Saturni päevase ajakava koostamine ei ole nii lihtne kui arvate.
NASA Cassini kosmoseaparaadi abil tehtud mõõtmised näitasid, et rõngastatud planeedil on pikem päev kui varem arvati. Esimesed arvutused Saturni päeva kestuse kohta viidi läbi rohkem kui 20 aastat tagasi, kasutades Voyager 2 seadet, et Saturni pöörlemiskiirust täpsemini mõõta kasutas teadlaste rühm matemaatilist lähenemist, mis põhines planeedi gravitatsiooniväli mõõtmisel.
„Kuigi 15-minutiline ebatäpsus võib tunduda väike kui umbes 10, 5 tundi, mille jooksul Saturn pöörab ümber oma telje, on oluline teada selle kiirust,” ütles Ravit Helled, Iisraeli Tel Avivi Ülikooli juhtiv ekspert. "Rotatsiooniperioodi tundmine on oluline, et paremini mõista atmosfääri ja planeedi sisemist struktuuri."
Kaebuse saladused
Kui Voyager 2 külastas Saturnit 1981. aastal, näitasid mõõtmised, et planeet teeb ühe revolutsiooni 1 tunni jooksul 39 minutiga. Aga kui Cassini esimest korda 2000ndate alguses lendas Saturnini, selgus, et orbitaalperiood oli 10 tundi ja 47 minutit ning see väärtus muutus iga uue mõõtmise korral.
Gaasi hiiglastel nagu Saturn ei ole kõva pinda, nii et teadlased peavad otsima teisi lähenemisviise. Voyager ja Cassini kasutasid raadiosageduse mõõtmise meetodit, kuid tänu sellele, et näidud muutusid pidevalt, kuulutati ta vastuvõetamatuks.
Raadioheitmed ei ole ainus meetod gaasiplokkide pöörlemise mõõtmiseks. Planeedide puhul, mille magnetiline pool ei lange kokku pöörlemisteljega, võivad magnetvälja mõõtmised aidata teada, kui kiiresti planeet pöörleb. Kuid Saturni magnetväli langeb kokku pöörlemisteljega, seega ei saa seda meetodit kasutada. Kolmas võimalus on mõõta, kui kiiresti pilv Saturni atmosfääris planeedi ümber pöörleb. Pilve kiirus ei pruugi aga kattuda planeedi pöörlemiskiirusega, mis muudab selle meetodi vastuoluliseks.
Helled ja tema meeskond otsustasid Saturn'i pöörlemiskiiruse mõõtmisel kasutada rohkem matemaatilist lähenemist. Meeskond arvutas rotatsiooni perioodi kasutades planeedi sisemist osa esindavaid koefitsiente ja otsis seejärel enamiku arvutuste jaoks sobivat pöörlemisperioodi väärtust.
"Me ei tahtnud, et arvutatud periood oleks täielikult seotud sisemise struktuuriga, seega võtsime arvesse mitmeid võimalusi nende füüsilises vahemikus," ütles Helled. "Konversiooni kiirusel on palju tähendusi, kuid leidsime, et nad kõik kipuvad umbes sama väärtusega."
Orbitaalperioodi teoreetiline väärtus oli 10 tundi ja 33 minutit, mis korreleeris hästi eelmiste mõõtmistulemustega.
Teooria testimine
Uued arvutused põhinesid planeedi täpselt mõõdetud magnetväljal. Kui Cassini lendas Saturni ümber, mõõtis ta planeedi mõju kosmoselaevale, määrates raskuse suurenemise või vähenemise. Kuigi gravitatsiooni muutused põhinevad sisemise struktuuri muutustel, võttis meeskonna matemaatiline lähenemine arvesse erinevusi sisemises struktuuris, mis mõjutavad gravitatsiooniväli käsitlevat informatsiooni.
"Meie meetodi eeliseks on see, et see võtab arvesse Saturni spetsiifilist sisemist struktuuri, ei toetu tuulepõhisele pilvisele teele ja võimaldab meil võtta arvesse laia väärtuste hulka planeedi mõõdetud füüsikalistes omadustes ja nende ebakindluses," ütles Helled. Arvutuste selgitamiseks kasutas meeskond ka planeedi tasasuse mõõtmisi. Plaatimine tuleneb asjaolust, et pöörlevad kehad on peaaegu kunagi ideaalsed sfäärid; mida kiiremini nad pöörlevad, seda rohkem nad piki ekvaatorit venivad. Helled rõhutas siiski, et tuuled mõjutavad ka tasasust - suured tuuled ekvaatori juures suurendavad seda.
Pärast Saturni ringluse määra teoreetilisi arvutusi vahetas meeskond Jupiteri, kelle ringluskiirus on hästi teada. Kasutades sama matemaatilist lähenemist, said teadlased ringluse kiiruse teoreetilise väärtuse, mis langeb kokku reaalse kiirusega. See tulemus kinnitas nende meetodit. Helled kutsub oma töö tulemusi Jupiterile "väga inspireerivaks".
Saturni ringluse kiiruse uus, täpne määramine aitab teadlastel määrata planeedi välise ja sisemise struktuuri. See aitab teada planeedi moodustamise protoplanetaarse ketta struktuuri ning mõista gaasi hiiglaste moodustumise protsessi. Samuti võib see aidata atmosfääri dünaamika uurimisel.
"See Saturni kiiruse väärtus kinnitab, et laiuste tuulte struktuur on sümmeetrilisem ja sisaldab nii ida- kui ka lääne orkaane, nagu näeme Jupiteris," ütles Helled.
