For en steinete planet kan det være enkelt å finne lengden på en dag. Bare velg et referansepunkt og se hvor lang tid det tar å rotere ut av visningen og deretter tilbake til synet. Men for planeter som Saturn er det ikke så enkelt. Det er ingen overflatefunksjoner å spore.
Forskere har brukt tiår på å prøve å bestemme Saturns rotasjonsperiode. Men gassgiganten har vært motvillig til å avsløre sine hemmeligheter. En ny studie i AGU-erJournal of Geophysical Research: Space Physics kan endelig ha svaret. Studien har tittelen "Saturns multiple, variable periodicities: En dual-svinghjulsmodell av termosfære-ionosfære-magnetosfære-kobling."
Med en planet som Jorden, vet vi hva vi måler når vi måler rotasjonsperioden. Vi måler overflaten på planeten. Men for en gassgigant er ting mer sammensatt. Hvilket lag på planeten snakker forskere egentlig om?
Saturn er en gassgigant med flere lag, sannsynligvis med en steinete kjerne. Den kjernen er omgitt av et islag, deretter metallisk hydrogen og helium. Deretter et område med heliumregn, videre omgitt av et område med flytende hydrogen. Så kommer et stort område med gassformig hydrogen. Saturns øvre atmosfære består av tre lag: øverst er skyer av ammoniakk, under det er ammoniumhydrosulfid, og under det er skyer av vanndamp.
Når forskere snakker om Saturns rotasjonsperiode, snakker de om den øvre atmosfæren. Det er den eneste delen av planeten som virkelig kan måles.
Forskere ser på radiofrekvensmønstrene en gassgigant avgir for å bestemme lengden på dagen. Vanskeligheten med Saturn er at den bare avgir lavfrekvente radiomønstre som jordens atmosfære blokkerer. Dette i motsetning til Jupiter, som avgir mønstre med høyere frekvens som går gjennom jordas atmosfære. På grunn av dette var forskere i stand til å regne ut Jupiters rotasjonsperiode før romfartøyet kom.
Saturn måtte vente til 1980 og 1981, da Voyager 1 og Voyager 2 besøkte og samlet inn data. På det tidspunktet målte de rotasjonsperioden på 10 timer, 40 minutter. Det var den beste målingen tilgjengelig den gangen, og den klistret seg fast. I to tiår.
Men så besøkte Cassini Saturn, og brukte 13 år på å studere den og dets måner. Astronomer var overrasket over å finne at Saturns rotasjonsperiode hadde endret seg. Cassini-data viste at i de tjue årene mellom Voyagers og Cassini - en ubetydelig mengde tid i planetens liv - var dagens lengde endret.
"I 2004 så vi at perioden hadde endret seg med 6 minutter, omtrent 1 prosent."
Duane Pontius fra Birmingham-Southern College i Alabama, studerer medforfatter.
Cassini viste at rotasjonsperioden hadde endret seg med 6 minutter, eller omtrent 1 prosent.
"I 2004 så vi at perioden hadde endret seg med 6 minutter, omtrent 1 prosent," sa Duane Pontius fra Birmingham-Southern College i Alabama, medforfatter for den nye studien. "I lang tid antok jeg at det var noe galt med datatolkningen," husket Pontius. "Det er bare ikke mulig."
Hvordan endrer en hel planet sin rotasjonsperiode på så kort tid? En endring av den størrelsesorden bør ta hundrevis av millioner av år å skje. Men det var mer: Cassini målte også elektromagnetiske mønstre som viste at de nordlige og sørlige halvkule hadde forskjellige rotasjonsperioder.
Saturns Changing Seasons
Pontius og de andre forfatterne ønsket å forstå hva som hadde skjedd, og hvorfor det var et avvik i målingene. Forutsatt at Cassini-data ble forstått riktig, måtte det være en grunn til endringen og for forskjellen mellom halvkule. De bestemte seg for å sammenligne Saturn med det nærmeste søsken, Jupiter.
En ting som Saturn har, er årstider. Saturn har en aksial tilt på nesten 27 grader, noe som tilsvarer jordas 23 graders vippe. Jupiter har bare en tre graders tilt. Akkurat som jorden mottar Saturns nord- og sørhalvkule forskjellige mengder energi når den kretser rundt solen.
I ytterkanten av Saturns atmosfære er et område med plasma. Pontius og de andre forfatterne mener at den forskjellige mengden UV-energi som når halvkule gjennom årstidene, samhandler med det plasmaet. I modellen de har utviklet, påvirker variasjonene i UV plasmaet, og skaper mer eller mindre dra i skjæringspunktet mellom plasma og ytre atmosfære.
Dra er det som bestemmer rotasjonen av atmosfæren som vist ved utslipp av radiobølger, og at rotasjonen endres i henhold til sesongen vi observerer.
Dra fra plasmaet er det som bremser rotasjonen, noe som gir oss rotasjonsperioden signalisert av radioutslippene. Når sesongen endres, endres plasmaflytningen, og det samme gjør radioutslippene. Igjen er det radioutslippene som forskerne måler Saturns rotasjonsperiode med, siden det ikke er faste overflatefunksjoner.
Denne modellen utviklet av Pontius og hans kolleger gir en forklaring på rotasjonsendringen som ble sett i de 20 årene mellom Voyagers og Cassini. Denne målingen er imidlertid kun for Saturns overflatelag. Den steinete kjernen, som er mellom 9-22 ganger jordens masse, er skjult og uaktuell under titusenvis av kilometer med atmosfære.
Mer:
- Pressemelding: Få mening av Saturns umulige rotasjon
- Vitenskapelig papir: Saturns multiple, variable periodicities: En dobbelt "svinghjulsmodell av termosfære" ionosfæren "magnetosfærekobling
- ESA Cassini-Huygens: Saturns Atmosphere
