Για έναν βραχώδη πλανήτη, η εύρεση της διάρκειας μιας ημέρας μπορεί να είναι απλή. Απλώς επιλέξτε ένα σημείο αναφοράς και παρακολουθήστε πόσο καιρό χρειάζεται για να περιστρέψετε την προβολή και, στη συνέχεια, επιστρέψτε στην προβολή. Αλλά για πλανήτες όπως ο Κρόνος, δεν είναι τόσο απλό. Δεν υπάρχουν χαρακτηριστικά επιφάνειας για παρακολούθηση.
Οι επιστήμονες έχουν περάσει δεκαετίες προσπαθώντας να προσδιορίσουν την περιστροφική περίοδο του Κρόνου. Αλλά ο γίγαντας του φυσικού αερίου ήταν απρόθυμος να αποκαλύψει τα μυστικά του. Μια νέα μελέτη στο AGU'sΠεριοδικό Γεωφυσικής Έρευνας: Διαστημική Φυσική μπορεί τελικά να έχει την απάντηση. Η μελέτη έχει τίτλο «Πολλαπλές, μεταβλητές περιοδικότητες του Κρόνου: Ένα μοντέλο διπλού σφόνδυλου της σύζευξης θερμοσφαίρας-ιονόσφαιρας-μαγνητόσφαιρας».
Με έναν πλανήτη σαν τη Γη, ξέρουμε τι μετράμε όταν μετράμε την περιστροφική περίοδο. Μετράμε την επιφάνεια του πλανήτη. Αλλά για έναν γίγαντα φυσικού αερίου, τα πράγματα είναι πιο περίπλοκα. Σε ποιο επίπεδο του πλανήτη μιλούν πραγματικά οι επιστήμονες;
Ο Κρόνος είναι ένας πολυεπίπεδος γίγαντας αερίου, πιθανότατα με βραχώδη πυρήνα. Αυτός ο πυρήνας περιβάλλεται από στρώμα πάγου, μετά μεταλλικό υδρογόνο και ήλιο. Στη συνέχεια, μια περιοχή βροχής ηλίου, περιβάλλεται περαιτέρω από μια περιοχή υγρού υδρογόνου. Στη συνέχεια έρχεται μια μεγάλη περιοχή αερίου υδρογόνου. Η ανώτερη ατμόσφαιρα του Κρόνου αποτελείται από τρία στρώματα: στην κορυφή υπάρχουν σύννεφα αμμωνίας, κάτω από αυτό είναι υδροσουλφίδιο αμμωνίου, και κάτω από αυτά είναι σύννεφα υδρατμών.
Όταν οι επιστήμονες μιλούν για την περίοδο περιστροφής του Κρόνου, μιλούν για την ανώτερη ατμόσφαιρα. Είναι το μόνο μέρος του πλανήτη που μπορεί πραγματικά να μετρηθεί.
Οι επιστήμονες εξετάζουν τα μοτίβα ραδιοσυχνοτήτων που εκπέμπει ένας γίγαντας αερίου για να προσδιορίσουν τη διάρκεια της ημέρας. Η δυσκολία με τον Κρόνο είναι ότι εκπέμπει μόνο ραδιοφωνικά μοτίβα χαμηλής συχνότητας που αποκλείει η ατμόσφαιρα της Γης. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τον Δία, ο οποίος εκπέμπει μοτίβα υψηλότερης συχνότητας που περνούν από την ατμόσφαιρα της Γης. Εξαιτίας αυτού, οι επιστήμονες μπόρεσαν να επεξεργαστούν την περιστροφική περίοδο του Δία πριν από την έλευση του διαστημικού σκάφους.
Ο Κρόνος έπρεπε να περιμένει μέχρι το 1980 και το 1981, όταν ο Voyager 1 και ο Voyager 2 επισκέφτηκαν και συνέλεξαν δεδομένα. Εκείνη τη στιγμή, μέτρησαν την περιστροφική περίοδο σε 10 ώρες, 40 λεπτά. Αυτή ήταν η καλύτερη διαθέσιμη μέτρηση εκείνη τη στιγμή, και κολλήθηκε. Για δύο δεκαετίες.
Αλλά τότε ο Κασίνι επισκέφτηκε τον Κρόνο και πέρασε 13 χρόνια μελετώντας το και τα φεγγάρια του. Οι αστρονόμοι έμειναν έκπληκτοι όταν διαπίστωσαν ότι η περίοδος περιστροφής του Κρόνου είχε αλλάξει. Τα στοιχεία του Cassini έδειξαν ότι στα είκοσι χρόνια μεταξύ των Voyagers και του Cassini - ένα ασήμαντο χρονικό διάστημα στη ζωή ενός πλανήτη - η διάρκεια της ημέρας είχε αλλάξει.
"Περίπου το 2004 είδαμε ότι η περίοδος είχε αλλάξει κατά 6 λεπτά, περίπου 1 τοις εκατό."
Duane Pontius του Μπέρμιγχαμ-Southern College στην Αλαμπάμα, Συν-συγγραφέας μελέτης.
