Za skalnat planet je iskanje dneva lahko preprosto. Samo izberite referenčno točko in opazujte, kako dolgo traja, da se zasuk zasuka, nato pa nazaj v pogled. Toda za planete, kot je Saturn, ni tako preprosto. Ni površinskih značilnosti, ki bi jih lahko spremljali.
Znanstveniki so več desetletij poskušali določiti Saturnovo rotacijsko obdobje. Toda plinski velikan neradi razkrije svoje skrivnosti. Nova študija na AGUČasopis za geofizična raziskovanja: vesoljska fizika lahko končno dobi odgovor. Študija je naslovljena "Saturnove številne, spremenljive periodičnosti: model z dvojnim vztrajnikom termosfera-ionosfera-magnetosfera."
S planetom, kot je Zemlja, vemo, kaj merimo, ko merimo obdobje vrtenja. Merimo površino planeta. Toda za plinskega velikana so stvari bolj zapletene. O kateri plasti planeta znanstveniki dejansko govorijo?
Saturn je večplastni plinski velikan, verjetno s kamnitim jedrom. To jedro je obdano s plastjo ledu, nato kovinskim vodikom in helijem. Nato območje helijskega dežja, ki ga dodatno obkroži območje tekočega vodika. Potem pride veliko območje plinastega vodika. Zgornja atmosfera Saturna je sestavljena iz treh plasti: na vrhu so oblaki amoniaka, pod njimi je amonijev hidrosulfid, spodaj pa oblaki vodne pare.
Ko znanstveniki govorijo o Saturnovem obdobju rotacije, govorijo o zgornji atmosferi. To je edini del planeta, ki ga je res mogoče izmeriti.
Znanstveniki gledajo na radiofrekvenčne vzorce, ki jih plinov velikan oddaja, da določijo njegovo dolžino dneva. Težava s Saturnom je, da oddaja le nizkofrekvenčne radijske vzorce, ki jih Zemljina atmosfera blokira. To je v nasprotju z Jupitrom, ki oddaja vzorce višjih frekvenc, ki prehajajo skozi Zemljino atmosfero. Zaradi tega so znanstveniki uspeli ugotoviti Jupitrovo rotacijsko obdobje pred pojavom vesoljskih plovil.
Saturn je moral počakati do leta 1980 in 1981, ko sta Voyager 1 in Voyager 2 obiskala in zbirala podatke. Takrat so merili obdobje vrtenja pri 10 urah, 40 minutah. To je bila najboljša razpoložljiva meritev v tistem času in je obtičala. Dve desetletji.
Potem pa je Cassini obiskal Saturn in 13 let preučil njega in njegove lune. Astronomi so presenečeni ugotovili, da se je Saturnovo rotacijsko obdobje spremenilo. Podatki o Cassiniju so pokazali, da se je v dvajsetih letih med Voyagersom in Cassinijem - neznatno veliko časa v življenju planeta - dolžina dneva spremenila.
"Približno leta 2004 smo videli, da se je obdobje spremenilo za 6 minut, približno 1 odstotek."
Duane Pontius iz Birmingham-Southern Collegea v Alabami, soavtor študije.
Cassini je pokazal, da se je obdobje rotacije spremenilo za 6 minut ali za približno 1 odstotek.
"Približno leta 2004 smo videli, da se je obdobje spremenilo za 6 minut, približno za en odstotek," je dejal Duane Pontius iz Birmingham-Southern Collegea v Alabami, soavtor nove študije. "Dolgo časa sem domneval, da je z interpretacijo podatkov nekaj narobe," se spominja Pontius. "To preprosto ni mogoče."
Kako cel planet v tako kratkem času spremeni svoje rotacijsko obdobje? Spremembe tega obsega bi morale trajati sto milijonov let. A bilo je še več: Cassini je meril tudi elektromagnetne vzorce, ki kažejo, da imata severna in južna polobla različna obdobja rotacije.
Saturn spreminja letne čase
Pontius in drugi avtorji so želeli razumeti, kaj se je zgodilo, in zakaj je pri meritvah prišlo do neskladja. Ob predpostavki, da se Cassinijevi podatki razumejo pravilno, je moral biti razlog za spremembo in razliko med poloblami. Odločili so se, da bodo primerjali Saturn z najbližjim bratom, Jupitrom.
Saturn ima eno sezono. Saturn ima nagib skoraj 27 stopinj, kar je podobno zemeljskemu nagibu za 23 stopinj. Jupiter ima le tri stopinjski nagib. Tako kot Zemlja, tudi Saturnova severna in južna polobla prejemata različne količine energije, ko kroži okoli Sonca.
Na zunanjem robu Saturnove atmosfere je območje plazme. Pontius in drugi avtorji menijo, da različna količina UV energije, ki skozi letne čase doseže polkrog, vpliva na to plazmo. V modelu, ki so ga razvili, spremembe UV vplivajo na plazmo, kar ustvarja bolj ali manj vleka na presečišču plazme in zunanje atmosfere.
Vleka je tisto, kar določa vrtenje ozračja, kot kažejo emisije radijskih valov, in vrtenje se spreminja glede na letni čas, ki ga opazujemo.
Vlečenje iz plazme je tisto, kar upočasni vrtenje, kar nam daje obdobje vrtenja, ki ga signalizirajo radio emisije. Ko se sezona spreminja, se spreminja povlek plazme in tako tudi radijske emisije. Ponovno so radio emisije tiste, s katerimi znanstveniki merijo rotacijsko obdobje, saj ni lastnosti nepremične površine.
Ta model, ki sta ga razvila Pontius in njegovi sodelavci, ponuja razlago sprememb vrtenja, ki so jih opazili v 20 letih med Voyagerji in Cassinijem. Ta meritev pa velja samo za Saturnove površinske plasti. Kamnito jedro, ki je med 9-22-kratno maso Zemlje, je pod več deset tisoč kilometri ozračja skrito in nedopustno.
Več:
- Sporočilo za javnost: Zaznavanje Saturnovega nemogočega vrtenja
- Znanstveni članek: Saturnove večkratne, spremenljive periodičnosti: dvojni? Model z vztrajnikom termosfere? Ionosfera? Magnetosfera
- ESA Cassini-Huygens: Saturnova atmosfera
