עבור כוכב לכת סלעי, מציאת אורך של יום יכולה להיות פשוטה. פשוט בחר נקודת ייחוס וצפה כמה זמן לוקח לסובב מחוץ לתצוגה ואז חזרה לתצוגה. אבל לכוכבי לכת כמו סטורן זה לא כל כך פשוט. אין מעקב אחר תכונות שטחיות.
מדענים בילו עשרות שנים בניסיון לקבוע את תקופת הסיבוב של שבתאי. אבל ענקית הגז לא ששה לחשוף את סודותיה. מחקר חדש ב- AGUJournal of Geophysical Research: Physics Space יתכן סוף סוף התשובה. המחקר נקרא "מחזוריות מרובות ומשתנות של שבתאי: מודל גלגל תנופה כפול של צימוד תרמוספרה-יונוספרה-מגנטוספרה."
עם כוכב לכת כמו כדור הארץ, אנו יודעים מה אנו מודדים כאשר אנו מודדים את התקופה הסיבובית. אנו מודדים את פני כדור הארץ. אבל עבור ענקית הגז הדברים מורכבים יותר. על איזו שכבה של כדור הארץ מדברים למעשה מדענים?
סטורן הוא ענק גז רב שכבתי, ככל הנראה עם גרעין סלעי. הגלעין הזה מוקף בשכבה של קרח, ואז מימן מתכתי והליום. ואז אזור של גשם הליום, מוקף עוד יותר באזור של מימן נוזלי. ואז מגיע אזור גדול של מימן גזי. האטמוספירה העליונה של שבתאי מורכבת משלוש שכבות: בחלקה העליון ענני אמוניה, מתחתיה אמוניום הידרוסולפיד, ומתחתם ענני אדי מים.
כאשר מדענים מדברים על תקופת הסיבוב של שבתאי, הם מדברים על האווירה העליונה. זה החלק היחיד של כדור הארץ שאפשר למדוד באמת.
מדענים בוחנים את דפוסי תדרי הרדיו שפולט ענק ענק על מנת לקבוע את אורכו. הקושי עם שבתאי הוא בכך שהוא פולט רק דפוסי רדיו בתדרים נמוכים שהאווירה של כדור הארץ חוסמת. זאת בניגוד לצדק, הפולט דפוסי תדרים גבוהים יותר העוברים באטמוספירה של כדור הארץ. בגלל זה, מדענים הצליחו לחשב את תקופת הסיבוב של צדק לפני כניסת החללית.
סטורן נאלץ להמתין עד 1980 ו -1981, אז וויאג'ר 1 וויאג'ר 2 ביקרו ואספו נתונים. באותה תקופה הם מדדו את תקופת הסיבוב 10 שעות, 40 דקות. זו הייתה המדידה הטובה ביותר שקיימת באותה תקופה, והיא נתקעה. במשך שני עשורים.
אבל אז ביקר קאסיני בשבתאי ובילה 13 שנה בחקרו וירחיו. אסטרונומים נדהמו לגלות שתקופת הסיבוב של שבתאי השתנתה. נתוני קאסיני הראו כי בעשרים השנים שבין וויאג'רס לקאסיני - כמות זמן לא משמעותית בחיי כוכב לכת - השתנה אורך היום.
"בערך בשנת 2004 ראינו שהתקופה השתנתה ב- 6 דקות, בערך אחוז אחד."
דוויין פונטיוס מהקולג 'בירמינגהאם-דרום באלבמה, מחבר משותף ללימודים.
קאסיני הראה שתקופת הסיבוב השתנתה ב- 6 דקות, או בערך אחוז.
"בערך בשנת 2004 ראינו שהתקופה השתנתה בשש דקות, בערך אחוז אחד", אמר דיואן פונטיוס מהמכללה בירמינגהאם-דרום באלבמה, מחבר המחקר החדש. "במשך זמן רב הנחתי שיש משהו לא בסדר בפרשנות הנתונים", נזכר פונטיוס. "זה פשוט לא אפשרי."
איך כדור הארץ כולו משנה את תקופת הסיבוב שלו בזמן כה קצר? שינוי בסדר גודל כזה צריך לקחת מאות מיליוני שנים. אבל היה עוד: קאסיני מדד גם דפוסים אלקטרומגנטיים המראים כי לחצי הכדור הצפוני והדרומי היו תקופות סיבוב שונות.
העונות המשתנות של שבתאי
פונטיוס ושאר המחברים רצו להבין מה קרה, ומדוע היה אי התאמה במדידות. בהנחה שנתוני קסיני הובנו נכון, הייתה חייבת להיות סיבה לשינוי, ולהבדל בין חצי הכדור. הם החליטו להשוות את סטורן עם אחיו הקרוב ביותר, יופיטר.
דבר אחד שיש לסטורן הוא עונות השנה. לשבתאי יש הטיה צירית של כמעט 27 מעלות, הדומה לטיית 23 מעלות של כדור הארץ. לצדק יש רק הטיה של שלוש מעלות. ממש כמו כדור הארץ, חצי הכדור הצפוני והדרומי של שבתאי מקבלים כמויות אנרגיה שונות בזמן שהוא מקיף את השמש.
בקצה החיצוני של האטמוספרה של שבתאי נמצא אזור של פלזמה. פונטיוס ושאר המחברים חושבים שהכמות השונה של אנרגיית ה- UV המגיעה לחצי הכדור במהלך העונות מקיימת אינטראקציה עם אותה פלזמה. במודל שהם פיתחו, הווריאציות ב- UV משפיעות על הפלזמה, ויוצרות גרירה פחות או יותר בצומת הפלזמה והאווירה החיצונית.
הגרירה היא שקובעת את סיבוב האטמוספירה כפי שמוצג על ידי פליטות גלי רדיו, וכי הסיבוב משתנה בהתאם לעונה בה אנו צופים.
הגרירה מהפלזמה היא שמאטה את הסיבוב, ומעניקה לנו את תקופת הסיבוב המסומנת על ידי פליטות הרדיו. ככל שהעונה משתנה, גרירת הפלזמה משתנה, וכך גם פליטות הרדיו. שוב, מדובר בפליטות הרדיו שאיתן מדענים מודדים את תקופת הסיבוב של שבתאי, מכיוון שאין תכונות שטח קבועות.
מודל זה שפותח על ידי פונטיוס וחבריו מספק הסבר לשינוי הסיבוב שנראה בעשרים השנה בין הוויאג'רס לקאסיני. מדידה זו מיועדת אך ורק לשכבות השטח של שבתאי. הגרעין הסלעי, שגודל פי 9-22 ממסת כדור הארץ, נסתר ובלתי ניתן לשליטה תחת עשרות אלפי קילומטרים של אטמוספרה.
יותר:
- הודעה לעיתונות: הגיוני מהסיבוב הבלתי אפשרי של שבתאי
- מאמר מדעי: מחזוריות מרובות ומשתנות של שבתאי: מודל כפול? גלגל תנופה של צימוד תרמוספרה? יונוספרה?
- ESA קאסיני-הויגנס: האווירה של שבתאי
