For en stenet planet kan det at finde længden på en dag være enkelt. Vælg bare et referencepunkt og se, hvor lang tid det tager at rotere ud af visningen og derefter tilbage til synet. Men for planeter som Saturn er det ikke så enkelt. Der er ingen overfladefunktioner at spore.
Forskere har brugt årtier på at bestemme Saturns rotationsperiode. Men gasgiganten har været tilbageholdende med at afsløre sine hemmeligheder. En ny undersøgelse i AGU'erJournal of Geophysical Research: Space Physics kan endelig have svaret. Undersøgelsen har titlen "Saturns multiple, variable periodicities: En dobbelt svinghjulsmodel af termosfære-ionosfære-magnetosfære-kobling."
Med en planet som Jorden ved vi, hvad vi måler, når vi måler rotationsperioden. Vi måler planetens overflade. Men for en gasgigant er tingene mere komplekse. Hvilket lag af planeten taler forskere faktisk om?
Saturn er en gaslag med flere lag, sandsynligvis med en stenet kerne. Denne kerne er omgivet af et islag, derefter metallisk brint og helium. Derefter et område med heliumregn, yderligere omgivet af et område med flydende brint. Derefter kommer et stort område med gasformigt brint. Saturns øvre atmosfære består af tre lag: øverst er skyer af ammoniak, under det er ammoniumhydrosulfid, og under det er skyer af vanddamp.
Når forskere taler om Saturns rotationsperiode, taler de om den øvre atmosfære. Det er den eneste del af planeten, der virkelig kan måles.
Forskere ser på de radiofrekvensmønstre, en gasgigant udsender for at bestemme dens daglængde. Problemet med Saturn er, at det kun udsender lavfrekvente radiomønstre, som Jordens atmosfære blokerer. Dette er i modsætning til Jupiter, der udsender mønstre med højere frekvens, der passerer gennem Jordens atmosfære. På grund af dette var videnskabsmænd i stand til at udarbejde Jupiters rotationsperiode inden rumfartøjets fremkomst.
Saturn måtte vente til 1980 og 1981, hvor Voyager 1 og Voyager 2 besøgte og indsamlede data. På det tidspunkt målte de rotationsperioden på 10 timer, 40 minutter. Det var den bedste tilgængelige måling på det tidspunkt, og den gik fast. I to årtier.
Men så besøgte Cassini Saturn og tilbragte 13 år med at studere det og dets måner. Astronomer var forbløffet over at finde, at Saturns rotationsperiode var ændret. Cassini-data viste, at i de tyve år mellem Voyagers og Cassini - en ubetydelig mængde tid i planetens liv - var længden af dagen ændret.
”I omkring 2004 så vi, at perioden var ændret med 6 minutter, ca. 1 procent.”
Duane Pontius fra Birmingham-Southern College i Alabama, studere medforfatter.
Cassini viste, at rotationsperioden var ændret med 6 minutter, eller ca. 1 procent.
”I omkring 2004 så vi, at perioden var ændret med 6 minutter, ca. 1 procent,” sagde Duane Pontius fra Birmingham-Southern College i Alabama, medforfatter til den nye undersøgelse. ”I lang tid antog jeg, at der var noget galt med datatolkningen,” huskede Pontius. ”Det er bare ikke muligt.”
Hvordan ændrer en hel planet sin rotationsperiode på så kort tid? En ændring af denne størrelse bør tage hundreder af millioner af år at ske. Men der var mere: Cassini målte også elektromagnetiske mønstre, der viste, at de nordlige og sydlige halvkugler havde forskellige rotationsperioder.
Saturns skiftende årstider
Pontius og de andre forfattere ønskede at forstå, hvad der var sket, og hvorfor der var en uoverensstemmelse i målingerne. Hvis man antager, at Cassini-dataene blev forstået korrekt, måtte der være en grund til ændringen og for forskellen mellem halvkugler. De besluttede at sammenligne Saturn med dets nærmeste søskende, Jupiter.
En ting, Saturn har, er sæsoner. Saturn har en aksial hældning på næsten 27 grader, hvilket svarer til Jordens 23 graders hældning. Jupiter har kun en tre graders hældning. Ligesom Jorden modtager Saturns nord- og sydhalvkugler forskellige mængder energi, når den kredser om solen.
I den ydre kant af Saturns atmosfære er et område med plasma. Pontius og de andre forfattere mener, at den forskellige mængde UV-energi, der når halvkuglerne gennem årstiderne, interagerer med det plasma. I modellen, de har udviklet, påvirker variationerne i UV plasmaet, hvilket skaber mere eller mindre træk ved skæringspunktet mellem plasma og den ydre atmosfære.
Trækningen er det, der bestemmer atmosfærens rotation som vist ved radiobølgeemissioner, og at rotationen ændres i henhold til den sæson, vi observerer.
Træk fra plasmaet er det, der bremser rotationen, hvilket giver os den rotationsperiode, der er signaleret af radioemissionerne. Efterhånden som sæsonen ændrer sig, ændres plasma-træk, og det samme gør radioemissionerne. Igen er det radioemissionerne, som forskerne måler Saturns rotationsperiode med, da der ikke er faste overfladefunktioner.
Denne model udviklet af Pontius og hans kolleger giver en forklaring på ændringen i rotationen set i de 20 år mellem Voyagers og Cassini. Denne måling er dog kun for Saturns overfladelag. Den stenede kerne, der er mellem 9-22 gange Jordens masse, er skjult og uforskrivelig under titusinder af kilometer atmosfære.
Mere:
- Pressemeddelelse: At give mening om Saturns umulige rotation
- Videnskabeligt papir: Saturns multiple, variable periodicities: En dobbelt "svinghjulsmodel af termosfære" ionosfære "magnetosfærekobling
- ESA Cassini-Huygens: Saturns atmosfære
