Saturn.  The temperature of the unilluminated face of the rings was about
  347. -218 C (-360 F).  This temperature indicates that considerable infrared
  348. radiation is transmitted through the rings, but the rings are thick enough to
  349. insulate the dark side from the warmer sunlit side.  The rings cannot be more
  350. than 4 km (2.5 miles) thick.  The size of the ring particles appeared to be in
  351. the centimeter range.  However, Pioneer observations of the unilluminated side
  352. of the rings indicate a distribution of much smaller particles also -
  353. approximately 100 mu_m in diameter.  These may result from collisions between
  354. larger particles.
  355.  
  356.      The dark Cassini division between the A and B rings appeared quite bright
  357. when seen from Pioneer because it contains particles, and these scatter light
  358. through the division.  A less bright region near the middle of the division
  359. indicated a gap there.
  360.  
  361.      The C ring or Crepe ring, discovered by Bond in 1850, is a very faint
  362. dusky ring inside the B ring.  The C ring was clearly identified on the
  363. Pioneer pictures as a bright ring since it also scatters light.  Particles in
  364. this ring were apparently as diffuse as in Cassini's division.
  365.  
  366.      Pioneer confirmed the existence of another ring division that had been
  367. suggested by several French astronomers.  Pioneer pictures of the shadows of
  368. the rings on the clouds of Saturn clearly revealed a division between the B
  369. and C rings.  The division, about 3600 km (2200 miles) wide, was called the
  370. French or Dollfus division.
  371.  
  372.      Although no optical trace was found of the E ring (apparently it is too
  373. faint to be detected by the imaging photopolarimeter), a narrow ring appeared
  374. outside the A ring on the Pioneer pictures.  The Pioneer experimenters called
  375. the new ring the F ring.  It is quite narrow, less than 800 km (500 miles)
  376. wide, and it is separated from the outer edge of the A ring by a gap of about
  377. 3600 km (2240 miles) - named the Pioneer division by the spacecraft team.
  378. Details of the measurements of the ring system from Pioneer data are given in
  379. Table 6-2, "Ring Table."
  380.  
  381.  
  382. [See Ring Table: Table 6-2. Dimensions of Saturn's Ring System from Pioneer
  383. Data]
  384.  
  385.      Pioneer also discovered a substantial glow of atomic hydrogen around the
  386. ring system, which was enhanced at the B ring.  The presence of hydrogen is
  387. attributed to the dissociation of water molecules sputtered off the rings by
  388. sunlight.
  389.  
  390. The Planet Saturn
  391.  
  392.      Measurements of the trajectory of Pioneer past Saturn allowed the shape
  393. and gravity field of the planet to be determined more precisely than ever
  394. before.  Because of the planet's rapid rotation, Saturn's polar diameter is
  395. about 10% less than its equatorial diameter.  The polar flattening was
  396. determined more precisely from the spin-scan imaging data.  By overlapping
  397. graphical predictions of geometric distortions of spin-scan images with raster
  398. scans of the raw data (both displayed on the same scale), the precise geometry
  399. of each data-seeking sequence was established.  The predictions are quite
  400. sensitive to the dimensions assumed for Saturn and its rings.  As a result,
  401. scientists concluded that the ratio of polar-to-equatorial radius is 0.912 +/-
  402. 0.006 and that the Encke gap in the rings is 133,500 km (82,960 miles) from
  403. Saturn's center.
  404.  
  405.      Analysis of the gravity field, coupled with a temperature profile based
  406. on the measurements of heat emitted from the clouds in excess of that absorbed
  407. from the Sun, allowed the experimenters to develop a new view of the interior
  408. of the planet.  The planet's core of about 18 Earth masses appears to have two
  409. distinct regions.  An inner core, about the size of Earth but with a mass
  410. about 3 times that of Earth, is a mixture of iron-rich rocky materials.  An
  411. outer core, of about 9 Earth masses, is thought to consist of ammonia,
  412. methane, and water.  It probably extends from the center of the planet to
  413. about 23% of the radius, that is, to about 13,800 km (8,575 miles).  Above the
  414. core and extending to about 58% of Saturn's radius, there appears to be a
  415. region of liquid metallic hydrogen, a form of hydrogen at high temperature and
  416. under great pressure so that it readily conducts electricity.  The presence of
  417. this material was also indicated by the characteristics of the planet's
  418. magnetic field.  The nature of this field implied that the metallic hydrogen
  419. dynamo region of Saturn must be substantially smaller than that of Jupiter:
  420. 0.5 Saturn radii compared with 0.75 Jupiter radii, respectively.
  421.  
  422.      The effective temperature of Saturn measured by the infrared experiment
  423. was -177 C (-287 F), some 30 C less than that of Jupiter.  Saturn was found to
  424. radiate 2.8 +/- 0.9 times more heat than it absorbs from the Sun.  Photometric
  425. data lead, however, to a greater number.  Analysis of photometric observations
  426. at large phase angles in red and blue light led to an important conclusion.
