นี่คือสาเหตุที่การหมุนของดาวเสาร์ยากที่จะวัด

สำหรับดาวเคราะห์หินการค้นหาความยาวของวันอาจเป็นเรื่องง่าย เพียงเลือกจุดอ้างอิงและดูว่าต้องใช้เวลานานเท่าใดในการหมุนมุมมองออกจากนั้นกลับสู่มุมมอง แต่สำหรับดาวเคราะห์อย่างดาวเสาร์มันไม่ง่ายเลย ไม่มีคุณสมบัติพื้นผิวที่จะติดตาม

นักวิทยาศาสตร์ใช้เวลาหลายสิบปีในการกำหนดระยะเวลาการหมุนของดาวเสาร์ ทว่ายักษ์แก๊สลังเลที่จะเปิดเผยความลับของมัน การศึกษาใหม่ใน AGUวารสารการวิจัยธรณีฟิสิกส์: ฟิสิกส์อวกาศ ในที่สุดอาจมีคำตอบ การศึกษานี้มีชื่อว่า“ ช่วงเวลาแปรผันหลายช่วงเวลาของดาวเสาร์: แบบจำลองล้อคู่ของข้อต่อเทอร์โมสเฟียร์ - ไอโอโนสเฟียร์ - สนามแม่เหล็ก -”

ด้วยดาวเคราะห์อย่างโลกเรารู้ว่าเราวัดอะไรเมื่อเราวัดระยะเวลาการหมุน เรากำลังวัดพื้นผิวของดาวเคราะห์ แต่สำหรับยักษ์แก๊สสิ่งต่าง ๆ มีความซับซ้อนมากขึ้น ชั้นของดาวเคราะห์ดวงไหนที่นักวิทยาศาสตร์กำลังพูดถึง

ดาวเสาร์เป็นดาวก๊าซยักษ์หลายชั้นน่าจะมีแกนกลางเป็นหิน แกนกลางนั้นล้อมรอบด้วยชั้นของน้ำแข็งจากนั้นไฮโดรเจนโลหะและฮีเลียม จากนั้นเป็นพื้นที่ที่มีฝนฮีเลียมล้อมรอบด้วยบริเวณไฮโดรเจนเหลว จากนั้นพื้นที่ขนาดใหญ่ของไฮโดรเจนก๊าซก็มาถึง บรรยากาศชั้นบนของดาวเสาร์ประกอบด้วยสามชั้น: ด้านบนเป็นเมฆของแอมโมเนียภายใต้นั่นคือแอมโมเนียมไฮโดรซัลไฟด์และด้านล่างเป็นเมฆของไอน้ำ

เมื่อนักวิทยาศาสตร์พูดเกี่ยวกับระยะเวลาการหมุนของดาวเสาร์พวกเขากำลังพูดถึงบรรยากาศชั้นบน มันเป็นเพียงส่วนเดียวของโลกที่สามารถวัดได้

นักวิทยาศาสตร์ดูที่รูปแบบคลื่นความถี่วิทยุที่ปล่อยก๊าซยักษ์ออกมาเพื่อกำหนดระยะเวลาของวัน ปัญหาของดาวเสาร์คือมันปล่อยคลื่นวิทยุความถี่ต่ำที่ชั้นบรรยากาศของโลกบล็อกเท่านั้น ตรงกันข้ามกับดาวพฤหัสบดีซึ่งเปล่งรูปแบบความถี่สูงกว่าที่ผ่านชั้นบรรยากาศของโลก ด้วยเหตุนี้นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถคำนวณระยะเวลาการหมุนของดาวพฤหัสบดีก่อนที่ยานอวกาศจะมาถึง

ดาวเสาร์ต้องรอจนถึงปี 1980 และ 1981 เมื่อ Voyager 1 และ Voyager 2 เข้าเยี่ยมชมและรวบรวมข้อมูล ในเวลานั้นพวกเขาวัดระยะเวลาการหมุนที่ 10 ชั่วโมง 40 นาที นั่นคือการวัดที่ดีที่สุดในขณะนั้นและติดอยู่ เป็นเวลาสองทศวรรษ

แต่แล้วแคสสินีก็ไปเยี่ยมดาวเสาร์และใช้เวลา 13 ปีในการศึกษาและดวงจันทร์ นักดาราศาสตร์ประหลาดใจเมื่อพบว่าระยะเวลาการหมุนของดาวเสาร์เปลี่ยนไป ข้อมูลของแคสสินีแสดงให้เห็นว่าในรอบยี่สิบปีระหว่าง Voyagers และ Cassini เวลาที่ไม่มีนัยสำคัญในชีวิตของดาวเคราะห์ - ระยะเวลาของวันเปลี่ยนไป

“ ประมาณปี 2004 เราเห็นว่าเวลาเปลี่ยนไป 6 นาทีประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์”

Duane Pontius แห่ง Birmingham-Southern College ในอลาบามา, ผู้ร่วมวิจัยการศึกษา.

