Đối với một hành tinh đá, việc tìm kiếm độ dài của một ngày có thể đơn giản. Chỉ cần chọn một điểm tham chiếu và xem mất bao lâu để xoay ra khỏi tầm nhìn, sau đó quay lại xem. Nhưng đối với các hành tinh như Sao Thổ, nó không đơn giản như vậy. Không có tính năng bề mặt để theo dõi.
Các nhà khoa học đã dành nhiều thập kỷ để cố gắng xác định thời kỳ quay của Sao Thổ. Nhưng người khổng lồ khí đã miễn cưỡng tiết lộ bí mật của nó. Một nghiên cứu mới ở AGUTạp chí nghiên cứu địa vật lý: Vật lý không gian cuối cùng có thể có câu trả lời. Nghiên cứu này có tiêu đề là Sat Saturn, nhiều chu kỳ thay đổi: Một mô hình bánh đà kép của khớp nối tầng điện ly-tầng điện ly-từ tính.
Với một hành tinh như Trái đất, chúng ta biết những gì chúng ta đo được khi đo thời gian quay. Chúng tôi đo đạc bề mặt của hành tinh. Nhưng đối với một người khổng lồ khí, mọi thứ phức tạp hơn. Các nhà khoa học đang nói về lớp nào của hành tinh?
Sao Thổ là một khối khí khổng lồ nhiều lớp, có khả năng có lõi đá. Lõi đó được bao quanh bởi một lớp băng, sau đó là hydro kim loại và heli. Sau đó, một khu vực mưa helium, bao quanh bởi một khu vực hydro lỏng. Sau đó đến một khu vực lớn của khí hydro. Bầu khí quyển trên sao Thổ được tạo thành từ ba lớp: trên cùng là những đám mây amoniac, bên dưới là amoni hydrosulphide và bên dưới là những đám mây hơi nước.
Khi các nhà khoa học nói về thời kỳ quay Saturn, họ đã nói về bầu khí quyển phía trên. Nó là phần duy nhất của hành tinh có thể thực sự được đo.
Các nhà khoa học nhìn vào các mẫu tần số vô tuyến mà một người khổng lồ khí phát ra để xác định độ dài ngày của nó. Khó khăn với Sao Thổ là nó chỉ phát ra các mẫu vô tuyến tần số thấp mà bầu khí quyển Trái đất chặn. Điều này trái ngược với Sao Mộc, phát ra các mẫu tần số cao hơn đi qua bầu khí quyển Trái đất. Do đó, các nhà khoa học đã có thể tìm ra thời kỳ quay của Sao Mộc trước khi tàu vũ trụ ra đời.
Sao Thổ phải đợi đến năm 1980 và 1981, khi Voyager 1 và Voyager 2 đến thăm và thu thập dữ liệu. Vào thời điểm đó, họ đã đo thời gian quay ở mức 10 giờ, 40 phút. Đó là phép đo tốt nhất có sẵn tại thời điểm đó, và nó bị mắc kẹt. Trong hai thập kỷ.
Nhưng sau đó, Cassini đến thăm Sao Thổ và dành 13 năm nghiên cứu về nó và các mặt trăng của nó. Các nhà thiên văn học đã rất ngạc nhiên khi thấy rằng thời kỳ quay của Sao Thổ đã thay đổi. Dữ liệu của Cassini cho thấy trong hai mươi năm giữa Voyager và Cassini, một lượng thời gian không đáng kể trong cuộc sống của một hành tinh, chiều dài của ngày đã thay đổi.
Vào khoảng năm 2004, chúng tôi đã thấy khoảng thời gian đã thay đổi 6 phút, khoảng 1%.
Duane Pontius thuộc Đại học Birmingham-Nam tại Alabama, Đồng tác giả nghiên cứu.
Cassini cho thấy thời gian quay đã thay đổi 6 phút, tương đương khoảng 1%.
Vào khoảng năm 2004, chúng tôi đã thấy khoảng thời gian đã thay đổi 6 phút, khoảng 1%, ông Duane Pontius thuộc Đại học Birmingham-Southern ở Alabama, đồng tác giả của nghiên cứu mới cho biết. Trong một thời gian dài, tôi cho rằng có điều gì đó không đúng với việc giải thích dữ liệu, ông Pont Pontius nhớ lại. Không thể tin được.
Làm thế nào để toàn bộ hành tinh thay đổi chu kỳ quay của nó trong một thời gian ngắn như vậy? Một sự thay đổi độ lớn đó sẽ mất hàng trăm triệu năm để xảy ra. Nhưng có nhiều hơn: Cassini cũng đo các mẫu điện từ cho thấy bán cầu bắc và nam có chu kỳ quay khác nhau.
Sao Thổ Thay đổi Mùa
Pontius và các tác giả khác muốn hiểu những gì đã xảy ra, và tại sao có sự khác biệt trong các phép đo. Giả sử rằng dữ liệu Cassini đã được hiểu chính xác, phải có một lý do cho sự thay đổi và cho sự khác biệt giữa các bán cầu. Họ quyết định so sánh Sao Thổ với anh chị em gần nhất của nó, Sao Mộc.
Một điều mà sao Thổ có là mùa. Sao Thổ có độ nghiêng dọc trục gần 27 độ, tương tự như Trái đất nghiêng 23 độ. Sao Mộc chỉ có độ nghiêng ba độ. Cũng giống như Trái đất, Saturn miền bắc và nam bán cầu nhận được lượng năng lượng khác nhau khi nó quay quanh Mặt trời.
Ở rìa ngoài của bầu khí quyển Sao Thổ là một vùng plasma. Pontius và các tác giả khác nghĩ rằng lượng năng lượng tia cực tím khác nhau đến các bán cầu qua các mùa tương tác với plasma đó. Trong mô hình mà họ đã phát triển, các biến thể của tia cực tím ảnh hưởng đến plasma, tạo ra lực cản ít nhiều tại giao điểm của plasma và khí quyển bên ngoài.
Lực cản là yếu tố quyết định sự quay của khí quyển như thể hiện bởi sự phát xạ sóng vô tuyến và sự quay đó thay đổi theo mùa mà chúng ta quan sát.
Lực cản từ plasma là thứ làm chậm quá trình quay, cho chúng ta thời gian quay được báo hiệu bởi các phát xạ vô tuyến. Khi mùa thay đổi, lực cản plasma thay đổi, và phát xạ vô tuyến cũng vậy. Một lần nữa, nó phát ra các phát xạ vô tuyến mà các nhà khoa học đo thời gian quay của Saturn, vì không có tính năng bề mặt cố định.
Mô hình này được phát triển bởi Pontius và các đồng nghiệp của ông cung cấp một lời giải thích cho sự thay đổi trong vòng quay được thấy trong 20 năm giữa Voyager và Cassini. Phép đo này chỉ dành cho các lớp bề mặt Saturn, mặc dù. Lõi đá, có khối lượng gấp 9-22 lần Trái đất, bị ẩn giấu và không thể hiểu được dưới hàng chục ngàn km khí quyển.
Hơn:
- Thông cáo báo chí: Tạo cảm giác xoay Saturn không thể quay
- Bài báo khoa học: Sao Thổ nhiều, chu kỳ thay đổi: Một mô hình kép? Bánh đà của tầng điện ly? Tầng điện ly? Khớp từ quyển
- ESA Cassini-Huygens: Không gian Saturn
