Z komunikatu prasowego JPL:
Nowa analiza oparta na danych ze statku kosmicznego Cassini NASA znajduje związek przyczynowy między tajemniczymi, okresowymi sygnałami z pola magnetycznego Saturna a eksplozjami gorącego zjonizowanego gazu, zwanego plazmą, wokół planety.
Naukowcy odkryli, że ogromne chmury plazmy okresowo kwitną wokół Saturna i poruszają się po planecie jak niezrównoważony ładunek prania w cyklu wirowania. Ruch tej gorącej plazmy powoduje powtarzające się „uderzenie” w pomiarach wirującego środowiska magnetycznego Saturna i pomaga zilustrować, dlaczego naukowcy mieli tak trudny czas na pomiar długości dnia na Saturnie.
„Jest to przełom, który może wskazywać na pochodzenie tajemniczo zmieniających się okresów, które zaciemniają prawdziwy okres rotacji Saturna” - powiedział Pontus Brandt, główny autor artykułu i naukowiec z zespołu Cassini z Johns Hopkins University Applied Physics Laboratorium w Laurel, MD: „Najważniejsze pytanie brzmi, dlaczego te eksplozje zdarzają się okresowo”.
Dane pokazują, w jaki sposób wstrzyknięcia plazmy, prądy elektryczne i pole magnetyczne Saturna - zjawiska niewidoczne dla ludzkiego oka - są partnerami w skomplikowanej choreografii. Okresowe eksplozje plazmy tworzą wyspy ciśnienia obracające się wokół Saturna. Wyspy ciśnienia „nadmuchują” pole magnetyczne.
Nowa animacja pokazująca powiązane zachowanie można zobaczyć na stronie Cassini.
Wizualizacja pokazuje, jak niewidzialna gorąca plazma w magnetosferze Saturna - bańka magnetyczna wokół planety - eksploduje i zniekształca linie pola magnetycznego w odpowiedzi na ciśnienie. Magnetosfera Saturna nie jest idealną bańką, ponieważ jest odrzucana przez siłę wiatru słonecznego, który zawiera naładowane cząstki spływające ze Słońca.
Siła wiatru słonecznego rozciąga pole magnetyczne strony Saturna odwróconej od Słońca w tak zwany magnetotail. Zapadnięcie się magnetotaila wydaje się zapoczątkować proces, który powoduje wybuchy gorącej plazmy, które z kolei nadmuchują pole magnetyczne w wewnętrznej magnetosferze.
Naukowcy wciąż badają, co powoduje zapadanie się ogniwa magnetycznego Saturna, ale istnieją silne przesłanki, że zimna, gęsta plazma pierwotnie z księżyca Saturna Enceladus obraca się z Saturnem. Siły odśrodkowe rozciągają pole magnetyczne, aż część ogona odskoczy.
Odskakiwanie nagrzewa plazmę wokół Saturna, a ogrzana plazma zostaje uwięziona w polu magnetycznym. Na wyspach obraca się wokół planety z prędkością około 100 kilometrów na sekundę (200 000 mil na godzinę). W ten sam sposób, w jaki systemy wysokiego i niskiego ciśnienia na Ziemi wywołują wiatry, wysokie ciśnienia kosmiczne powodują prądy elektryczne. Prądy powodują zniekształcenia pola magnetycznego.
Sygnał radiowy znany jako promieniowanie kilometryczne Saturna, którego naukowcy wykorzystali do oszacowania długości dnia na Saturnie, jest ściśle związany z zachowaniem pola magnetycznego Saturna. Ponieważ Saturn nie ma powierzchni ani stałego punktu do taktowania swojej prędkości obrotowej, naukowcy wywnioskowali prędkość obrotową na podstawie pomiaru szczytów w tego typu emisji radiowej, która, jak się zakłada, gwałtownie rośnie z każdym obrotem planety. Ta metoda zadziałała w przypadku Jowisza, ale sygnały Saturna były różne. Pomiary z początku lat osiemdziesiątych wykonane przez statek kosmiczny Voyager NASA, dane uzyskane w 2000 roku przez misję ESA / NASA Ulysses, a dane Cassini od około 2003 roku do chwili obecnej różnią się w niewielkim, ale znaczącym stopniu. W rezultacie naukowcy nie są pewni, jak długo trwa dzień Saturna.
„Najważniejsze w tej nowej pracy jest to, że naukowcy zaczynają opisywać globalne, przyczynowe relacje między niektórymi złożonymi, niewidzialnymi siłami kształtującymi środowisko Saturna”, powiedziała Marcia Burton, naukowiec z badań pola i cząstek Cassini w NAS Propulsion Laboratory , Pasadena, Kalifornia: „Nowe wyniki wciąż nie dają nam długości dnia Saturna, ale dają nam ważne wskazówki, aby zacząć to rozgryzać. Długość dnia Saturna lub jego szybkość obrotu jest ważna dla określenia podstawowych właściwości Saturna, takich jak struktura jego wnętrza i prędkość jego wiatrów. ”
Osocze jest niewidoczne dla ludzkiego oka. Ale kamera jonowa i neutralna w magnetosferycznym instrumencie Cassini zapewnia trójwymiarowy widok, wykrywając neutralne atomy energetyczne emitowane z chmur plazmy wokół Saturna. Energiczne neutralne atomy powstają, gdy zimny, neutralny gaz zderza się z naładowanymi elektrycznie cząsteczkami w chmurze plazmy. Powstałe cząstki są neutralnie naładowane, więc są w stanie uciec polom magnetycznym i oddalić się w kosmos. Emisja tych cząstek często występuje w polach magnetycznych otaczających planety.
Łącząc obrazy otrzymywane co pół godziny, naukowcy stworzyli filmy z plazmy, która dryfuje po planecie. Naukowcy wykorzystali te obrazy do zrekonstruowania ciśnienia 3D wytwarzanego przez chmury plazmy i uzupełnili te wyniki ciśnieniami plazmy pochodzącymi ze spektrometru plazmowego Cassini. Gdy naukowcy zrozumieli ciśnienie i jego ewolucję, mogli obliczyć związane z tym zakłócenia pola magnetycznego wzdłuż toru lotu Cassini. Obliczone zaburzenie pola doskonale pasowało do obserwowanego „uderzenia” pola magnetycznego, potwierdzając źródło oscylacji pola.
„Wszyscy wiemy, że zmienne okresy rotacji zaobserwowano w pulsarach, miliony lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego, i teraz stwierdzamy, że podobne zjawisko obserwuje się tutaj na Saturnie”, powiedział Tom Krimigis, główny badacz magnetosferycznego instrumentu do obrazowania , również z siedzibą w Applied Physics Laboratory i Academy of Athens, Grecja. „Dzięki instrumentom w miejscu, w którym to się dzieje, możemy stwierdzić, że przepływy plazmy i złożone układy prądowe mogą maskować rzeczywisty okres rotacji ciała centralnego. W ten sposób obserwacje w naszym Układzie Słonecznym pomagają nam zrozumieć, co widać w odległych obiektach astrofizycznych ”.
Źródło: JPL