Cassini แสดงให้เห็นว่าระยะเวลาการหมุนได้เปลี่ยนไป 6 นาทีหรือประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์

“ ประมาณปี 2004 เราเห็นว่าช่วงเวลานั้นเปลี่ยนไป 6 นาทีประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์” ดวนพอนเทียสจากเบอร์มิงแฮม - เซาเทิร์นคอลเลจในอลาบามาผู้เขียนร่วมการศึกษาใหม่กล่าว “ เป็นเวลานานที่ฉันคิดว่ามีบางอย่างผิดปกติกับการตีความข้อมูล” พอนเทียสเล่า “ มันเป็นไปไม่ได้”

ดาวเคราะห์ทั้งโลกเปลี่ยนระยะเวลาการหมุนรอบตัวอย่างไรในช่วงเวลาสั้น ๆ การเปลี่ยนแปลงขนาดนั้นควรใช้เวลาหลายร้อยล้านปีจึงจะเกิดขึ้น แต่มีมากกว่านั้น: แคสสินียังวัดรูปแบบแม่เหล็กไฟฟ้าที่แสดงว่าซีกโลกเหนือและซีกโลกใต้มีช่วงการหมุนที่แตกต่างกัน

ฤดูกาลแห่งการเปลี่ยนแปลงของดาวเสาร์

พอนเทียสและนักเขียนคนอื่น ๆ ต้องการเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นและทำไมจึงมีความคลาดเคลื่อนในการวัด สมมติว่าข้อมูล Cassini ถูกเข้าใจอย่างถูกต้องจะต้องมีเหตุผลสำหรับการเปลี่ยนแปลงและความแตกต่างระหว่างซีกโลก พวกเขาตัดสินใจที่จะเปรียบเทียบดาวเสาร์กับพี่น้องที่อยู่ใกล้ที่สุดจูปิเตอร์

สิ่งหนึ่งที่ดาวเสาร์มีคือฤดูกาล ดาวเสาร์มีแกนเอียงเกือบ 27 องศาซึ่งคล้ายกับเอียง 23 องศาของโลก ดาวพฤหัสบดีมีมุมเอียงสามองศาเท่านั้น เช่นเดียวกับโลกซีกโลกเหนือและซีกโลกใต้ได้รับพลังงานในปริมาณที่แตกต่างกันเมื่อมันโคจรรอบดวงอาทิตย์

ที่ขอบด้านนอกของชั้นบรรยากาศของดาวเสาร์เป็นพื้นที่ของพลาสมา พอนเทียสและนักเขียนคนอื่น ๆ คิดว่าปริมาณรังสียูวีที่แตกต่างกันไปถึงซีกโลกในแต่ละฤดูกาลจะทำปฏิกิริยากับพลาสมา ในแบบจำลองที่พวกเขาพัฒนาขึ้นความแปรปรวนของรังสียูวีส่งผลกระทบต่อพลาสมาทำให้เกิดการลากมากหรือน้อยที่จุดตัดของพลาสมาและบรรยากาศด้านนอก

การลากเป็นสิ่งที่กำหนดการหมุนของบรรยากาศตามที่แสดงโดยการปล่อยคลื่นวิทยุและการหมุนนั้นจะเปลี่ยนไปตามฤดูกาลที่เรากำลังสังเกต

การลากจากพลาสม่าเป็นสิ่งที่ทำให้การหมุนช้าลงทำให้เรามีระยะเวลาการส่งสัญญาณโดยการปล่อยคลื่นวิทยุ เมื่อฤดูกาลเปลี่ยนไปการลากพลาสมาก็เปลี่ยนไปและการปล่อยคลื่นวิทยุก็เช่นกัน อีกครั้งเป็นการปล่อยคลื่นวิทยุที่นักวิทยาศาสตร์วัดระยะเวลาการหมุนของดาวเสาร์ด้วยเนื่องจากไม่มีลักษณะพื้นผิวที่ตายตัว

รุ่นนี้พัฒนาโดย Pontius และเพื่อนร่วมงานของเขาให้คำอธิบายสำหรับการเปลี่ยนแปลงในการหมุนใน 20 ปีระหว่าง Voyagers และ Cassini แม้ว่าการวัดนี้ใช้สำหรับเลเยอร์พื้นผิวของดาวเสาร์เท่านั้น แกนกลางหินซึ่งอยู่ระหว่าง 9-22 เท่าของมวลโลกนั้นถูกซ่อนและไม่สามารถจำแนกได้ภายใต้ชั้นบรรยากาศนับหมื่นกิโลเมตร

มากกว่า:

• ข่าวประชาสัมพันธ์: ทำให้รู้สึกถึงการหมุนที่เป็นไปไม่ได้ของดาวเสาร์
• บทความทางวิทยาศาสตร์: คาบเวลาหลายตัวแปรของดาวเสาร์: โมเดลล้อคู่ของเทอร์โมสเฟียร์
• ESA Cassini-Huygens: บรรยากาศของดาวเสาร์