Vzpostavitev dnevnega urnika za Saturn ni tako enostavna, kot si morda mislite.
Meritve, ki so bile izvedene z uporabo NASA Cassini vesoljskega plovila, so pokazale, da ima obročen planet daljši dan kot se je prej mislilo. Prvi izračuni trajanja dneva na Saturnu so bili izvedeni pred več kot 20 leti z aparatom Voyager 2. Da bi natančneje izmerili hitrost vrtenja Saturna, je skupina znanstvenikov uporabila matematični pristop, ki je temeljil na meritvah gravitacijskega polja planeta.
»Čeprav se zdi, da je netočnost 15 minut majhna v primerjavi s približno 10, 5 urami, ko Saturn zavije okoli svoje osi, je pomembno poznati njegovo hitrost,« je povedal Ravit Helled, vodilni strokovnjak na univerzi v Tel Avivu v Izraelu. "Poznavanje obdobja rotacije je pomembno za boljše razumevanje dinamike atmosfere in notranje strukture planeta."
Pritožbe o skrivnostih
Ko je Voyager 2 obiskal Saturn leta 1981, so njegove meritve pokazale, da planet naredi eno revolucijo v 1 uri in 39 minutah. Toda, ko je Cassini prvič zletel na Saturn v začetku 2000-ih, se je izkazalo, da je orbitalno obdobje 10 ur in 47 minut, in ta vrednost se je z vsako novo meritvijo spremenila.
Plinski velikani, kot je Saturn, nimajo trde površine, zato morajo znanstveniki iskati druge pristope. Voyager in Cassini sta uporabila metodo merjenja radijske emisije, vendar sta bila zaradi nenehnega spreminjanja odčitkov razglašena za nevzdržno.
Radijska emisija ni edina metoda za merjenje rotacije plinskih planetov. Za planete, katerih magnetni pol ne sovpada z osjo vrtenja, lahko meritve magnetnega polja pomagajo ugotoviti, kako hitro se planet vrti. Vendar pa Saturnovo magnetno polje sovpada z osjo vrtenja, tako da ga ni mogoče uporabiti. Tretji način je izmeriti, kako hitro se oblak v atmosferi Saturna obrne okoli planeta. Vendar hitrost oblaka ne bo nujno sovpadala s hitrostjo vrtenja planeta, zaradi česar je ta metoda sporno.
Helled in njena ekipa sta se odločila uporabiti bolj matematični pristop za merjenje hitrosti vrtenja Saturna. Obdobje rotacije je ekipa izračunala s koeficienti, ki predstavljajo notranji del planeta, nato pa so iskali vrednost obdobja rotacije, ki ustreza večini izračunov.
"Nismo želeli, da bi bilo izračunano obdobje popolnoma povezano z notranjo strukturo, zato smo upoštevali številne možnosti v njihovem fizičnem obsegu," je dejal Helled. "Obstaja veliko pomenov hitrosti konverzije, vendar smo ugotovili, da imajo vsi približno isto vrednost."
Teoretična vrednost orbitalnega obdobja je bila 10 ur in 33 minut, kar je dobro povezano s prejšnjimi rezultati meritev.
Testiranje teorije
Novi izračuni so temeljili na natančno izmerjenem magnetnem polju planeta. Ko je Cassini letel okoli Saturna, je izmeril vpliv planeta na vesoljsko plovilo in določil povečanje ali zmanjšanje gravitacije. Čeprav spremembe v gravitaciji temeljijo na spremembah notranje strukture, je matematični pristop skupine upošteval razlike v notranji strukturi, ki vplivajo na informacije o gravitacijskem polju.
»Prednost naše metode je, da upošteva specifično notranjo strukturo Saturna, se ne zanaša na vetrno odvisno krivuljo oblaka in nam omogoča, da upoštevamo širok razpon vrednosti znotraj izmerjenih fizikalnih lastnosti planeta in njihovih negotovosti,« je dejal Helled. Za pojasnitev izračunov je ekipa uporabila tudi meritve ravnosti planeta. Ravnanje izhaja iz dejstva, da so rotirajoča telesa skoraj nikoli idealna krogla; hitreje se vrtijo, bolj se raztezajo vzdolž ekvatorja. Helled pa je poudaril, da vetrovi vplivajo tudi na ravnost - močni vetrovi na ekvatorju jo povečujejo.
Po teoretičnih izračunih stopnje Saturnove cirkulacije se je ekipa preusmerila na Jupiter, katerega hitrost kroženja je dobro znana. Z istim matematičnim pristopom so raziskovalci dobili teoretično vrednost hitrosti kroženja, ki sovpada z realno. Ta rezultat je potrdil njihovo metodo. Helled imenuje rezultate svojega dela o Jupitru "zelo navdihujoče".
Novo, natančno določanje hitrosti kroženja Saturna bo pomagalo znanstvenikom določiti zunanjo in notranjo strukturo planeta. Pomagala bo spoznati strukturo protoplanetnega diska, iz katerega so bili oblikovani planeti, in razumeti proces nastajanja plinskih velikanov. Pomaga lahko tudi pri preučevanju dinamike ozračja.
"Ta vrednost hitrosti Saturna potrjuje, da je struktura vetrov širine bolj simetrična in vsebuje tako vzhodne kot zahodne orkane, kot jih vidimo na Jupiterju," je dejal Helled.
