Pre skalnú planétu môže byť jednoduché nájsť dĺžku dňa. Vyberte si referenčný bod a sledujte, ako dlho trvá otočenie mimo zorného poľa a potom spätné zobrazenie. Ale pre planéty ako Saturn to nie je také jednoduché. Neexistujú žiadne povrchové prvky na sledovanie.
Vedci strávili celé desaťročia pokusom určiť Saturnovo rotačné obdobie. Ale plynový gigant sa zdráhal odhaliť svoje tajomstvá. Nová štúdia v AGUŽurnál geofyzikálneho výskumu: Vesmírna fyzika môže mať konečne odpoveď. Štúdia je nazvaná „Saturnove mnohonásobné, variabilné periodicity: Dvojvetretový model termosphere-ionosphere-magnetosphere coupling“.
S planétou, ako je Zem, vieme, čo meráme, keď meriame dobu rotácie. Meriame povrch planéty. Ale pre plynový gigant, veci sú zložitejšie. O ktorej vrstve planéty vedci skutočne hovoria?
Saturn je viacvrstvový plynový gigant, pravdepodobne so skalnatým jadrom. Toto jadro je obklopené vrstvou ľadu, potom kovového vodíka a hélia. Potom oblasť hélia dažďa, ďalej obklopená oblasťou tekutého vodíka. Potom prichádza veľká oblasť plynného vodíka. Horná atmosféra Saturn pozostáva z troch vrstiev: na vrchu sú oblaky amoniaku, pod ním je sírovodík amónny a pod nimi oblaky vodnej pary.
Keď vedci hovoria o Saturnovom rotačnom období, hovoria o hornej atmosfére. Je to jediná časť planéty, ktorú možno skutočne zmerať.
Vedci sa pozerajú na rádiofrekvenčné vzorce, ktoré emituje plynný gigant, aby určili jeho dĺžku dňa. Problém so Saturnom spočíva v tom, že vysiela iba nízkofrekvenčné rádiové vzory, ktoré blokuje zemská atmosféra. Toto je v kontraste s Jupiterom, ktorý emituje vzory s vyššou frekvenciou, ktoré prechádzajú zemskou atmosférou. Z tohto dôvodu vedci dokázali vypracovať rotačnú dobu Jupitera pred príchodom kozmickej lode.
Saturn musel čakať do rokov 1980 a 1981, keď Voyager 1 a Voyager 2 navštívili a zhromaždili údaje. V tom čase merali rotačnú periódu po 10 hodinách, 40 minútach. To bolo najlepšie meranie dostupné v tom čase a zaseklo sa to. Už dve desaťročia.
Potom však Cassini navštívil Saturn a strávil 13 rokov štúdiom a jeho mesiacmi. Astronómovia boli prekvapení, keď zistili, že Saturnove rotačné obdobie sa zmenilo. Údaje z Cassini ukázali, že v priebehu dvadsiatich rokov medzi Voyagers a Cassini - nepatrné množstvo času v živote planéty - sa dĺžka dňa zmenila.
"Asi v roku 2004 sme videli, že sa toto obdobie zmenilo o 6 minút, približne o 1 percento."
Duane Pontius z Birmingham-Southern College v Alabame, spoluautor štúdie.
Cassini ukázala, že doba rotácie sa zmenila o 6 minút alebo o 1 percento.
„Asi v roku 2004 sme videli, že sa toto obdobie zmenilo o 6 minút, približne o 1 percento,“ uviedla Duane Pontius z Birmingham-Southern College v Alabame, spoluautor novej štúdie. "Dlho som predpokladal, že s interpretáciou údajov je niečo zlé," pripomenul Pontius. "Je to jednoducho nemožné."
Ako celá planéta mení svoje rotačné obdobie v takom krátkom čase? Zmena tejto veľkosti by mala trvať stovky miliónov rokov. Ale bolo ich viac: Cassini merala aj elektromagnetické vzorce, ktoré ukazujú, že severná a južná pologuľka mali rôzne rotačné obdobia.
Saturn's Changing Seasons
Pontius a ostatní autori chceli pochopiť, čo sa stalo a prečo došlo k nezrovnalostiam v meraniach. Za predpokladu, že Cassiniho údaje boli správne pochopené, musí existovať dôvod zmeny a rozdielu medzi pologuľami. Rozhodli sa porovnať Saturn s jeho najbližším súrodencom, Jupiterom.
Jedna vec, ktorú Saturn má, sú ročné obdobia. Saturn má axiálny sklon takmer 27 stupňov, ktorý je podobný sklonu 23 stupňov Zeme. Jupiter má iba sklon troch stupňov. Rovnako ako Zem, aj na severnej a južnej pologuli Saturnu sa na obežnej dráhe Slnka dostáva rôzne množstvo energie.
Na vonkajšom okraji saturnovej atmosféry je oblasť plazmy. Pontius a ďalší autori sa domnievajú, že rôzne množstvo UV energie dosahujúcej hemisféry v priebehu ročných období interaguje s touto plazmou. V modeli, ktorý vyvinuli, kolísanie UV žiarenia ovplyvňuje plazmu a vytvára viac alebo menej odpor pri priesečníku plazmy a vonkajšej atmosféry.
Odpor je to, čo určuje rotáciu atmosféry, ako to ukazujú emisie rádiových vĺn a že rotácia sa mení podľa obdobia, ktoré pozorujeme.
Odtlak z plazmy spomaľuje rotáciu, čo nám dáva dobu rotácie signalizovanú rádiovými emisiami. Ako sa mení sezóna, plazmatický odpor sa mení, rovnako ako aj rádiové emisie. Vedci zmerajú Saturnovu rotačnú periódu opäť rádiové emisie, pretože neexistujú žiadne pevné povrchové prvky.
Tento model, ktorý vyvinul Pontius a jeho kolegovia, poskytuje vysvetlenie zmeny rotácie, ku ktorej došlo za 20 rokov medzi Voyagers a Cassini. Toto meranie je však iba pre povrchové vrstvy Saturn. Skalnaté jadro, ktoré predstavuje 9 až 22-násobok hmotnosti Zeme, je skryté a nevyvrátiteľné pod desiatkami tisíc kilometrov atmosféry.
Viac:
- Tlačová správa: Zmysel Saturnovej nemožnej rotácie
- Vedecký článok: Saturnove mnohonásobné periodické zmeny: Duálny model termosféry - ionosféry - magnetosféry - duálny model zotrvačníka
- ESA Cassini-Huygens: Saturnova atmosféra
