Для скелястої планети пошук тривалості дня може бути простим. Просто виберіть опорну точку і дивіться, скільки часу потрібно обертати з поля зору, а потім назад у поле перегляду. Але для таких планет, як Сатурн, це не так просто. Немає особливостей поверхні для відстеження.
Вчені витратили десятиліття, намагаючись визначити період обертання Сатурна. Але газовий гігант неохоче розкриває свої секрети. Нове дослідження в АГУЖурнал геофізичних досліджень: фізика космосу може нарешті мати відповідь. Дослідження має назву "Багаторазова, змінна періодичність Сатурна: модель подвійного маховика зчеплення термосфера-іоносфера-магнітосфера".
З такою планетою, як Земля, ми знаємо, що ми вимірюємо, коли вимірюємо період обертання. Ми вимірюємо поверхню планети. Але для газового гіганта справи складніші. Про який шар планети насправді говорять вчені?
Сатурн - багатошаровий газовий гігант, швидше за все, зі скелястим стрижнем. Це ядро оточене шаром льоду, а потім металевого водню та гелію. Потім область дощу гелію, далі оточена областю рідкого водню. Потім надходить велика область газоподібного водню. Верхня атмосфера Сатурна складається з трьох шарів: вгорі - хмари аміаку, під цим - гідросульфід амонію, а внизу - хмари водяної пари.
Коли вчені говорять про період обертання Сатурна, вони говорять про верхню атмосферу. Це єдина частина планети, яку дійсно можна виміряти.
Вчені розглядають схеми радіочастот, які випромінює газовий гігант, щоб визначити його тривалість дня. Складність із Сатурном полягає в тому, що він випромінює лише низькочастотні радіозразки, які блокує земна атмосфера. Це на відміну від Юпітера, який випромінює вищі частоти, що проходять через земну атмосферу. Через це вченим вдалося розробити обертальний період Юпітера до появи космічних кораблів.
Сатурну довелося чекати до 1980 та 1981 років, коли Voyager 1 та Voyager 2 відвідували та збирали дані. Тоді вони вимірювали період обертання в 10 годин, 40 хвилин. То був найкращий доступний вимір на той момент, і він застряг. Протягом двох десятиліть.
Але потім Кассіні відвідав Сатурн і провів 13 років, вивчаючи його та його місяці. Астрономи з подивом виявили, що період обертання Сатурна змінився. Дані Кассіні показали, що за двадцять років між Вояджерами та Кассіні - незначна кількість часу в житті планети - тривалість дня змінилася.
"Приблизно у 2004 році ми побачили, що період змінився на 6 хвилин, приблизно на 1 відсоток".
Дуейн Понтій з Бірмінгем-Південного коледжу в Алабамі, співавтор дослідження.
Кассіні показав, що період обертання змінився на 6 хвилин, або приблизно на 1 відсоток.
"Приблизно у 2004 році ми побачили, що період змінився на 6 хвилин, приблизно на 1 відсоток", - сказав Дуейн Понтій з Бірмінгем-Південного коледжу в Алабамі, співавтор нового дослідження. "Тривалий час я вважав, що в трактуванні даних щось не так", - нагадав Понтій. "Це просто неможливо".
Як ціла планета за такий короткий час змінює свій обертальний період? Зміна такої величини повинна зайняти сотні мільйонів років. Але було і більше: Кассіні також вимірював електромагнітні структури, що показують, що північна і південна півкулі мали різні періоди обертання.
Зміна пір року Сатурна
Понтій та інші автори хотіли зрозуміти, що сталося, і чому була невідповідність вимірювань. Якщо припустити, що дані Кассіні зрозуміли правильно, мала бути причина для зміни та різниці між півкулями. Вони вирішили порівняти Сатурн з його найближчим братом, Юпітером.
Одна річ, яку має Сатурн - це сезони. Сатурн має осьовий нахил майже 27 градусів, що схоже на нахил Землі на 23 градуси. Юпітер має лише нахил у три ступеня. Як і Земля, північна та південна півкулі Сатурна отримують різну кількість енергії, коли вона обертається навколо Сонця.
На зовнішньому краю атмосфери Сатурна розташована область плазми. Понтій та інші автори вважають, що різна кількість ультрафіолетової енергії, що досягає півкуль в сезони, взаємодіє з цією плазмою. У моделі, яку вони розробили, зміни УФ впливають на плазму, створюючи більш-менш затягування на перетині плазми та зовнішньої атмосфери.
Перетяг - це те, що визначає обертання атмосфери, як показано випромінюванням радіохвиль, і що обертання змінюється відповідно до сезону, який ми спостерігаємо.
Перетягування з плазми - це те, що уповільнює обертання, надаючи нам період обертання, сигналізований радіовипромінюванням. Із зміною сезону зміни плазмового руху змінюються і радіовипромінювання. Знову ж таки, радіовипромінювання вчені вимірюють час обертання Сатурна, оскільки немає фіксованих характеристик поверхні.
Ця модель, розроблена Понтієм та його колегами, пояснює зміну обертання, що спостерігається за 20 років між Вояджерами та Кассіні. Це вимірювання лише для поверхневих шарів Сатурна. Скельне ядро, яке в 9-22 рази перевищує масу Землі, приховане і нерозбірливе під десятками тисяч кілометрів атмосфери.
Більше:
- Прес-реліз: Уявлення про неможливість обертання Сатурна
- Науковий документ: Багаторазова, змінна періодичність Сатурна: подвійна модель маховика термосфери, іоносфера, магнітосфера
- ESA Кассіні-Гюйгенс: Атмосфера Сатурна
