Для каменистой планеты определение продолжительности дня может быть простым. Просто выберите контрольную точку и посмотрите, сколько времени потребуется, чтобы повернуть из поля зрения, а затем снова в поле зрения. Но для таких планет, как Сатурн, все не так просто. Там нет поверхностных элементов для отслеживания.
Ученые потратили десятилетия, пытаясь определить период вращения Сатурна. Но газовый гигант не хотел раскрывать свои секреты. Новое исследование в AGUЖурнал геофизических исследований: физика космоса может, наконец, есть ответ. Исследование озаглавлено «Множественные переменные периодичности Сатурна: модель связи между термосферой, ионосферой и магнитосферой с двумя маховиками».
С такой планетой, как Земля, мы знаем, что мы измеряем, когда измеряем период вращения. Мы измеряем поверхность планеты. Но для газового гиганта все сложнее. О каком слое планеты говорят ученые?
Сатурн - многослойный газовый гигант, вероятно, со скальным ядром. Это ядро окружено слоем льда, затем металлическим водородом и гелием. Затем область гелиевого дождя, далее окруженная областью жидкого водорода. Затем идет большая область газообразного водорода. Верхняя атмосфера Сатурна состоит из трех слоев: наверху находятся облака аммиака, под ним - гидросульфид аммония, а под ними - облака водяного пара.
Когда ученые говорят о периоде вращения Сатурна, они говорят о верхних слоях атмосферы. Это единственная часть планеты, которую можно измерить.
Ученые смотрят на радиочастоты, которые испускает газовый гигант, чтобы определить его продолжительность дня. Сложность Сатурна в том, что он излучает только низкочастотные радиограммы, которые блокирует атмосфера Земли. Это в отличие от Юпитера, который излучает более высокие частоты, которые проходят через атмосферу Земли. Благодаря этому ученые смогли отработать период вращения Юпитера до появления космического корабля.
Сатурну пришлось ждать до 1980 и 1981 годов, когда Voyager 1 и Voyager 2 посетили и собрали данные. В это время они измерили период вращения в 10 часов 40 минут. Это было лучшее измерение, доступное в то время, и оно застряло. В течение двух десятилетий.
Но затем Кассини посетил Сатурн и провел 13 лет, изучая его и его спутники. Астрономы были удивлены, обнаружив, что период вращения Сатурна изменился. Данные Кассини показали, что за двадцать лет между Вояджерами и Кассини - незначительное количество времени в жизни планеты - продолжительность дня изменилась.
«Примерно в 2004 году мы увидели, что период изменился на 6 минут, около 1 процента».
Дуэйн Понтий из Южного колледжа Бирмингема в Алабаме, соавтор исследования.
Кассини показал, что период вращения изменился на 6 минут, или около 1 процента.
«Примерно в 2004 году мы увидели, что период изменился на 6 минут, примерно на 1 процент», - сказал Дуэйн Понтий из Бирмингемского Южного колледжа в Алабаме, соавтор нового исследования. «Долгое время я предполагал, что с интерпретацией данных что-то не так», - вспоминал Понтий. «Это просто невозможно».
Как целая планета меняет свой период вращения за такое короткое время? Изменение такого масштаба должно занять сотни миллионов лет. Но было и больше: Кассини также измерял электромагнитные характеристики, показывающие, что северное и южное полушария имеют разные периоды вращения.
Смена Сатурна
Понтий и другие авторы хотели понять, что произошло и почему возникли расхождения в измерениях. Предполагая, что данные Кассини были правильно поняты, должна была быть причина для изменения и для различия между полушариями. Они решили сравнить Сатурн с его ближайшим братом, Юпитером.
Сатурн имеет одно время года. Сатурн имеет осевой наклон почти 27 градусов, что аналогично наклону Земли на 23 градуса. Юпитер имеет только три градуса наклона. Как и Земля, северное и южное полушария Сатурна получают разное количество энергии, когда оно вращается вокруг Солнца.
На внешнем крае атмосферы Сатурна находится область плазмы. Понтий и другие авторы считают, что различное количество ультрафиолетовой энергии, достигающей полушарий в течение сезонов, взаимодействует с этой плазмой. В разработанной ими модели изменения ультрафиолета воздействуют на плазму, создавая более или менее сопротивление на пересечении плазмы и внешней атмосферы.
Сопротивление - это то, что определяет вращение атмосферы, как показано излучением радиоволн, и это вращение изменяется в зависимости от сезона, который мы наблюдаем.
Вытягивание из плазмы замедляет вращение, давая нам период вращения, о котором сообщают радиоизлучения. Смена сезона, изменение сопротивления плазмы, а также радиоизлучения. Опять же, это радиоизлучение, с помощью которого ученые измеряют период вращения Сатурна, поскольку нет фиксированных поверхностных элементов.
Эта модель, разработанная Понтием и его коллегами, дает объяснение изменения ротации, которое наблюдалось за 20 лет между Вояджерами и Кассини. Это измерение только для поверхностных слоев Сатурна, хотя. Скалистое ядро, которое в 9-22 раза больше массы Земли, скрыто и непостижимо под десятками тысяч километров атмосферы.
Больше:
- Пресс-релиз: Осмысление невозможного вращения Сатурна
- Научная статья: Множественные переменные периодичности Сатурна: двойная маховик-модель связи термосфера с ионосферой с магнитосферой
- ЕКА Кассини-Гюйгенс: атмосфера Сатурна
