Saturna dienas grafika izveide nav tik vienkārša kā jūs domājat.
Mērījumi, kas tika veikti, izmantojot NASA Cassini kosmosa kuģi, parādīja, ka gredzenveida planētai ir garāka diena nekā iepriekš domāts. Pirmie aprēķini par dienas ilgumu Saturnā tika veikti pirms vairāk nekā 20 gadiem, izmantojot Voyager 2 aparatūru, lai precīzāk izmērītu Saturnas rotācijas ātrumu, un zinātnieku grupa izmantoja matemātisku pieeju, kas balstījās uz planētas gravitācijas lauka mērījumiem.
“Lai gan 15 minūšu neprecizitāte var šķist maza, salīdzinot ar aptuveni 10, 5 stundām, kuras laikā Saturns pagriezās ap savu asi, ir svarīgi zināt tā ātrumu,” sacīja Ravita Helels, vadošais eksperts Telavivas universitātē Izraēlā. "Lai zinātu rotācijas periodu, ir svarīgi, lai labāk izprastu atmosfēras dinamiku un planētas iekšējo struktūru."
Apelācijas noslēpumi
Kad Voyager 2 apmeklēja Saturnu 1981. gadā, tā mērījumi parādīja, ka planēta padara vienu revolūciju 1 stundas laikā 39 minūtes. Bet, kad Cassini pirmo reizi 2000.gadu sākumā lidoja uz Saturnu, izrādījās, ka orbitālais periods bija 10 stundas un 47 minūtes, un šī vērtība mainījās katram jaunajam mērījumam.
Gāzes milži, piemēram, Saturns, nav cietas virsmas, tāpēc zinātniekiem ir jāmeklē citas pieejas. Voyager un Cassini izmantoja radiācijas emisijas mērīšanas metodi, bet, ņemot vērā to, ka rādījumi pastāvīgi mainījās, viņš tika atzīts par nepārliecinošu.
Radio emisija nav vienīgā metode, lai izmērītu gāzes planētu rotāciju. Planētām, kuru magnētiskais stabs nesakrīt ar rotācijas asi, magnētiskā lauka mērījumi var palīdzēt noskaidrot, cik ātri planēta rotē. Tomēr Saturnas magnētiskais lauks sakrīt ar rotācijas asi, tāpēc šo metodi nevar izmantot. Trešais veids ir izmērīt, cik ātri mākonis Saturnas atmosfērā ap planētu. Tomēr mākoņa ātrums ne vienmēr sakrīt ar planētas rotācijas ātrumu, kas padara šo metodi pretrunīgu.
Helled un viņas komanda nolēma izmantot matemātiskāku pieeju, lai mērītu Saturnas rotācijas ātrumu. Komanda aprēķināja rotācijas periodu, izmantojot koeficientus, kas pārstāv planētas iekšējo daļu, pēc tam meklēja rotācijas perioda vērtību, kas atbilst lielākai daļai aprēķinu.
"Mēs negribējām, lai aprēķinātais periods būtu pilnībā saistīts ar iekšējo struktūru, tāpēc mēs ņēmām vērā daudzas iespējas viņu fiziskajā diapazonā," sacīja Hellels. "Ir daudz reklāmguvumu ātruma nozīmes, bet mēs atklājām, ka tie visi ir aptuveni tādi paši."
Orbitālā perioda teorētiskā vērtība bija 10 stundas un 33 minūtes, kas labi sakrīt ar iepriekšējiem mērījumu rezultātiem.
Teorijas pārbaude
Jaunie aprēķini balstījās uz planētas precīzi izmērīto magnētisko lauku. Kad Cassini lidoja ap Saturnu, viņš mērīja planētas ietekmi uz kosmosa kuģi, nosakot gravitācijas pieaugumu vai samazinājumu. Lai gan gravitācijas izmaiņas balstās uz izmaiņām iekšējā struktūrā, komandas matemātiskā pieeja ņēma vērā atšķirības iekšējā struktūrā, kas ietekmē informāciju par gravitācijas lauku.
„Mūsu metodes priekšrocība ir tāda, ka tā ņem vērā Saturnas specifisko iekšējo struktūru, nav atkarīga no vēja atkarīgas mākoņa trajektorijas un ļauj ņemt vērā plašu vērtību diapazonu mērītajās planētas fizikālajās īpašībās un to nenoteiktībā,” sacīja Hellels. Lai precizētu aprēķinus, komanda izmantoja arī planētas plakanuma mērījumus. Saplacināšana rodas no tā, ka rotējošās struktūras gandrīz nekad nav ideālas sfēras; jo ātrāk tie rotē, jo vairāk tie stiepjas gar ekvatoru. Tomēr hells uzsvēra, ka vēji ietekmē arī līdzenumu - spēcīgi vēji pie ekvatora palielina to.
Pēc teorētiskajiem Saturnas cirkulācijas ātruma aprēķiniem komanda pārgāja uz Jupiteru, kura apgrozības ātrums ir labi zināms. Izmantojot to pašu matemātisko pieeju, pētnieki ieguva apgrozījuma ātruma teorētisko vērtību, kas sakrīt ar reālo. Šis rezultāts apstiprināja to metodi. Hellelis aicina viņu darbu uz Jupiteru "ļoti iedvesmojoši".
Jauns, precīzs Saturna apgrozības likmes noteikšana palīdzēs zinātniekiem noteikt planētas ārējo un iekšējo struktūru. Tas palīdzēs uzzināt protoplanetārā diska struktūru, no kuras veidojās planētas, kā arī saprast gāzes miltu veidošanās procesu. Tas var arī palīdzēt pētīt atmosfēras dinamiku.
"Šī Saturnas ātruma vērtība apstiprina, ka platuma vēja struktūra ir simetriskāka un satur gan austrumu, gan rietumu viesuļvētras, kā mēs redzam Jupiters," sacīja Hellels.
