Glavni AstronomijaZato je Saturnovo vrtenje tako težko izmeriti

Zato je Saturnovo vrtenje tako težko izmeriti

Astronomija : Zato je Saturnovo vrtenje tako težko izmeriti

Za skalnat planet je iskanje dneva lahko preprosto. Samo izberite referenčno točko in opazujte, kako dolgo traja, da se zasuk zasuka, nato pa nazaj v pogled. Toda za planete, kot je Saturn, ni tako preprosto. Ni površinskih značilnosti, ki bi jih lahko spremljali.

Znanstveniki so več desetletij poskušali določiti Saturnovo rotacijsko obdobje. Toda plinski velikan neradi razkrije svoje skrivnosti. Nova študija v AGU Journal of Geophysical Research: Space Physics bo končno lahko dobila odgovor. Študija ima naslov „Saturnova večkratna in spremenljiva periodičnost: model z dvojnim vztrajnikom termosfera-ionosfera-magnetosfera.“

S planetom, kot je Zemlja, vemo, kaj merimo, ko merimo obdobje rotacije. Merimo površino planeta. Toda za plinskega velikana so stvari bolj zapletene. O kateri plasti planeta znanstveniki dejansko govorijo?

Saturn je večplastni plinski velikan, verjetno s kamnitim jedrom. To jedro je obdano s plastjo ledu, nato kovinskim vodikom in helijem. Nato območje helijskega dežja, ki ga dodatno obkroži območje tekočega vodika. Potem pride veliko območje plinastega vodika. Zgornja atmosfera Saturna je sestavljena iz treh plasti: na vrhu so oblaki amoniaka, pod njimi je amonijev hidrosulfid, spodaj pa oblaki vodne pare.

Lestvica diagrama Saturna, ki prikazuje nekatere podrobnosti v strukturi planeta. Kreditna slika: avtor Kelvinsong - lastno delo, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=32219154

Ko znanstveniki govorijo o Saturnovem rotacijskem obdobju, govorijo o zgornji atmosferi. To je edini del planeta, ki ga je res mogoče izmeriti.

Znanstveniki gledajo na radiofrekvenčne vzorce, ki jih plinski velikan oddaja, da določijo njegovo dolžino dneva. Težava s Saturnom je, da oddaja le nizkofrekvenčne radijske vzorce, ki jih Zemljina atmosfera blokira. To je v nasprotju z Jupitrom, ki oddaja vzorce višjih frekvenc, ki prehajajo skozi Zemljino atmosfero. Zaradi tega so znanstveniki lahko razvili Jupitrovo rotacijsko obdobje pred pojavom vesoljskih plovil.

Saturn je moral počakati do leta 1980 in 1981, ko sta Voyager 1 in Voyager 2 obiskala in zbirala podatke. Takrat so merili obdobje vrtenja pri 10 urah, 40 minutah. To je bila najboljša razpoložljiva meritev v tistem času in je obtičala. Dve desetletji.

Potem pa je Cassini obiskal Saturn in 13 let preučil njega in njegove lune. Astronomi so presenečeni ugotovili, da se je obdobje rotacije Saturn spremenilo. Podatki o Cassiniju so pokazali, da se je v dvajsetih letih med Voyagersom in Cassini an neznatno veliko časa v življenju planeta dolžina dneva spremenila.

V letu 2004 smo videli, da se je obdobje spremenilo za 6 minut, približno za 1 odstotek

Duane Pontius iz Birmingham-Southern Collegea v Alabami, soavtor študije.

Cassini je pokazal, da se je obdobje rotacije spremenilo za 6 minut ali za približno 1 odstotek.

V letu 2004 smo videli, da se je obdobje spremenilo za 6 minut, približno za en odstotek, je dejal Duane Pontius iz Birmingham-Southern Collegea v Alabami, soavtor nove študije. Dolgo časa sem domneval, da je z interpretacijo podatkov nekaj narobe, se je spominjal Poncij. It s preprosto ni mogoče.

