Pro skalní planetu může být nalezení délky dne jednoduché. Stačí vybrat referenční bod a sledovat, jak dlouho trvá otočení mimo zorné pole a poté zpět do zorného pole. Ale pro planety, jako je Saturn, to není tak jednoduché. Neexistují žádné povrchové prvky ke sledování.
Vědci strávili desetiletí snahou určit Saturnovo rotační období. Ale plynový gigant se zdráhal odhalit svá tajemství. Nová studie v AGUŽurnál geofyzikálního výzkumu: Space Physics může mít konečně odpověď. Studie se nazývá „Saturnovy rozmanité, proměnlivé periodicity: model setrvačníku typu termosphere-ionosphere-magnetosphere coupling“.
S planetou, jako je Země, víme, co měříme, když změříme dobu rotace. Měříme povrch planety. Ale pro plynného obra jsou věci složitější. O které vrstvě planety vědci vlastně mluví?
Saturn je vícevrstvý plynový gigant, pravděpodobně se skalnatým jádrem. Toto jádro je obklopeno vrstvou ledu, pak kovového vodíku a helia. Pak oblast heliového deště, dále obklopená oblastí tekutého vodíku. Pak přichází velká oblast plynného vodíku. Saturnova horní atmosféra je tvořena třemi vrstvami: nahoře jsou mraky amoniaku, pod ním je hydrosulfid amonný a pod nimi mraky vodní páry.
Když vědci hovoří o Saturnově rotačním období, mluví o horní atmosféře. Je to jediná část planety, kterou lze skutečně měřit.
Vědci se dívají na vysokofrekvenční vzorce, které vyzařuje plynný gigant, aby určili jeho délku dne. Problém se Saturnem spočívá v tom, že vysílá pouze nízkofrekvenční rádiové vzorce, které blokuje zemská atmosféra. To je v kontrastu s Jupiterem, který emituje vzory vyšší frekvence, které procházejí zemskou atmosférou. Z tohoto důvodu byli vědci schopni před příchodem kosmické lodi zjistit Jupiterovo rotační období.
Saturn musel počkat do roku 1980 a 1981, kdy Voyager 1 a Voyager 2 navštívily a shromáždily data. V té době měřili dobu rotace po 10 hodinách, 40 minutách. To bylo nejlepší dostupné měření v té době a to se zaseklo. Po dvě desetiletí.
Ale pak Cassini navštívil Saturn a strávil 13 let studiem a jeho měsíci. Astronomové byli ohromeni, když zjistili, že se Saturnovo rotační období změnilo. Cassini data ukázala, že za dvacet let mezi Voyagers a Cassini - nepatrné množství času v životě planety - se délka dne změnila.
"Asi v roce 2004 jsme viděli, že se období změnilo o 6 minut, asi 1 procento."
Duane Pontius z Birmingham-Southern College v Alabamě, spoluřešitel studia.
Cassini ukázala, že doba rotace se změnila o 6 minut, tj. Asi 1 procento.
"Asi v roce 2004 jsme viděli, že se období změnilo o 6 minut, asi 1 procento," řekla Duane Pontius z Birmingham-Southern College v Alabamě, spoluautor nové studie. "Dlouho jsem předpokládal, že s interpretací dat je něco špatného," vzpomněl si Pontius. "To prostě není možné."
Jak mění celá planeta své rotační období v tak krátké době? Ke změně této velikosti by mělo dojít stovky milionů let. Ale bylo jich víc: Cassini také měřil elektromagnetické vzorce, které ukazují, že severní a jižní polokoule měly různé rotační periody.
Saturn's Changing Seasons
Pontius a ostatní autoři chtěli pochopit, co se stalo, a proč došlo k nesrovnalostem v měření. Za předpokladu, že Cassiniho data byla správně pochopena, musí existovat důvod pro změnu a pro rozdíl mezi hemisférami. Rozhodli se porovnat Saturn s jeho nejbližším sourozencem, Jupiterem.
Jedna věc, kterou Saturn má, jsou roční období. Saturn má axiální náklon téměř 27 stupňů, který je podobný naklonění 23 stupňů na Zemi. Jupiter má pouze třístupňový náklon. Stejně jako Země, Saturnovy severní a jižní polokoule přijímají různá množství energie, když obíhají kolem Slunce.
Na vnějším okraji saturnovy atmosféry je oblast plazmy. Pontius a další autoři se domnívají, že různé množství UV energie dosahující hemisfér v průběhu ročních období interaguje s touto plazmou. V modelu, který vyvinuli, kolísání UV záření ovlivňuje plazmu a vytváří více či méně odpor na průniku plazmy a vnější atmosféry.
Tah je to, co určuje rotaci atmosféry, jak ukazuje emise rádiových vln, a že rotace se mění v závislosti na ročním období, které sledujeme.
Tah z plazmy zpomaluje rotaci, což nám dává dobu rotace signalizovanou rádiovými emisemi. Jak se mění sezóna, plazmatický odpor se mění, stejně jako emise rádia. Vědci opět měří dobu rotace Saturn, protože neexistují žádné pevné povrchové prvky.
Tento model vyvinutý Pontiem a jeho kolegy poskytuje vysvětlení změny rotace, ke které došlo během 20 let mezi Voyagers a Cassini. Toto měření je však pouze pro povrchové vrstvy Saturn. Skalnaté jádro, které je 9-22krát větší než hmotnost Země, je skryto a nevyzpytatelné pod desítkami tisíc kilometrů atmosféry.
Více:
- Tisková zpráva: Dává smysl Saturnově nemožné rotaci
- Vědecký článek: Saturnovy četné, proměnlivé periodicity: Duální „setrvačníkový model termosféry“ ionosféry - magnetosférické vazby
- ESA Cassini-Huygens: Saturnova atmosféra
