Kivise planeedi jaoks võib päeva pikkuse leidmine olla lihtne. Lihtsalt vali võrdluspunkt ja jälgi, kui kaua kulub vaatevälja pööramiseks, siis uuesti vaatesse. Kuid selliste planeetide jaoks nagu Saturn pole see nii lihtne. Puuduvad pinnaomadused, mida jälgida.
Teadlased on veetnud aastakümneid Saturni pöördeperioodi kindlaksmääramist. Gaasihiiglane pole aga oma saladusi paljastanud. Uus uuring AGUsGeofüüsikaliste uuringute ajakiri: Kosmosefüüsika võib-olla on lõpuks vastus olemas. Uuring kannab pealkirja „Saturni mitu muutuvat perioodilisust: termosfääri, ionosfääri ja magnetosfääri ühendamise kahe hooratta mudel.“
Maaga sarnase planeedi korral teame, mida me pöördeperioodi mõõtmisel mõõdame. Me mõõdame planeedi pinda. Gaasihiiglase jaoks on asjad keerulisemad. Millisest planeedi kihist teadlased tegelikult räägivad?
Saturn on mitmekihiline gaasigigant, tõenäoliselt kivise südamikuga. Seda südamikku ümbritseb jääkiht, seejärel metalliline vesinik ja heelium. Siis heeliumi vihma piirkond, mida ümbritseb veelgi vedela vesiniku piirkond. Siis tuleb suur gaasilise vesiniku piirkond. Saturni ülemine atmosfäär koosneb kolmest kihist: ülaosas on ammoniaagi pilved, selle all on ammooniumhüdrosulfiid ja allpool veeauru pilved.
Kui teadlased räägivad Saturni pöörlemisperioodist, siis nad räägivad atmosfääri ülaosast. See on ainus planeedi osa, mida saab tõesti mõõta.
Teadlased vaatavad raadiosageduse mustreid, mida gaasigigant kiirgab, et määrata selle päeva pikkus. Saturni jaoks on keeruline see, et see kiirgab ainult madala sagedusega raadiosid, mida Maa atmosfäär blokeerib. See on vastupidiselt Jupiterile, mis kiirgab Maa atmosfääri läbivaid kõrgema sagedusega mustreid. Seetõttu suutsid teadlased välja töötada Jupiteri rotatsiooniperioodi enne kosmoselaevade tulekut.
Saturn pidi ootama 1980. ja 1981. aastani, mil Voyager 1 ja Voyager 2 külastasid ja andmeid kogusid. Sel ajal mõõtsid nad pöörlemisajaks 10 tundi, 40 minutit. See oli parim toona saadaval olev mõõtmine ja jäi kinni. Kaks aastakümmet.
Seejärel külastas Cassini Saturni ja veetis 13 aastat seda ja selle kuusid uurides. Astronoomid olid üllatunud, et Saturni rotatsiooniperiood oli muutunud. Cassini andmed näitasid, et kahekümne aasta jooksul Voyagersi ja Cassini vahel - mis on planeedi elus tähtsusetu aja jooksul - on päeva pikkus muutunud.
"Umbes 2004. aastal nägime, et periood on muutunud 6 minutit, umbes 1 protsent."
Duane Pontius Birminghami lõunaosakonna kolledžist Alabamas, uuringu kaasautor.
Cassini näitas, et rotatsiooniperiood oli muutunud 6 minutit ehk umbes 1 protsent.
"Umbes 2004. aastal nägime, et periood on muutunud 6 minutit, umbes 1 protsent," ütles Duane Pontius Birminghami Lõuna kolledžist Alabamas, uue uuringu kaasautor. “Ma pikka aega eeldasin, et andmete tõlgendamisel on midagi valesti,” meenutas Pontius. "See pole lihtsalt võimalik."
Kuidas muudab terve planeet nii lühikese aja jooksul oma pöörlemisperioodi? Selle ulatuse muutumine peaks toimuma sadade miljonite aastate jooksul. Kuid oli veel: Cassini mõõtis ka elektromagnetilisi mustreid, mis näitasid, et põhja- ja lõunapoolkeral olid erinevad pöörlemisperioodid.
Saturni muutuvad aastaajad
Pontius ja teised autorid tahtsid aru saada, mis juhtus ja miks mõõtmistes oli lahknevusi. Eeldades, et Cassini andmeid mõisteti õigesti, pidi muudatuse põhjus ja poolkerade erinevus olema põhjustatud. Nad otsustasid võrrelda Saturnit lähima õe-venna Jupiteriga.
Üks asi, mis Saturnil on, on aastaajad. Saturni aksiaalne kalle on peaaegu 27 kraadi, mis on sarnane Maa 23-kraadise kaldega. Jupiteril on ainult kolm kraadi kallet. Nii nagu Maa, saavad ka Saturni põhja- ja lõunapoolkerad Päikesest tiirledes erinevas koguses energiat.
Saturni atmosfääri välisservas on plasmapiirkond. Pontius ja teised autorid arvavad, et aastaaegade jooksul poolkeradesse jõudva erinev UV-energia hulk interakteerub selle plasmaga. Nende väljatöötatud mudelis mõjutavad ultraviolettkiirguse variatsioonid plasmat, luues plasma ja väliskeskkonna ristmikul enam-vähem tõmbetugevuse.
Pikkus määrab atmosfääri pöörlemise, mida näitavad raadiolainete emissioonid, ja see pöörlemine muutub vastavalt aastaajale, mida me vaatleme.
Plasmast väljumine aeglustab pöörlemist, andes meile pöörlemisperioodi, millest annavad märku raadioemissioonid. Hooaja muutumisel muutub plasma tõmbejõud ja ka raadiokiirgus. See on jällegi raadioheide, millega teadlased mõõdavad Saturni pöörlemisperioodi, kuna fikseeritud pinnaomadusi pole.
See Pontiuse ja tema kolleegide välja töötatud mudel annab selgituse pöörde muutusele, mida on 20 aasta jooksul nähtud Voyagersi ja Cassini vahel. See mõõtmine on ette nähtud ainult Saturni pinnakihtide jaoks. Kivine tuum, mis on Maa massist 9–22 korda suurem, on kümnete tuhandete kilomeetrite atmosfääri all varjatud ja ületamatu.
Veel:
- Pressiteade: Saturni võimatu pöörlemise mõistmine
- Teaduslik paber: Saturni mitu muutuvat perioodilisust: termosfääri, ionosfääri, magnetosfääri sidumise kahekordne hooratta mudel
- ESA Cassini-Huygens: Saturni atmosfäär