Kako cel planet v tako kratkem času spremeni svoje rotacijsko obdobje? Spremembe tega obsega bi morale trajati sto milijonov let. A bilo je še več: Cassini je meril tudi elektromagnetne vzorce, ki kažejo, da imata severna in južna polobla različna obdobja rotacije.

Saturn s spreminjanje letnih časov

Pontius in drugi avtorji so želeli razumeti, kaj se je zgodilo, in zakaj je pri meritvah prišlo do neskladja. Ob predpostavki, da se Cassinijevi podatki razumejo pravilno, je moral biti razlog za spremembo in razliko med poloblami. Odločili so se, da bodo primerjali Saturn z najbližjim bratom, Jupitrom.

Saturn ima eno sezono. Saturn ima aksialni nagib skoraj 27 stopinj, kar je podobno kot Zemlje s 23-stopinjskim nagibom. Jupiter ima le tri stopinjski nagib. Tako kot Zemlja, Saturn s severne in južne poloble prejemajo različne količine energije, ko kroži okoli Sonca.

Nagib in vrtenje Osončja s 8 planetov. NASA / James O Donoghue (JAXA).

Na zunanjem robu Saturn s atmosfere je območje plazme. Pontius in drugi avtorji menijo, da različna količina UV energije, ki skozi letne čase doseže polkrog, vpliva na to plazmo. V modelu, ki so ga razvili, spremembe UV vplivajo na plazmo in ustvarjajo bolj ali manj vleka na presečišču plazme in zunanje atmosfere.

Vleka je tisto, kar določa vrtenje ozračja, kot kažejo emisije radijskih valov, in vrtenje se spreminja glede na letni čas, ki ga opazujemo.

Mehanski analogni model dogajanja s severno in južno poloblo Saturnovega ozračja in magnetosferske plazme ustvarja zavajajoče signale, kako hitro se planet vrti. Zavora je upočasnitev plazme, kot je nadalje leti iz planeta, na enak način, predenje plesalci roke premikajo počasneje, ko so iztegnjenimi kot takrat, ko so potekala tik ob telesu. Kreditna slika: Iz E. L. Brooksa in sod., 2019, JGR: Vesoljska fizika.
Mehanski analogni model dogajanja s severno in južno poloblo Saturnove atmosfere in magnetosferske plazme ustvarja zavajajoče signale, kako hitro se planet vrti. "Zavora" je upočasnitev plazme, ko leti dalje od planeta, na enak način, ko se roke vrtečega plesalca gibljejo počasneje, ko so iztegnjene, kot če jih držijo ob telesu. Kreditna slika: Iz EL Brooks in sod., 2019, JGR: Vesoljska fizika.

Vlečenje iz plazme je tisto, kar upočasni vrtenje, kar nam daje obdobje vrtenja, ki ga signalizirajo radio emisije. Ko se sezona spreminja, se spreminja povlek plazme in tako tudi radijske emisije. Spet radio emisije so tiste, s katerimi znanstveniki merijo rotacijsko obdobje, saj ni značilnosti površin.

Ta model, ki sta ga razvila Pontius in njegovi sodelavci, ponuja razlago za spremembo rotacije, ki so jo opazili v 20 letih med Voyagerji in Cassinijem. Ta meritev pa velja samo za Saturnove površinske plasti. Kamnito jedro, ki je med 9-22-kratno maso Zemlje, je pod več deset tisoč kilometri ozračja skrito in nedopustno.

Več:

  • Sporočilo za javnost: Zaznavanje Saturnovega nemogočega vrtenja
  • Znanstveni članek: Saturnove večkratne, spremenljive periodičnosti: dvojni model z vztrajnikom termosfere, ionosfera in magnetosfera
  • ESA Cassini-Huygens: Saturnova atmosfera
Kategorija:
Sestanek AAS v St. Louisu, 1-5
Glejte hišni asteroidni prelaz blizu Zemlje nocoj (11. 12.)