Bølger i Saturns ringe giver præcis måling af planeternes rotationshastighed

Saturns karakteristiske ringe blev observeret i hidtil uset detalje af NASAs Cassini-rumfartøj, og videnskabsmænd har nu brugt disse observationer til at undersøge det indre af den gigantiske planet og opnå den første præcise bestemmelse af dens rotationshastighed. Længden af ​​en dag på Saturn, ifølge deres beregninger, er 10 timer 33 minutter og 38 sekunder.

Forskerne studerede bølgemønstre skabt i Saturns ringe af planetens indre vibrationer. Træde i kræft, ringene fungerer som en ekstremt følsom seismograf ved at reagere på vibrationer i selve planeten.

Svarende til Jordens vibrationer fra et jordskælv, Saturn reagerer på forstyrrelser ved at vibrere ved frekvenser bestemt af dens indre struktur. Varmedrevet konvektion i interiøret er den mest sandsynlige kilde til vibrationerne. Disse interne svingninger får tætheden på et bestemt sted på planeten til at svinge, som får gravitationsfeltet uden for planeten til at svinge med samme frekvenser.

"Partikler i ringene mærker denne svingning i gravitationsfeltet. På steder, hvor denne oscillation giver genlyd med ringbaner, energi opbygges og bliver revet med som en bølge, " forklarede Christopher Mankovich, en kandidatstuderende i astronomi og astrofysik ved UC Santa Cruz.

Mankovich er hovedforfatter af et papir, offentliggjort 17. januar i Astrofysisk tidsskrift , sammenligne bølgemønstrene i ringene med modeller af Saturns indre struktur.

De fleste af de bølger, der observeres i Saturns ringe, skyldes gravitationseffekterne af månerne, der kredser uden for ringene, sagde medforfatter Jonathan Fortney, professor i astronomi og astrofysik ved UC Santa Cruz. "Men nogle af funktionerne i ringene skyldes selve planetens svingninger, og vi kan bruge dem til at forstå planetens indre svingninger og indre struktur, " han sagde.

Mankovich udviklede et sæt modeller af Saturns indre struktur, brugte dem til at forudsige frekvensspektret af Saturns indre vibrationer, og sammenlignede disse forudsigelser med bølgerne observeret af Cassini i Saturns C-ring. Et af hovedresultaterne af hans analyse er den nye beregning af Saturns rotationshastighed, hvilket har været overraskende svært at måle.

Som en gasgigantisk planet, Saturn har ingen fast overflade med vartegn, der kan spores, mens den roterer. Saturn er også usædvanlig ved at have sin magnetiske akse næsten perfekt på linje med sin rotationsakse. Jupiters magnetiske akse, som Jordens, ikke er på linje med sin rotationsakse, hvilket betyder, at den magnetiske pol svinger rundt, når planeten roterer, gør det muligt for astronomer at måle et periodisk signal i radiobølger og beregne rotationshastigheden.

Rotationshastigheden på 10:33:38 bestemt af Mankovichs analyse er adskillige minutter hurtigere end tidligere estimater baseret på radiometri fra Voyager- og Cassini-rumfartøjerne.

"Vi har nu længden af ​​Saturns dag, da vi troede, at vi ikke ville kunne finde det, " sagde Cassini-projektforsker Linda Spilker. "De brugte ringene til at kigge ind i Saturns indre, og ud dukkede denne længe søgte, planetens grundlæggende kvalitet. Og det er et rigtig solidt resultat. Ringene holdt svaret."

Ideen om at Saturns ringe kunne bruges til at studere planetens seismologi blev først foreslået i 1982, længe før de nødvendige observationer var mulige. Medforfatter Mark Marley, nu på NASA's Ames Research Center i Silicon Valley, efterfølgende uddybet idéen til sin ph.d. afhandling i 1990, viste, hvordan beregningerne kunne udføres, og forudsagde, hvor træk i Saturns ringe ville være. Han bemærkede også, at Cassini-missionen, derefter i planlægningsfasen, ville være i stand til at foretage de nødvendige observationer for at teste ideen.

"To årtier senere, folk kiggede på Cassini-dataene og fandt ringtræk ved placeringen af ​​Marks forudsigelser, " sagde Fortney.