W przypadku skalistej planety znalezienie długości dnia może być proste. Wystarczy wybrać punkt odniesienia i obserwować, ile czasu zajmuje obrócenie widoku, a następnie powrót do widoku. Ale dla planet takich jak Saturn nie jest to takie proste. Brak elementów powierzchni do śledzenia.
Naukowcy spędzili dziesięciolecia, próbując ustalić okres rotacji Saturna. Ale gazowy gigant niechętnie ujawnia swoje tajemnice. Nowe badanie w AGUJournal of Geophysical Research: Space Physics może w końcu uzyskać odpowiedź. Badanie nosi tytuł „Wielokrotne, zmienne okresy Saturna: model podwójnego koła zamachowego sprzężenia termosfera-jonosfera-magnetosfera”.
Dzięki planecie takiej jak Ziemia wiemy, co mierzymy, mierząc okres rotacji. Mierzymy powierzchnię planety. Ale dla gazowego giganta sprawy są bardziej złożone. O której warstwie planety mówią naukowcy?
Saturn to wielowarstwowy gazowy gigant, prawdopodobnie o skalistym jądrze. Rdzeń jest otoczony warstwą lodu, a następnie metalicznym wodorem i helem. Następnie obszar deszczu helowego, dodatkowo otoczony obszarem ciekłego wodoru. Potem pojawia się duży obszar gazowego wodoru. Górna atmosfera Saturna składa się z trzech warstw: u góry znajdują się chmury amoniaku, pod nimi znajduje się wodorosiarczek amonu, a poniżej chmury pary wodnej.
Kiedy naukowcy mówią o okresie rotacji Saturna, mówią o górnej atmosferze. To jedyna część planety, którą naprawdę można zmierzyć.
Naukowcy przyglądają się wzorcom częstotliwości radiowej emitowanym przez giganta gazowego, aby określić jego długość dnia. Trudność z Saturnem polega na tym, że emituje on jedynie wzorce radiowe niskiej częstotliwości, które blokuje atmosfera ziemska. Jest to w przeciwieństwie do Jowisza, który emituje wzory o wyższej częstotliwości, które przechodzą przez ziemską atmosferę. Z tego powodu naukowcy byli w stanie obliczyć okres obrotowy Jowisza przed pojawieniem się statku kosmicznego.
Saturn musiał czekać do 1980 i 1981 roku, kiedy Voyager 1 i Voyager 2 odwiedzili i zgromadzili dane. W tym czasie mierzyli okres rotacji po 10 godzinach i 40 minutach. To był najlepszy dostępny pomiar w tym czasie i utknął. Przez dwie dekady.
Ale potem Cassini odwiedził Saturna i spędził 13 lat badając go i jego księżyce. Astronomowie byli zaskoczeni, gdy odkryli, że okres rotacji Saturna zmienił się. Dane Cassini pokazały, że w ciągu dwudziestu lat między Voyagerami a Cassini - niewielka ilość czasu w życiu planety - długość dnia uległa zmianie.
„Około 2004 r. Zauważyliśmy, że okres zmienił się o 6 minut, o 1 procent”.
Duane Pontius z Birmingham-Southern College w Alabamie, współautor badań.
Cassini wykazał, że okres rotacji zmienił się o 6 minut, czyli o około 1 procent.
„Około 2004 r. Zauważyliśmy, że okres zmienił się o 6 minut, o około 1 procent”, powiedział Duane Pontius z Birmingham-Southern College w Alabamie, współautor nowego badania. „Przez długi czas zakładałem, że coś jest nie tak z interpretacją danych” - przypomniał Poncjusz. „To po prostu niemożliwe.”
Jak cała planeta zmienia okres rotacji w tak krótkim czasie? Zmiana tej wielkości powinna zająć setki milionów lat. Ale było więcej: Cassini mierzył również wzorce elektromagnetyczne pokazujące, że półkule północna i południowa miały różne okresy rotacji.
Zmieniające się pory roku Saturna
Poncjusz i inni autorzy chcieli zrozumieć, co się stało i dlaczego w pomiarach występuje rozbieżność. Zakładając, że dane Cassiniego były poprawnie rozumiane, musiał istnieć powód zmiany i różnicy między półkulami. Postanowili porównać Saturna z jego najbliższym rodzeństwem, Jowiszem.
Jedną rzeczą, którą ma Saturn, są pory roku. Saturn ma nachylenie osiowe o wartości prawie 27 stopni, co jest podobne do nachylenia Ziemi o 23 stopnie. Jowisz ma tylko trzy stopnie pochylenia. Podobnie jak Ziemia, półkule północna i południowa Saturna otrzymują różne ilości energii, krążąc wokół Słońca.
Na zewnętrznej krawędzi atmosfery Saturna znajduje się obszar plazmy. Poncjusz i inni autorzy uważają, że różna ilość energii UV docierającej do półkul w różnych porach roku oddziałuje z tą plazmą. W opracowanym przez nich modelu zmiany UV wpływają na plazmę, powodując mniej więcej opór na przecięciu plazmy i atmosfery zewnętrznej.
Opór determinuje rotację atmosfery, na co wskazują emisje fal radiowych, i ta rotacja zmienia się w zależności od sezonu, który obserwujemy.
Przeciąganie z plazmy spowalnia rotację, dając nam okres rotacji sygnalizowany przez emisje radiowe. Wraz ze zmianą sezonu zmienia się opór plazmy, podobnie jak emisje radiowe. Ponownie, to emisje radiowe, którymi naukowcy mierzą okres rotacji Saturna, ponieważ nie ma nieruchomych elementów powierzchniowych.
Ten model opracowany przez Poncjusza i jego współpracowników stanowi wyjaśnienie zmiany rotacji obserwowanej w ciągu 20 lat między Voyagers i Cassini. Ten pomiar dotyczy jednak tylko powierzchniowych warstw Saturna. Skaliste jądro, które jest między 9-22 razy masą Ziemi, jest ukryte i nieodgadnione pod dziesiątkami tysięcy kilometrów atmosfery.
Więcej:
- Informacja prasowa: Sens niemożliwego obrotu Saturna
- Artykuł naukowy: Wielokrotne, zmienne okresy Saturna: podwójny model koła zamachowego termosfery? Jonosfery? Sprzężenie magnetosfery
- ESA Cassini-Huygens: Atmosfera Saturna
