Att sätta upp ett dagligt schema för Saturnus är inte så enkelt som du kanske tror.
Mätningar som gjordes med hjälp av NASA Cassini rymdfarkoster visade att en ringad planet har en längre dag än tidigare trodde. De första beräkningarna av dagens varaktighet på Saturnus utfördes för över 20 år sedan med hjälp av Voyager 2-apparaten. För att mer noggrant mäta Saturns rotationshastighet använde en grupp vetenskapsmän ett matematiskt tillvägagångssätt baserat på mätningar av planetens gravitationsfält.
"Även om en otillräcklighet på 15 minuter kan tyckas liten jämfört med ca 10, 5 timmar, under vilken Saturnus vänder sin axel, är det viktigt att känna till sin hastighet", säger Ravit Helled, en ledande expert på Tel Aviv University i Israel. Att veta rotationsperioden är viktigt för att bättre förstå atmosfärens dynamik och planetens interna struktur. "
Mysteries of Appeal
När Voyager 2 besökte Saturnus 1981 visade dess mätningar att planeten gör en revolution om 1 timme 39 minuter. Men när Cassini först flög upp till Saturnus i början av 2000-talet visade sig att omloppstiden var 10 timmar och 47 minuter och detta värde ändrades med varje ny mätning.
Gasjättar som Saturnus har inte en hård yta, så forskare behöver leta efter andra tillvägagångssätt. Voyager och Cassini använde metoden för mätning av radioemission, men på grund av att läsningarna ständigt förändrades, förklarades han ohållbar.
Radioutsläpp är inte den enda metoden för att mäta gasplanets rotation. För planeter vars magnetiska pol inte sammanfaller med rotationsaxeln kan mätningar av magnetfältet hjälpa till att ta reda på hur snabbt planet roterar. Saturns magnetfält sammanfaller dock med rotationsaxeln, så denna metod kan inte appliceras på den. Det tredje sättet är att mäta hur snabbt ett moln i Saturnus atmosfär vänder om planeten. Dock kommer molnens hastighet inte nödvändigtvis att sammanfalla med planetens rotationshastighet, vilket gör denna metod kontroversiell.
Helled och hennes lag bestämde sig för att använda en mer matematisk metod för att mäta Saturns rotationshastighet. Teamet beräkna rotationsperioden med hjälp av koefficienter som representerar den inre delen av planeten, sedan sökt efter ett rotationsperiodvärde som passar de flesta beräkningar.
"Vi ville inte att den beräknade perioden skulle vara helt associerad med den interna strukturen, så vi tog hänsyn till många av möjligheterna i deras fysiska intervall," sade Helled. "Det finns många betydelser av omvandlingshastighet, men vi fann att de alla tenderar att vara ungefär samma värde."
Orbitaltids teoretiska värde var 10 timmar och 33 minuter vilket korrelerade väl med tidigare mätresultat.
Teoritest
De nya beräkningarna baserades på planetens exakt uppmätta magnetfält. När Cassini flög runt Saturnus, mätt han planetens inverkan på en rymdfarkost, bestämmer ökningen eller minskningen av gravitationen. Även om tyngdförändringar bygger på förändringar i den interna strukturen tog lagets matematiska tillvägagångssätt hänsyn till skillnader i den interna strukturen som påverkar information om gravitationsfältet.
"Fördelen med vår metod är att den tar hänsyn till Saturns specifika interna struktur, litar inte på den vindberoende molnbanan och tillåter oss att ta hänsyn till ett brett spektrum av värden inom planetens uppmätta fysiska egenskaper och deras osäkerheter", säger Helled. För att klargöra beräkningarna använde teamet också mätningar av planetens planhet. Flattbildning härrör från det faktum att roterande kroppar är nästan aldrig idealiska sfärer; Ju snabbare de roterar desto mer sträcker de sig längs ekvatorn. Helled understryker dock att vindarna också påverkar planheten - starka vindar på ekvatorn ökar den.
Efter teoretiska beräkningar av hastigheten av Saturnus cirkulation, bytte laget till Jupiter, vars hastighet av cirkulationen är välkänd. Med samma matematiska tillvägagångssätt uppnådde forskarna ett teoretiskt värde av cirkulationens hastighet, vilket sammanfaller med den verkliga. Detta resultat bekräftade deras metod. Helled kallar resultatet av sitt arbete på Jupiter "väldigt inspirerande".
Ny, exakt bestämning av cirkulationshastigheten för Saturnus kommer att hjälpa forskare att bestämma den externa och interna strukturen på planeten. Det kommer att bidra till att känna till strukturen hos den protoplanetiska disken från vilken planeterna bildades, samt att förstå processen för bildning av gasjättar. Det kan också hjälpa till vid studier av atmosfärisk dynamik.
"Det här värdet av Saturns hastighet bekräftar att strukturen hos latitudvindarna är mer symmetrisk och innehåller både östliga och västra orkaner, som vi ser på Jupiter", sa Helled.
