På samma sätt som jordbävningar får vår planet att mullra, svängningar i det inre av Saturnus får gasjätten att vicka runt lite. Dessa rörelser, i tur och ordning, orsaka krusningar i Saturnus ringar.

I en ny studie accepterad i tidskriften Natur astronomi , två Caltech-astronomer har analyserat dessa porlande ringar för att avslöja ny information om Saturnus kärna. För sina studier, de använde äldre data som fångats av NASA:s Cassini, en rymdfarkost som kretsade runt den ringmärkta jätten i 13 år innan den dök in i planetens atmosfär och sönderföll 2017.

Fynden tyder på att planetens kärna inte är en hård stenkula, som några tidigare teorier hade föreslagit, men en diffus soppa av is, sten, och metalliska vätskor – eller vad forskarna refererar till som en "fuzzy" kärna. Analysen avslöjar också att kärnan sträcker sig över 60 procent av planetens diameter, vilket gör den betydligt större än tidigare beräknat.

"Vi använde Saturnus ringar som en gigantisk seismograf för att mäta svängningar inuti planeten, " säger medförfattaren Jim Fuller, biträdande professor i teoretisk astrofysik vid Caltech. "Det här är första gången vi har kunnat seismiskt undersöka strukturen hos en gasjätteplanet, och resultaten var ganska överraskande."

"Den detaljerade analysen av Saturnus porlande ringar är en mycket elegant form av seismologi för att härleda egenskaperna hos Saturnus kärna, säger Jennifer Jackson, William E. Leonhard professor i mineralfysik vid det seismologiska laboratoriet vid Caltech, som inte var involverad i studien men använder olika typer av seismiska observationer för att förstå sammansättningen av jordens kärna och för att potentiellt upptäcka seismiska händelser på Venus i framtiden.

Huvudförfattaren till studien är Christopher Mankovich, en postdoktoral forskarassistent inom planetvetenskap som arbetar i Fullers grupp.

Fynden erbjuder de bästa bevisen hittills för Saturnus suddiga kärna och stämmer överens med nya bevis från NASA:s Juno-uppdrag, vilket indikerar att gasjätten Jupiter också kan ha en liknande utspädd kärna.

"De luddiga kärnorna är som ett slam, " förklarar Mankovich. "Vätet och heliumgasen på planeten blandas gradvis med mer och mer is och sten när du rör dig mot planetens centrum. Det är lite som delar av jordens hav där sältan ökar när du kommer till djupare och djupare nivåer, skapa en stabil konfiguration."

Tanken att Saturnus svängningar kunde skapa vågor i dess ringar och att ringarna därmed kunde användas som seismograf för att studera Saturnus inre uppstod först i studier i början av 1990-talet av Mark Marley (BS '84) och Carolyn Porco (Ph.D. . '83), som senare blev ledare för Cassini Imaging Team. Den första observationen av fenomenet gjordes av Matt Hedman och P.D. Nicholson (Ph.D. '79) 2013, som analyserade data från Cassini. Astronomerna fann att Saturnus C-ring innehöll flera spiralmönster som drivs av fluktuationer i Saturnus gravitationsfält och att dessa mönster skilde sig från andra vågor i ringarna orsakade av gravitationsinteraktioner med planetens månar.

Nu, Mankovich och Fuller har analyserat vågmönstret i ringarna för att bygga nya modeller av Saturnus skvalpande interiör.

"Saturnus skakar alltid, men det är subtilt, " säger Mankovich. "Planetens yta rör sig ungefär en meter var och varannan timme som en långsamt porlande sjö. Som en seismograf, ringarna tar upp gravitationsstörningarna, och ringpartiklarna börjar vicka runt, " han säger.

Forskarna säger att de observerade gravitationsvågorna indikerar att Saturnus djupa inre, samtidigt som det skvalpar runt som helhet, består av stabila lager som bildades efter att tyngre material sjunkit till mitten av planeten och slutat blandas med lättare material ovanför dem.

"För att planetens gravitationsfält ska oscillera med dessa speciella frekvenser, interiören måste vara stabil, och det är bara möjligt om andelen is och sten gradvis ökar när du går in mot planetens centrum, säger Fuller.

Deras resultat indikerar också att kärnan i Saturnus är 55 gånger så massiv som hela jorden, med 17 jordmassor av det är is och sten och resten en vätska av väte och helium.

Hedman, som inte ingår i den aktuella studien, säger, "Christopher och Jim kunde visa att en speciell ringfunktion gav starka bevis för att Saturnus kärna är extremt diffus. Jag är spänd på att tänka på vad alla andra ringfunktioner som skapats av Saturnus kan berätta för oss om den planeten."

Dessutom, fynden utgör utmaningar för nuvarande modeller av gasjättebildning, som håller fast vid att steniga kärnor bildas först och sedan drar till sig stora höljen av gas. Om planeternas kärnor verkligen är suddiga som studien visar, planeterna kan istället inkorporera gas tidigare i processen.

De Natur astronomi studie, betitlad, "En diffus kärna i Saturnus avslöjad av ringseismologi, " finansierades av The Rose Hills Foundation och Sloan Foundation.