Kiviselle planeetalle päivän pituuden löytäminen voi olla helppoa. Valitse vain vertailupiste ja katso kuinka kauan vie kiertäminen näkymästä, sitten takaisin näkymään. Mutta Saturnuksen kaltaisille planeetoille, se ei ole niin yksinkertaista. Seuraavia pintaominaisuuksia ei ole.
Tutkijat ovat viettäneet vuosikymmeniä yrittäessään selvittää Saturnin kiertoaikaa. Mutta kaasujättiläinen on ollut haluton paljastamaan salaisuutensa. Uusi tutkimus AGU: ssaGeofysikaalisen tutkimuksen lehti: Avaruusfysiikka voi lopulta saada vastauksen. Tutkimuksen otsikko on ”Saturnuksen monimuotoinen, vaihtuva jaksoittaisuus: Kaksinkertainen vauhtipyörämalli termosfäärin, ionosfäärin ja magnetosfäärin kytkemisestä.”
Maan kaltaisella planeetalla tiedämme mitä mittaamme mitattaessa kiertoaikaa. Mittaamme planeetan pintaa. Mutta kaasujättelijälle asiat ovat monimutkaisempia. Mistä planeetan kerroksesta tutkijat todella puhuvat?
Saturnus on monikerroksinen kaasujätte, jolla on todennäköisesti kivinen ydin. Tätä ydintä ympäröi jääkerros, sitten metalli vety ja helium. Sitten heliumisateen alue, jota edelleen ympäröi nestemäinen vety. Sitten tulee suuri alue kaasumaista vetyä. Saturnuksen yläilmakehä koostuu kolmesta kerroksesta: yläosassa on ammoniakkipilviä, sen alla ammoniumvety sulfidi ja alapuolella vesihöyrypilviä.
Kun tutkijat puhuvat Saturnin kiertoajasta, he puhuvat ylemmästä ilmakehästä. Se on ainoa planeetan osa, joka voidaan todella mitata.
Tutkijat tarkastelevat kaasun jätteen lähettämiä radiotaajuuskuvioita päivän pituuden määrittämiseksi. Saturnuksen ongelmana on, että se lähettää vain matalataajuisia radiokuvioita, joita Maan ilmapiiri estää. Tämä on toisin kuin Jupiter, joka emittoi korkeamman taajuuden kuvioita, jotka kulkevat maan ilmakehän läpi. Tämän vuoksi tutkijat pystyivät selvittämään Jupiterin kiertokauden ennen avaruusaluksen tulemista.
Saturnuksen oli odotettava vuoteen 1980 ja 1981, jolloin Voyager 1 ja Voyager 2 vierailivat ja keräsivät tietoja. Tuolloin he mittasivat pyörimisjakson 10 tunnissa, 40 minuutissa. Se oli tuolloin paras käytettävissä oleva mittaus, ja se jäi kiinni. Kahden vuosikymmenen ajan.
Mutta sitten Cassini vieraili Saturnussa ja vietti 13 vuotta tutkimalla sitä ja sen kuut. Tähtitieteilijät hämmästyivät huomatessaan, että Saturnin kiertoaika oli muuttunut. Cassinin tiedot osoittivat, että kahdenkymmenen vuoden aikana Voyagersin ja Cassinin välillä - merkityksettömän paljon aikaa planeetan elämässä - päivän pituus oli muuttunut.
"Noin 2004 näimme, että ajanjakso oli muuttunut 6 minuutilla, noin prosentilla."
Duane Pontius Alabaman Birmingham-Southern Collegesta, tutkimuksen avustaja.
Cassini osoitti, että kiertoaika oli muuttunut 6 minuutilla eli noin prosentilla.
"Noin 2004 näimme, että ajanjakso oli muuttunut 6 minuutilla, noin prosentilla", kertoi Duane Pontius Alabaman Birmingham-Southern Collegesta, uuden tutkimuksen yhteiskirjoittaja. "Pitkäksi ajattelin, että tietojen tulkinnassa oli jotain vikaa", Pontius muisteli. "Se ei vain ole mahdollista."
Kuinka koko planeetta muuttaa kiertoaikaansa niin lyhyessä ajassa? Tämän suuruuden muutoksen pitäisi kestää satoja miljoonia vuosia. Mutta oli enemmän: Cassini mittasi myös sähkömagneettisia kuvioita osoittaen, että pohjoisella ja eteläisellä pallonpuoliskolla oli erilaiset pyörimisjaksot.
Saturnuksen muuttuvat vuodenajat
Pontius ja muut kirjoittajat halusivat ymmärtää mitä oli tapahtunut ja miksi mittauksissa oli ristiriitaa. Olettaen, että Cassini-tiedot ymmärrettiin oikein, muutokselle ja pallonpuoliskojen väliselle erolle oli oltava syy. He päättivät verrata Saturnusta lähimpään sisarukseensa, Jupiteriin.
Yksi Saturnuksen asia on vuodenajat. Saturnuksen aksiaalikulma on lähes 27 astetta, mikä on samanlainen kuin Maan 23 asteen kallistus. Jupiterilla on vain kolmen asteen kallistus. Aivan kuten maan, Saturnuksen pohjoiset ja eteläiset pallonpuoliskot saavat erilaisia määriä energiaa kiertäessään aurinkoa.
Saturnuksen ilmapiirin ulkopuolella on plasmaalue. Pontius ja muut kirjoittajat katsovat, että erilainen UV-energian määrä, joka pääsee pallonpuoliskolle vuodenaikojen kautta, on vuorovaikutuksessa kyseisen plasman kanssa. Heidän kehittämässä mallissa UV-variaatiot vaikuttavat plasmaan, aiheuttaen enemmän tai vähemmän vetäytymistä plasman ja ulkoilman leikkauskohdassa.
Vedos on se, joka määrää ilmakehän pyörimisen radioaaltosäteilyjen osoittamalla tavalla, ja että kierto muuttuu tarkkailun mukaan vuodenajan mukaan.
Plasmasta välittyvä hidastaa pyörimistä, antaen meille kiertokauden, jonka radiopäästöt osoittavat. Vuodenajan muuttuessa plasmaveto muuttuu, samoin radiopäästöt. Jälleen radion päästöt mittaavat tutkijat Saturnuksen kiertoaikaa, koska kiinteitä pintaominaisuuksia ei ole.
Tämä Pontiuksen ja hänen kollegoidensa kehittämä malli antaa selityksen muutokselle rotaatiossa, joka on tapahtunut 20 vuoden aikana Voyagersin ja Cassinin välillä. Tämä mittaus on kuitenkin vain Saturnuksen pintakerroksille. Kivinen ydin, joka on 9 - 22-kertainen maapallon massaan nähden, on piilossa ja tutkimaton kymmenien tuhansien kilometrien ilmakehän alla.
Lisää:
- Lehdistötiedote: Saturnuksen mahdottoman kiertämisen ymmärtäminen
- Tieteellinen kirja: Saturnuksen monimuotoiset jaksollisuudet: Kaksoiskehine "vauhtipyörämalli" termosfäärin, ionosfäärin, magnetosfäärin kytkennästä
- ESA Cassini-Huygens: Saturnuksen ilmapiiri
