Для скалистой планеты найти длину дня может быть просто. Просто выберите опорную точку и смотрите, как долго она будет вращаться вне поля зрения, а затем обратно в поле зрения. Но для таких планет, как Сатурн, все не так просто. Нет никаких объектов поверхности для отслеживания.
Ученые потратили десятилетия, пытаясь определить состояние Сатурна период вращения. Но газовый гигант не спешил раскрывать свои секреты.
Сатурн-это многослойный газовый гигант скорее всего, с каменистым 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: вверху-облака аммиака, под ними-гидросульфида аммония, а ниже-облака водяного пара.
Когда ученые говорят о периоде вращения Сатурна, они говорят о верхней атмосфере. Это единственная часть планеты, которую действительно можно измерить.
Ученые изучают радиочастотные паттерны, которые излучает газовый гигант, чтобы определить его продолжительность дня. Сложность с Сатурном заключается в том, что он излучает только низкочастотные радиоизлучения, которые блокирует атмосфера Земли. Это в отличие от Юпитера, который излучает более высокие частотные паттерны, проходящие через атмосферу Земли. Благодаря этому ученые смогли разработать период вращения Юпитера до появления космических аппаратов.
Сатурн должен был ждать до 1980 и 1981 годов, когда Voyager 1 и Voyager 2 посетили и собрали данные. В то время они измеряли период вращения в 10 часов 40 минут. Это было лучшее измерение, доступное в то время, и оно застряло. За два десятилетия.
Но затем Кассини посетил Сатурн и провел 13 лет, изучая его и его спутники. Астрономы были поражены, обнаружив, что период вращения Сатурна изменился. Данные Кассини показали, что за двадцать лет между путешественниками и Кассини—незначительное количество времени в жизни планеты— продолжительность дня изменилась.
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, около 1 процента”,-сказал Дуэйн Понтиус из Бирмингем-Южного колледжа в Алабаме, соавтор нового исследования. ” Долгое время я полагал, что с интерпретацией данных было что-то не так", - вспоминал Понтий. “Это просто невозможно.”
Как за такое короткое время меняется период вращения целой планеты? Изменение такого масштаба должно было бы занять сотни миллионов лет, чтобы произойти. Но было и еще кое-что: Кассини также измерил электромагнитные картины, показывающие, что северное и Южное полушария имеют разные периоды вращения.
Сатурн меняет Времена года
Понтий и другие авторы хотели понять, что же произошло, и почему произошло расхождение в измерениях. Предполагая, что данные Кассини были правильно поняты, должна была быть причина для изменения, а также для разницы между полушариями. Они решили сравнить Сатурн с его ближайшим родственником Юпитером.
Единственное, что есть у Сатурна-это Времена года.
Наклон оси Сатурна составляет почти 27 градусов, что аналогично наклону земной оси на 23 градуса. Юпитер имеет только трехградусный наклон. Точно так же, как Земля, Северное и Южное полушария Сатурна получают разное количество энергии, когда он обращается вокруг Солнца.
На внешнем краю атмосферы Сатурна находится область плазмы. Понтий и другие авторы считают, что различное количество ультрафиолетовой энергии, достигающей полушарий через сезоны, взаимодействует с этой плазмой. В модели, которую они разработали, вариации УФ-излучения влияют 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.
Сопротивление плазмы-это то, что замедляет вращение, давая нам период вращения, о котором сигнализируют радиоизлучения. По мере изменения сезона изменяется сопротивление плазмы, а также радиоизлучение. Опять же, это радиоизлучение, с помощью которого ученые измеряют период вращения Сатурна, поскольку нет никаких фиксированных характеристик поверхности.
Эта модель, разработанная Понтием и его коллегами, дает объяснение изменениям в ротации, наблюдавшимся в течение 20 лет между "Вояджерами" и "Кассини". Однако это измерение относится только к поверхностным слоям Сатурна. Скальное ядро, которое в 9-22 раза превышает массу Земли, скрыто и непостижимо под десятками тысяч километров атмосферы.
