Za stjenovitu planetu pronalaženje duljine dana može biti jednostavno. Dovoljno je odabrati referentnu točku i gledati koliko vremena treba rotirati iz pogleda, a zatim natrag u prikaz. No za planete poput Saturna to nije tako jednostavno. Nema značajki površine za praćenje.
Znanstvenici su proveli desetljeća pokušavajući utvrditi Saturnov period rotacije. Ali plinski div oklijevao je otkriti svoje tajne. Nova studija u AGU-uČasopis za geofizička istraživanja: svemirska fizika možda konačno imaju odgovor. Studija je naslovljena "Saturnove višestruke, promjenjive periodičnosti: Dvostruki zamašnjak model spajanja termosfera-jonosfera-magnetosfera."
S planetom poput Zemlje, znamo što mjerimo za vrijeme rotacije. Mi mjerimo površinu planeta. Ali za plinskog diva stvari su složenije. O kojem sloju planeta zapravo razgovaraju znanstvenici?
Saturn je višeslojni plinski div, vjerojatno s kamenitom jezgrom. Ta jezgra okružena je slojem leda, zatim metalnim vodikom i helijem. Potom je područje helijeve kiše, dalje okruženo regijom tekućeg vodika. Zatim dolazi velika regija plinovitih vodika. Gornja atmosfera Saturna sastoji se od tri sloja: na vrhu su oblaci amonijaka, ispod toga je amonijev hidrosulfid, a ispod su oblaci vodene pare.
Kada znanstvenici govore o Saturnovom rotacijskom periodu, oni govore o gornjoj atmosferi. To je jedini dio planeta koji se stvarno može mjeriti.
Znanstvenici gledaju uzorke radiofrekvencija koje gasni gigant odašilje kako bi odredili njegovu duljinu dana. Poteškoća sa Saturnom je ta što on emitira samo radiofrekvencije niske frekvencije koje Zemljina atmosfera blokira. To je u suprotnosti s Jupiterom, koji emitira uzorke više frekvencije koji prolaze kroz Zemljinu atmosferu. Zbog toga su znanstvenici uspjeli utvrditi rotacijski period Jupitera prije pojave svemirskih letjelica.
Saturn je morao čekati do 1980. i 1981., kad su Voyager 1 i Voyager 2 posjetili i prikupili podatke. Tada su izmjerili vrijeme rotacije u 10 sati, 40 minuta. To je u to vrijeme bilo najbolje raspoloživo mjerenje i ono je zapelo. Dva desetljeća.
Ali tada je Cassini posjetio Saturn i proveo 13 godina proučavajući njega i njegove mjesece. Astronomi su bili zaprepašteni kada su otkrili da se Saturnovo razdoblje rotacije promijenilo. Cassini podaci pokazali su da se u dvadeset godina između Voyagersa i Cassinija - neznatno mnogo vremena u životu planete - dužina dana promijenila.
"Otprilike 2004. vidjeli smo da se razdoblje promijenilo za 6 minuta, oko 1 posto."
Duane Pontius iz Birmingham-Southern Collegea u Alabami, koautor studije.
Cassini je pokazao da se rotacijsko razdoblje promijenilo za 6 minuta, odnosno oko 1 posto.
"Otprilike 2004. vidjeli smo da se razdoblje promijenilo za 6 minuta, oko jedan posto", rekao je Duane Pontius iz Birmingham-Southern Collegea u Alabami, koautor nove studije. "Dugo sam pretpostavljao da nešto nije u redu s interpretacijom podataka", podsjetio je Pontius. "To jednostavno nije moguće."
Kako cijeli planet mijenja svoje rotacijsko razdoblje u tako kratkom vremenu? Promjena te veličine trebala bi potrajati stotine milijuna godina. Ali bilo je i više: Cassini je također mjerio elektromagnetske uzorke koji su pokazali da sjeverna i južna hemisfera imaju različita razdoblja rotacije.
Saturna mijenjaju godišnja doba
Poncije i ostali autori željeli su razumjeti što se dogodilo i zašto je došlo do odstupanja u mjerenjima. Pod pretpostavkom da se Cassinijevi podaci ispravno razumiju, morao je postojati razlog za promjenu i razliku između hemisfera. Odlučili su usporediti Saturn sa najbližim bratom, Jupiterom.
Jedna stvar koju Saturn ima su godišnja doba. Saturn ima nagib osovine od gotovo 27 stupnjeva, što je slično Zemljinom nagibu od 23 stupnja. Jupiter ima samo nagib od tri stupnja. Poput Zemlje, Saturnova sjeverna i južna hemisfera primaju različite količine energije dok orbitira oko Sunca.
Na vanjskom rubu Saturnove atmosfere nalazi se područje plazme. Pontius i ostali autori misle kako različita količina UV energije koja doseže do polukugla tijekom sezona djeluje s tom plazmom. U modelu koji su razvili, varijacije UV utječu na plazmu stvarajući više ili manje povlačenja na sjecištu plazme i vanjske atmosfere.
Povlačenje je ono što određuje rotaciju atmosfere kao što je prikazano emisijom radio valova i ta rotacija se mijenja u skladu s sezonom koji promatramo.
Povlačenje iz plazme je ono što usporava rotaciju, dajući nam razdoblje rotacije signalizirano radio emisijama. Kako se sezona mijenja, povlačenje plazme mijenja se, pa tako i emisije radija. Opet, to su emisije radio emisija kojima znanstvenici mjere razdoblje rotacije Saturna, jer nema značajki fiksne površine.
Ovaj model koji su razvili Pontius i njegovi kolege pruža objašnjenje za promjenu rotacije u razdoblju od 20 godina između Voyagera i Cassinija. Ipak, ovo je mjerenje samo za Saturnove površinske slojeve. Stjenovita jezgra, koja je između 9-22 puta veća od Zemljine mase, skrivena je i neupadljiva u desecima tisuća kilometara atmosfere.
Više:
- Priopćenje za javnost: Upoznavanje Saturnove nemoguće rotacije
- Znanstveni članak: Saturnove višestruke, promjenjive periodičnosti: Dvostruki? Zamašnjački model termosfere „ionosfera" magnetosferska spojka
- ESA Cassini-Huygens: Saturnova atmosfera
