Saturnus förmörkar solen, som sett av rymdfarkosten Cassini. Kredit:NASA
Saturnus kanske gör en liten elektromagnetisk shimmy och vridning som har kastat av sig försök från forskare att avgöra hur lång tid det tar för planeten att rotera runt sin axel, enligt en ny studie.
Att upptäcka längden på en dag på vilken planet som helst verkar vara en enkel uppgift:Hitta någon funktion på planeten och klocka den när den roterar en gång. Eller, om det är en gasjätte som Jupiter, som inte har några fasta ytegenskaper, forskare kan lyssna efter periodiska moduleringar i intensiteten hos radiosignaler som skapas inom planetens roterande magnetfält.
Och så finns det Saturnus, som i decennier har trotsat försök att fastställa sin exakta rotationsperiod. Nu en ny studie i AGU:s Journal of Geophysical Research :Rymdfysik kan äntligen ha avslöjat gasjättens trick för att dölja dess rotation, och ge nyckeln till att ge upp sin hemlighet.
Den nya forskningen visar hur säsongsmässiga förändringar på Saturnus kan vara förvirrande försök från forskare att beräkna dess exakta rotationsperiod.
En planets rotationsperiod är en av de grundläggande fakta om en planet, tillsammans med dess storlek, sammansättning, omloppsperiod och andra fakta som inte bara beskriver en planet utan hjälper till att förklara dess beteende, historia och ger till och med ledtrådar till dess bildande.
Coy Saturnus
Saturnus sänder bara ut lågfrekventa radiomönster som blockeras av jordens atmosfär, gör det svårt att studera Saturnus rotation från jordens yta. I kontrast, Jupiter sänder ut radiomönster vid högre frekvenser som gjorde det möjligt för radioastronomer att räkna ut dess rotationsperiod innan rymdåldern kom igång.
Det var inte förrän rymdfarkoster skickades till Saturnus som forskare kunde samla in data om dess rotation. Voyagers 1 och 2 skickade hem de första antydningarna om Saturnus rotation 1980 och 1981. De upptäckte en modulering av radiointensitet som antydde att planeten roterade en gång var 10:e timme och 40:e minut.
"Så det var det som kallades rotationsperioden, " sa Duane Pontius från Birmingham-Southern College i Alabama och en medförfattare till den nya studien.
När rymdfarkosten Cassini anlände till Saturnus 23 år senare för att studera planeten i 13 år, den hittade något häpnadsväckande.
"Omkring 2004 såg vi att perioden hade förändrats med 6 minuter, cirka 1 procent, sa Pontius.
En mekanisk analog modell av vad som kan hända med de norra och södra halvkloten av Saturnus atmosfär och magnetosfäriska plasma för att skapa vilseledande signaler om hur snabbt planeten roterar. "Bromsen" är att plasma saktar ner när den flyger längre från planeten, på samma sätt rör sig en snurrande dansares armar långsammare när de är utsträckta än när de hålls nära kroppen. Kredit:E.L. Brooks, et al, 2019, JGR:Rymdfysik
Men hur ändrar en hel planet hastigheten på sin rotation på 20 år? Det är den sortens förändring som tar hundratals miljoner år. Ännu mer mystisk var Cassinis upptäckt av elektromagnetiska mönster som antydde att planetens rotation är annorlunda på norra och södra halvklotet.
"Under en lång tid, Jag antog att det var något fel med datatolkningen, "mindes Pontius. "Det är bara inte möjligt."
Säsonger av Saturnus
För att ta reda på vad som verkligen hände, Pontius och hans medförfattare började med att titta på hur Saturnus skiljer sig från sitt närmaste syskon, Jupiter.
"Vad har Saturnus som Jupiter saknar, bredvid de uppenbara ringarna?" frågade Pontius. Svaret:årstider. Saturnus axel lutar cirka 27 grader, liknande jordens 23-graders lutning. Jupiter har knappt någon lutning alls - bara 3 grader.
Lutningen innebär att Saturnus norra och södra halvklot får olika mängd strålning från solen beroende på årstid. De olika doserna av ultraviolett ljus påverkar de avskalade atomerna – som kallas plasma – vid kanten av Saturnus atmosfär.
Enligt den modell som föreslagits av Pontius och hans kollegor, variationerna i UV från sommar till vinter i de olika hemisfärerna påverkar plasman så att den skapar mer eller mindre luftmotstånd på de höjder där den möter planetens gasatmosfär.
Den skillnaden i luftmotstånd gör att atmosfären saktar ner, vilket är det som anger perioden som ses i radiosignalerna.
Byt plasma efter säsong, och du ändrar perioden för radioutsändningar, vilket är vad som syns på Saturnus.
Den nya modellen ger en lösning på pusslet med Saturnus omöjliga föränderliga rotationsperioder. Det visar också att de observerade perioderna inte är rotationsperioden för Saturnus kärna, som förblir omättad.
Pontius presenterade modellen tidigare i år vid ett möte med Saturnusforskare och sa att den mottogs väl. Nu hoppas han att andra forskare ska ta nästa steg för att förfina modellen genom att utforska hur väl den passar med 13 år av Saturnusdata som samlats in av Cassini.
Den här historien återpubliceras med tillstånd av AGU Blogs (http://blogs.agu.org), en gemenskap av jord- och rymdvetenskapsbloggar, värd av American Geophysical Union. Läs originalberättelsen här.
