Za kamniti planet je lahko iskanje dolžine dneva preprosto. Samo izberite referenčno točko in glejte, koliko časa traja, da se zasuka iz vidnega polja, nato pa se ponovno prikaže. Toda za planete, kot je Saturn, ni tako preprosto. Za sledenje ni površinskih značilnosti.
Znanstveniki so desetletja poskušali določiti Saturn rotacijsko obdobje . Toda plinski velikan ni hotel razkriti svojih skrivnosti. Nova študija v AGUJournal of Geophysical Research: Space Physicsmorda končno odgovor. Študija nosi naslov » Saturnove večkratne, spremenljive periodičnosti: model dvojnega vztrajnika povezovanja termosfera-jonosfera-magnetosfera. '
Pri planetu, kot je Zemlja, vemo, kaj merimo, ko merimo rotacijsko obdobje. Merimo površino planeta. Toda za plinskega velikana so stvari bolj zapletene. O kateri plasti planeta pravzaprav govorijo znanstveniki?
Saturn je a večplastni plinski velikan , verjetno s kamnitim jedrom. To jedro je obdano s plastjo ledu, nato kovinskega vodika in helija. Nato območje helijevega dežja, nadalje obkroženo z območjem tekočega vodika. Nato pride veliko območje plinastega vodika. Saturnova zgornja atmosfera je sestavljena iz treh plasti: na vrhu so oblaki amoniaka, pod njim je amonijev hidrosulfid, spodaj pa oblaki vodne pare.
Lestvica diagrama Saturna, ki prikazuje nekatere podrobnosti v strukturi planeta. Zasluge slike: Kelvinsong – lastno delo, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=32219154
Ko znanstveniki govorijo o Saturnovi rotacijski dobi, govorijo o zgornji atmosferi. To je edini del planeta, ki ga je mogoče resnično izmeriti.
Znanstveniki si ogledajo radiofrekvenčne vzorce, ki jih oddaja plinski velikan, da bi določili njegovo dolžino dneva. Težava pri Saturnu je v tem, da oddaja samo nizkofrekvenčne radijske vzorce, ki jih blokira zemeljska atmosfera. To je v nasprotju z Jupitrom, ki oddaja visokofrekvenčne vzorce, ki prehajajo skozi Zemljino atmosfero. Zaradi tega so znanstveniki lahko določili Jupitrovo rotacijsko obdobje pred prihodom vesoljskih plovil.
Saturn je moral počakati do let 1980 in 1981, ko je bil Voyager 1 in Voyager 2 obiskanih in zbranih podatkov. Takrat so izmerili rotacijsko dobo 10 ur 40 minut. To je bila takrat najboljša razpoložljiva meritev in se je zataknila. Že dve desetletji.
Potem pa Cassini obiskal Saturn in 13 let preučeval njega in njegove lune. Astronomi so bili presenečeni, ko so ugotovili, da se je Saturnovo obdobje vrtenja spremenilo. Podatki Cassinija so pokazali, da se je v dvajsetih letih med Voyagerji in Cassinijem – nepomembno količino časa v življenju planeta – dolžina dneva spremenila.
'Približno leta 2004 smo videli, da se je obdobje spremenilo za 6 minut, približno 1 odstotek.'
Duane Pontius iz Birmingham-Southern College v Alabami, soavtor študije.
Cassini je pokazal, da se je rotacijsko obdobje spremenilo za 6 minut ali približno 1 odstotek.
'Približno leta 2004 smo videli, da se je obdobje spremenilo za 6 minut, približno 1 odstotek,' je povedal Duane Pontius z Birmingham-Southern College v Alabami, soavtor nove študije. »Dolgo časa sem domneval, da je z interpretacijo podatkov nekaj narobe,« se je spomnil Pontius. 'Preprosto ni mogoče.'
Kako celoten planet spremeni svojo rotacijsko dobo v tako kratkem času? Sprememba te velikosti bi morala trajati na stotine milijonov let. A bilo je še več: Cassini je meril tudi elektromagnetne vzorce, ki kažejo, da imata severna in južna polobla različna obdobja vrtenja.
Saturnovo spreminjanje letnih časov
Pontius in drugi avtorji so želeli razumeti, kaj se je zgodilo in zakaj je prišlo do neskladja v meritvah. Ob predpostavki, da so bili Cassinijevi podatki pravilno razumljeni, je moral obstajati razlog za spremembo in za razliko med hemisferami. Odločili so se primerjati Saturn z njegovim najbližjim bratom Jupitrom.
Ena stvar, ki jo ima Saturn, so letni časi. Saturn ima aksialni nagib skoraj 27 stopinj, kar je podobno nagibu Zemlje za 23 stopinj. Jupiter ima le tri stopinje nagiba. Tako kot Zemlja tudi Saturnova severna in južna polobla prejemata različne količine energije, ko kroži okoli Sonca.
Nagib in vrtenje 8 planetov Osončja. NASA/James O'Donoghue (JAXA).
Na zunanjem robu Saturnove atmosfere je območje plazme. Pontius in drugi avtorji menijo, da različna količina UV energije, ki doseže hemisfere skozi letni čas, deluje s to plazmo. V modelu, ki so ga razvili, spremembe UV vplivajo na plazmo, kar ustvarja večji ali manjši upor na presečišču plazme in zunanje atmosfere.
Upor je tisto, kar določa vrtenje ozračja, kot ga kažejo emisije radijskih valov, in ta rotacija se spreminja glede na letni čas, ki ga opazujemo.
Mehanski analogni model, kaj se lahko dogaja s severno in južno poloblo Saturnove atmosfere in magnetosferske plazme za ustvarjanje zavajajočih signalov o tem, kako hitro se planet vrti. »Zavora« je upočasnitev plazme, ko ta odleti dlje od planeta, na enak način se roke vrtečega se plesalca premikajo počasneje, ko so iztegnjene, kot če jih držijo ob telesu. Zasluge slike: E. L. Brooks, et al, 2019, JGR: vesoljska fizika.
Upor plazme je tisto, kar upočasni vrtenje, kar nam daje obdobje vrtenja, ki ga signalizirajo radijske emisije. Ko se spremeni letni čas, se spremeni upor plazme in tudi radijske emisije. Spet so radijske emisije, s katerimi znanstveniki merijo Saturnovo rotacijsko obdobje, saj ni fiksnih površinskih značilnosti.
Ta model, ki so ga razvili Pontius in njegovi sodelavci, ponuja razlago za spremembo rotacije, ki smo jo opazili v 20 letih med Voyagerji in Cassinijem. Ta meritev velja samo za Saturnove površinske plasti. Kamnito jedro, ki je med 9-22-kratno maso Zemlje, je skrito in nedoumljivo pod deset tisoč kilometrov atmosfere.
Več:
- Izjava za javnost: Osmišljanje Saturnove nemogoče rotacije
- znanstveni članek: Saturnove večkratne, spremenljive periodičnosti: dvojni?model vztrajnika povezovanja termosfere?jonosfere?magnetosfere
- ESA Cassini-Huygens: Saturnova atmosfera