Pentru o planetă stâncoasă, găsirea duratei unei zile poate fi simplă. Alegeți doar un punct de referință și urmăriți cât durează rotirea din vedere, apoi reveniți la vedere. Dar pentru planete precum Saturn, nu este atât de simplu. Nu există funcții de suprafață de urmărit.
Oamenii de știință au petrecut zeci de ani încercând să determine perioada de rotație a lui Saturn. Dar gigantul de gaze a fost reticent în a-și dezvălui secretele. Un nou studiu în AGUJournal of Geophysical Research: Space Physics poate avea în sfârșit răspunsul. Studiul este intitulat „Saturn’s multiple, periodicities variables: Un model dublu volant de cuplare termosferă-ionosferă-magnetosferă”.
Cu o planetă precum Pământul, știm ce măsurăm când măsurăm perioada de rotație. Măsurăm suprafața planetei. Dar pentru un gigant pe gaz, lucrurile sunt mai complexe. Despre ce strat al planetei vorbesc de fapt oamenii de știință?
Saturn este un gigant al gazelor cu mai multe straturi, probabil cu un miez stâncos. Acest miez este înconjurat de un strat de gheață, apoi de hidrogen metalic și heliu. Apoi o zonă de ploaie cu heliu, înconjurată în continuare de o regiune de hidrogen lichid. Apoi vine o regiune mare de hidrogen gazos. Atmosfera superioară a lui Saturn este alcătuită din trei straturi: în partea de sus se află nori de amoniac, sub care se află hidrosulfura de amoniu, iar dedesubt, sunt nori de vapori de apă.
Când oamenii de știință vorbesc despre perioada de rotație a lui Saturn, vorbesc despre atmosfera superioară. Este singura parte a planetei care poate fi măsurată cu adevărat.
Oamenii de știință analizează modelele de frecvență radio pe care un gigant de gaz le emite pentru a-și determina durata zilei. Dificultatea cu Saturn este că emite doar tipare radio cu frecvențe joase pe care atmosfera Pământului le blochează. Acest lucru este în contrast cu Jupiter, care emite tipare de frecvență mai mare care trec prin atmosfera Pământului. Din această cauză, oamenii de știință au reușit să realizeze perioada de rotație a lui Jupiter înainte de apariția navei spațiale.
Saturn a trebuit să aștepte până în 1980 și 1981, când Voyager 1 și Voyager 2 au vizitat și colectat date. În acel moment, au măsurat perioada de rotație la 10 ore, 40 minute. Aceasta a fost cea mai bună măsurare disponibilă la acea vreme și s-a blocat. De două decenii.
Dar apoi Cassini a vizitat Saturnul și a petrecut 13 ani studiind-o și lunile sale. Astronomii au fost uimiți să constate că perioada de rotație a lui Saturn s-a schimbat. Datele lui Cassini au arătat că în cei douăzeci de ani dintre Voyagers și Cassini - o perioadă nesemnificativă de timp în viața unei planete - durata zilei se schimbase.
„În aproximativ 2004 am văzut că perioada se schimbase cu 6 minute, aproximativ 1 la sută”.
Duane Pontius din Birmingham-South College din Alabama, co-autor al studiului.
Cassini a arătat că perioada de rotație s-a schimbat cu 6 minute, sau aproximativ 1 la sută.
„În aproximativ 2004 am văzut că perioada s-a schimbat cu 6 minute, aproximativ 1 la sută”, a spus Duane Pontius de la Birmingham-Southern College din Alabama, co-autor al noului studiu. "Pentru o lungă perioadă de timp, am presupus că nu este ceva în neregulă cu interpretarea datelor", a amintit Pontius. „Pur și simplu nu este posibil.”
Cum își schimbă întreaga planetă perioada de rotație într-un timp atât de scurt? O schimbare de această magnitudine ar trebui să dureze sute de milioane de ani. Dar au fost mai multe: Cassini a măsurat, de asemenea, tiparele electromagnetice care arată că emisferele nordice și sudice au avut perioade de rotație diferite.
Schimbările anotimpurilor lui Saturn
Pontius și ceilalți autori au dorit să înțeleagă ce s-a întâmplat și de ce a existat o discrepanță în măsurători. Presupunând că datele despre Cassini erau înțelese corect, trebuia să existe un motiv pentru schimbare și pentru diferența dintre emisfere. Au decis să compare Saturn cu cea mai apropiată soră, Jupiter.
Un lucru pe care îl are Saturn este anotimpurile. Saturn are o înclinare axială de aproape 27 de grade, care este similară cu înclinarea de 23 de grade a Pământului. Jupiter are doar o înclinare de trei grade. La fel ca Pământul, emisferele nord și sud ale lui Saturn primesc cantități diferite de energie pe măsură ce orbitează Soarele.
Pe marginea exterioară a atmosferei lui Saturn se află o regiune de plasmă. Pontius și ceilalți autori consideră că cantitatea diferită de energie UV care ajunge în emisfere prin anotimpuri interacționează cu plasma respectivă. În modelul pe care l-au dezvoltat, variațiile UV influențează plasma, creând o atracție mai mult sau mai puțin la intersecția plasmei și a atmosferei exterioare.
Tragerea este ceea ce determină rotația atmosferei așa cum se arată în emisiile de unde radio și această rotație se schimbă în funcție de sezonul pe care îl observăm.
Tragerea de pe plasmă este ceea ce încetinește rotația, oferindu-ne perioada de rotație semnalată de emisiile radio. Pe măsură ce anotimpul se schimbă, dragostea de plasmă se schimbă, la fel și emisiile radio. Din nou, emisiile radio cu care oamenii de știință măsoară perioada de rotație a lui Saturn, deoarece nu există caracteristici de suprafață fixe.
Acest model dezvoltat de Pontius și colegii săi oferă o explicație pentru schimbarea de rotație văzută în cei 20 de ani între Voyagers și Cassini. Această măsurare este însă numai pentru straturile de suprafață ale lui Saturn. Nucleul stâncos, care este cuprins între 9-22 de ori mai mult decât masa Pământului, este ascuns și incontrolabil sub zeci de mii de kilometri de atmosferă.
Mai Mult:
- Comunicat de presă: sensul rotației imposibile a lui Saturn
- Lucrare științifică: periodicitățile multiple, variabile ale lui Saturn: un model dublu cu volant de cuplare de magnetosferă pentru termosferă? Ionosferă?
- ESA Cassini-Huygens: Atmosfera lui Saturn
