岩だらけの惑星の場合、1日の長さを見つけるのは簡単です。基準点を選択して、回転して表示から外れ、表示に戻るまでの時間を確認します。しかし、土星のような惑星の場合、それほど単純ではありません。追跡するサーフェスフィーチャはありません。
科学者たちは、土星の自転周期を決定するために何十年も費やしてきました。しかし、ガス巨人はその秘密を明かすことに消極的でした。 AGUの新しい研究地球物理学研究ジャーナル：宇宙物理学 ようやく答えがあるかもしれません。この研究のタイトルは「土星の複数の可変周期性：熱圏-電離圏-磁気圏結合のデュアルフライホイールモデル」です。
地球のような惑星では、回転周期を測定するときに何を測定しているかがわかります。地球の表面を測定しています。しかし、ガスの巨人にとって、物事はより複雑です。科学者が実際に話しているのは、惑星のどの層ですか？
土星は多層のガス巨人であり、おそらく岩石の核を持つ。そのコアは氷の層、そして金属水素とヘリウムで囲まれています。次に、液体水素の領域にさらに囲まれたヘリウム雨の領域。次に、ガス状水素の広い領域があります。土星の上層大気は3つの層で構成されています。上部にはアンモニアの雲があり、その下には硫化水素アンモニウムがあり、その下には水蒸気の雲があります。
科学者が土星の回転周期について話すとき、彼らは上層大気について話している。実際に測定できるのは、この惑星で唯一の部分です。
科学者は、ガスジャイアントが放出する無線周波数パターンを見て、その日の長さを決定します。土星の問題は、地球の大気が遮断する低周波の無線パターンのみを放出することです。これは、地球の大気を通過するより高い周波数パターンを放出する木星とは対照的です。そのため、科学者たちは、宇宙船が登場する前に木星の回転周期を解明することができました。
土星は、1980年と1981年まで待たなければなりませんでした。そのとき、ボイジャー1号とボイジャー2号が訪れ、データを収集しました。その時、彼らは10時間40分で回転周期を測定しました。それは当時利用可能な最高の測定であり、それは行き詰まりました。 20年間。
しかし、その後カッシーニは土星を訪れ、13年間をかけて土星を研究しました。天文学者たちは、土星の回転周期が変わったことに驚いた。カッシーニのデータは、ボイジャーズとカッシーニの間の20年間で、惑星の生活の中で重要ではない時間であるが、一日の長さが変わったことを示した。
「2004年頃に、期間が6分、約1％変化したことがわかりました。」
アラバマ州のバーミンガムサザンカレッジのDuane Pontius、スタディ共同執筆者。
カッシーニは、回転周期が6分、または約1パーセント変化したことを示しました。
「2004年頃に、期間が6分、約1％変化したことを確認しました」と、新しい研究の共著者であるアラバマ州のバーミンガムサザンカレッジのDuane Pontius氏は述べています。 「長い間、私はデータの解釈に何か問題があると思いました」とポンティウスは思い起こしました。 「それは不可能です。」
惑星全体がこのような短い時間で回転周期をどのように変化させるのでしょうか？その大きさの変化が起こるには数億年かかるはずです。しかし、それだけではありませんでした。カッシーニは、北半球と南半球の回転周期が異なることを示す電磁パターンも測定しました。
土星の変わりゆく季節
ポンティウスと他の著者たちは、何が起こったのか、そしてなぜ測定値に矛盾があったのかを理解したいと考えました。カッシーニのデータが正しく理解されていると仮定すると、変更の理由と半球の違いに理由があったはずです。彼らは土星を最も近い兄弟である木星と比較することにしました。
土星には季節があります。土星の軸方向の傾斜はほぼ27度で、地球の23度の傾斜に似ています。木星には3度の傾斜しかない。地球と同じように、土星の北半球と南半球は、太陽を周回するときに異なる量のエネルギーを受け取ります。
土星の大気の外縁にはプラズマの領域があります。ポンティウスと他の著者は、季節を通じて半球に到達する異なる量の紫外線エネルギーがそのプラズマと相互作用すると考えています。彼らが開発したモデルでは、UVの変動がプラズマに影響を与え、プラズマと外気との交点に多かれ少なかれ抵抗が生じます。
ドラッグは、電波放射によって示されるように、大気の回転を決定するものであり、その回転は、観測している季節に応じて変化します。
プラズマからの抗力は回転を遅くするものであり、電波の放出によって信号が送られる回転周期を与えます。季節が変わると、プラズマの抵抗が変化し、電波放射も変化します。繰り返しになりますが、固定された表面の特徴がないため、科学者が土星の回転周期を測定するのは電波放射です。
ポンティウスと彼の同僚によって開発されたこのモデルは、ボイジャーとカッシーニの間の20年間に見られたローテーションの変化を説明しています。ただし、この測定は土星の表面層のみを対象としています。地球の質量の9倍から22倍の岩が多いコアは、何万キロメートルにも及ぶ大気下に隠されており、計り知れません。
もっと：
- プレスリリース：土星の不可能な回転を理解する
- 科学論文：土星の複数の可変周期性：熱圏-電離圏-磁気圏結合のデュアルフライホイールモデル
- ESAカッシーニホイヘンス：土星の雰囲気