Ο Cassini έδειξε ότι η περίοδος περιστροφής είχε αλλάξει κατά 6 λεπτά ή περίπου 1 τοις εκατό.
"Περίπου το 2004 είδαμε ότι η περίοδος είχε αλλάξει κατά 6 λεπτά, περίπου 1 τοις εκατό", δήλωσε η Duane Pontius του Μπέρμιγχαμ-Southern College στην Αλαμπάμα, συν-συγγραφέας της νέας μελέτης. «Για μεγάλο χρονικό διάστημα, υποθέτω ότι υπήρχε κάποιο πρόβλημα με την ερμηνεία των δεδομένων», υπενθύμισε ο Πόντιος. "Απλώς δεν είναι δυνατό."
Πώς ένας ολόκληρος πλανήτης αλλάζει την περιστροφική του περίοδο σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα; Μια αλλαγή αυτού του μεγέθους θα χρειαστεί εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια για να συμβεί. Αλλά υπήρχαν περισσότερα: Ο Cassini μετρήθηκε επίσης ηλεκτρομαγνητικά μοτίβα που δείχνουν ότι το βόρειο και το νότιο ημισφαίριο είχαν διαφορετικές περιόδους περιστροφής.
Οι μεταβαλλόμενες εποχές του Κρόνου
Ο Πόντιος και οι άλλοι συγγραφείς ήθελαν να καταλάβουν τι είχε συμβεί και γιατί υπήρχε ασυμφωνία στις μετρήσεις. Υποθέτοντας ότι τα δεδομένα Cassini κατανοήθηκαν σωστά, έπρεπε να υπάρχει λόγος για την αλλαγή και για τη διαφορά μεταξύ των ημισφαιρίων. Αποφάσισαν να συγκρίνουν τον Κρόνο με τον πλησιέστερο αδερφό του, τον Δία.
Ένα πράγμα που έχει ο Κρόνος είναι εποχές. Ο Κρόνος έχει μια αξονική κλίση σχεδόν 27 μοιρών, κάτι που είναι παρόμοιο με την κλίση των 23 μοιρών της Γης. Ο Δίας έχει κλίση μόνο τριών μοιρών. Όπως και η Γη, τα βόρεια και νότια ημισφαίρια του Κρόνου λαμβάνουν διαφορετικές ποσότητες ενέργειας καθώς περιστρέφονται γύρω από τον Ήλιο.
Στο εξωτερικό άκρο της ατμόσφαιρας του Κρόνου βρίσκεται μια περιοχή πλάσματος. Ο Πόντιος και οι άλλοι συγγραφείς πιστεύουν ότι η διαφορετική ποσότητα της υπεριώδους ενέργειας που φτάνει στα ημισφαίρια μέσα στις εποχές αλληλεπιδρά με αυτό το πλάσμα. Στο μοντέλο που έχουν αναπτύξει, οι διακυμάνσεις στην υπεριώδη ακτινοβολία επηρεάζουν το πλάσμα, δημιουργώντας λίγο πολύ τη διασταύρωση του πλάσματος και της εξωτερικής ατμόσφαιρας.
Το drag είναι αυτό που καθορίζει την περιστροφή της ατμόσφαιρας, όπως φαίνεται από τις εκπομπές ραδιοκυμάτων, και ότι η περιστροφή αλλάζει ανάλογα με την εποχή που παρατηρούμε.
Η έλξη από το πλάσμα είναι αυτό που επιβραδύνει την περιστροφή, δίνοντάς μας την περίοδο περιστροφής που σηματοδοτείται από τις εκπομπές ραδιοφώνου. Καθώς αλλάζει η σεζόν, η αντίσταση πλάσματος αλλάζει, και το ίδιο κάνουν και οι εκπομπές ραδιοφώνου. Και πάλι, οι εκπομπές ραδιοεπικοινωνιών μετρούν οι επιστήμονες την περιστροφική περίοδο του Κρόνου, καθώς δεν υπάρχουν σταθερά επιφανειακά χαρακτηριστικά.
Αυτό το μοντέλο που αναπτύχθηκε από τον Πόντιο και τους συναδέλφους του παρέχει μια εξήγηση για την αλλαγή της περιστροφής που παρατηρήθηκε τα 20 χρόνια μεταξύ των Voyagers και του Cassini. Ωστόσο, αυτή η μέτρηση αφορά μόνο τα επιφανειακά στρώματα του Κρόνου. Ο βραχώδης πυρήνας, που είναι μεταξύ 9-22 φορές της μάζας της Γης, είναι κρυμμένος και αδιάρρηκτος κάτω από δεκάδες χιλιάδες χιλιόμετρα ατμόσφαιρας.
Περισσότερο:
- Δελτίο Τύπου: Έννοια της αδύνατης περιστροφής του Κρόνου
- Επιστημονική εργασία: Πολλαπλές, μεταβλητές περιοδικότητες του Κρόνου: Ένα διπλό μοντέλο βολάν θερμοσφαίρας ιονόσφαιρας
- ESA Cassini-Huygens: Ατμόσφαιρα του Κρόνου