  427. If Saturn scatters light similarly at other wavelengths, its bolometric
  428. geometric albedo together with the effective temperature of -177 C (reported
  429. by the infrared experimenters) imply that Saturn radiates three times as much
  430. energy as it receives from the Sun.
  431.  
  432.      It is suggested that only about half the planet's heat is generated by
  433. leftover heat of formation and by a continuing compression of the plane's core
  434. by the enormous weight of al layers of material above it.  Additional heat is
  435. probably being evolved by a separation of the planet's two major
  436. constituents, hydrogen and helium.  At Saturn's temperature, which is lower
  437. than Jupiter's, helium does not remain mixed with hydrogen as it might be
  438. within Jupiter.  The denser helium, gradually sinking to Saturn's core, is
  439. generating heat.  Infrared and radio occultation data show that the outer
  440. atmosphere of Saturn is about 90% hydrogen and 10% helium.
  441.  
  442. Saturn's Atmosphere and Cloud Systems
  443.  
  444.      The pictures of Saturn's clouds showed surprisingly little contrast.  The
  445. infrared data suggest that these clouds are thicker than the Jovian clouds.
  446. The images showed some scalloping on the edges of belts and zones, as on
  447. Jupiter.  Such scalloping is caused by differences in velocities between
  448. adjacent air masses.  There were subtle colors in the clouds away from the
  449. poles, but at the poles there was a clearly blue-green color.  This was
  450. believed to result from Rayleigh scattering of light in the atmosphere.
  451. Saturn's cloudtops appeared lower at the poles than at the equator.  Hence the
  452. planet's gaseous atmosphere could be seen above the clouds, ranging in color
  453. from dark blue to slightly green.
  454.  
  455.      Saturn's pastel colon changed to brownish belts at about 55 latitude in
  456. both hemispheres.  Near the terminator, the colors darkened, indicating that
  457. light was being scattered by the molecules of the atmospheric gases.
  458.  
  459.      The polarization measurements of Saturn indicated an atmosphere of clear
  460. gas to a pressure of 2 atm, then a region of small absorbing particles, then
  461. an ammonia haze, with a topmost ammonia cloud deck.  The cloudtops appeared to
  462. be at a pressure of about 750 mbar.  The colored clouds may be deeper in the
  463. atmosphere of Saturn than they are in the Jovian atmosphere, thereby
  464. accounting for the lack of strong coloring on Saturn.  Generally, Saturn
  465. appeared to have more and narrower belts and zones than Jupiter.  There
  466. appeared to be features like jet streams, one at about 70 north latitude and
  467. another near the equator.  A plume in the northern hemisphere, similar to that
  468. seen on Jupiter by Pioneer, was also discovered.  The jet stream is much
  469. faster than that of Jupiter:  350 km/hr (217 mph) compared with 150 km/hr (93
  470. mph).
  471.  
  472.      An ultraviolet glow, intensified at the polar regions, could be caused by
  473. aurorae or it might be a limb-brightening effect.
  474.  
  475.      Infrared measurements of the globe of Saturn showed that temperature
  476. dropped within 8 of the equator corresponding to the high clouds of the
  477. equatorial yellow band.  Also, the temperature of the belts and zones differed
  478. by about 2.5 C (4.5 F).  The temperature of the upper atmospheric layers was
  479. about 5 C (9 F) warmer than expected, thereby confirming suggestions that
  480. substantial heat moves from inside the planet outward, almost certainly by
  481. convective circulation.
  482.  
  483.      Saturn's ionosphere, as measured by the occultation experiment near the
  484. terminator, extends much higher than that of Jupiter, but the inferred
  485. temperature is about the same, of the order of 1000 C (1830 F).  Two peaks of
  486. electrons were identified.  The highest, at about 1800 km (1100 miles) above
  487. the cloudtops, has about 1.1 x 10^4 electrons/cm^3.  The other, at 1200 km
  488. (745 miles) has a peak electron density of 9 x 10^3/cm^3.
  489.  
  490.      The S-band radio signal also penetrated the neutral atmosphere of Saturn
  491. to the level of about 150 mbar (19% of Earth's atmospheric pressure at sea
  492. level).  The temperature structure derived from these data matches the
  493. temperatures derived from the infrared radiometer measurements for a
  494. composition of 90% hydrogen, 10% helium.  The minimum temperature was about
  495. -185 C (-301 F) at a level of about 100 mbar.
  496.  
  497.      The mission of the two Pioneer spacecraft to explore the giant planets of
  498. our Solar System was remarkably successful.  Many questions had been answered
  499. and many discoveries made.  Nonetheless, these giant planets, with their
  500. intriguing satellites, ring systems, and complex magnetospheres, posed many
  501. new questions.  Some of these are being answered by the Voyager spacecraft,
  502. but others will remain for future missions to place orbiters around these
  503. giants and to dispatch probes deep into their atmospheres.  The Pioneer
  504. trailblazers opened the outer Solar System to mankind, but a full exploration
  505. of the many planetary worlds there will take decades of human effort.  This
  506. exploration will undoubtedly reveal surprises equally as great as those of the
  507. Pioneers.
  508.  
  509.