'n Illustrasie van Saturnus en sy "vaag" kern. Krediet: Caltech/R. Seer (IPAC)
Saturnus maak golwe in sy eie ringe
Op dieselfde manier wat aardbewings ons planeet laat dreun, ossillasies in die binneland van Saturn laat die gasreus so effens rondskud. Daardie bewegings veroorsaak op hul beurt rimpelings in Saturnus se ringe.
In 'n nuwe studie wat in die joernaal aanvaar is Natuur Sterrekunde, het twee Caltech-sterrekundiges daardie kabbelende ringe ontleed om nuwe inligting oor die kern van Saturnus te openbaar. Vir hul studie het hulle ouer data gebruik wat deur NASA'N Cassini, ’n ruimtetuig wat 13 jaar lank om die geringde reus wentel voordat dit in die planeet se atmosfeer ingeduik en in 2017 verbrokkel het.
Die bevindings dui daarop dat die planeet se kern nie 'n harde bol rots is nie, soos sommige vorige teorieë voorgestel het, maar 'n diffuse sop van ys, rots en metaalvloeistowwe - of waarna die wetenskaplikes verwys as 'n "vaag" kern. Die ontleding toon ook dat die kern oor 60 persent van die planeet se deursnee strek, wat dit aansienlik groter maak as wat voorheen geraam is.
"Ons het Saturnus se ringe soos 'n reuse-seismograaf gebruik om ossillasies binne die planeet te meet," sê mede-outeur Jim Fuller, assistent-professor in teoretiese astrofisika by Caltech. "Dit is die eerste keer dat ons die struktuur van 'n gasreusplaneet seismies kon ondersoek, en die resultate was redelik verrassend."
"Die gedetailleerde ontleding van Saturnus se kabbelende ringe is 'n baie elegante vorm van seismologie om die kenmerke van Saturnus se kern af te lei," sê Jennifer Jackson, die William E. Leonhard Professor in Minerale Fisika in die Seismologiese Laboratorium by Caltech, wat nie betrokke was by die studie, maar gebruik verskillende tipes seismiese waarnemings om die samestelling van die aarde se kern te verstaan en om moontlik seismiese gebeurtenisse op te spoor Venus in die toekoms.
Christopher Mankovich.
Die hoofskrywer van die studie is Christopher Mankovich, 'n nadoktorale navorsingsgenoot in planetêre wetenskap wat in Fuller se groep werk.
Die bevindinge bied die beste bewyse nog vir Saturnus se fuzzy kern en sluit aan by onlangse bewyse van NASA se Juno-sending, wat aandui dat die gasreus Jupiter kan ook 'n soortgelyke verdunde kern hê.
"Die fuzzy kerne is soos 'n slyk," verduidelik Mankovich. “Die waterstof- en heliumgas in die planeet meng geleidelik met meer en meer ys en rots soos jy na die planeet se middelpunt beweeg. Dit is 'n bietjie soos dele van die Aarde se oseane waar die soutigheid toeneem namate jy na dieper en dieper vlakke kom, wat 'n stabiele konfigurasie skep.”
Die idee dat Saturnus se ossillasies golwe in sy ringe kan maak en dat die ringe dus as 'n seismograaf gebruik kan word om Saturnus se binnekant te bestudeer, het die eerste keer ontstaan in studies in die vroeë 1990's deur Mark Marley (BS '84) en Carolyn Porco (PhD '83) ), wat later die leier van die Cassini Imaging Team geword het. Die eerste waarneming van die verskynsel is gemaak deur Matt Hedman en PD Nicholson (PhD '79) in 2013, wat data ontleed het wat deur Cassini geneem is. Die sterrekundiges het gevind dat Saturnus se C-ring veelvuldige spiraalpatrone bevat wat aangedryf word deur fluktuasies in Saturnus se gravitasieveld en dat hierdie patrone verskil van ander golwe in die ringe wat veroorsaak word deur gravitasie-interaksies met die planeet se mane.
Nou het Mankovich en Fuller die patroon van golwe in die ringe ontleed om nuwe modelle van Saturnus se golwende binnekant te bou.
"Saturnus bewe altyd, maar dit is subtiel," sê Mankovich. “Die planeet se oppervlak beweeg elke een tot twee uur omtrent 'n meter soos 'n stadig kabbelende meer. Soos ’n seismograaf tel die ringe die swaartekragversteurings op, en die ringdeeltjies begin ronddraai,” sê hy.
Jim Fuller.
Die navorsers sê dat die waargenome gravitasie-rimpelings daarop dui dat die diep binnekant van Saturnus, terwyl dit in sy geheel rondspoel, saamgestel is uit stabiele lae wat gevorm het nadat swaarder materiale tot in die middel van die planeet gesink het en opgehou het om met ligter materiale bo hulle te meng.
"Om die planeet se gravitasieveld te laat ossilleer met hierdie spesifieke frekwensies, moet die binnekant stabiel wees, en dit is slegs moontlik as die fraksie van ys en rots geleidelik toeneem soos jy na die planeet se middelpunt ingaan," sê Fuller.
Hul resultate dui ook aan dat die kern van Saturnus 55 keer so massief is as die hele aarde, met 17 aardmassas daarvan wat ys en rots is en die res 'n vloeistof van waterstof en helium.
Hedman, wat nie deel is van die huidige studie nie, sê: “Christopher en Jim kon wys dat een spesifieke ringkenmerk sterk bewyse gelewer het dat Saturnus se kern uiters diffuus is. Ek is opgewonde om te dink oor wat al die ander ringkenmerke wat deur Saturnus gegenereer word, ons dalk van daardie planeet kan vertel.”
Boonop stel die bevindinge uitdagings vir huidige modelle van gasreusvorming, wat beweer dat rotsagtige kerns eerste vorm en dan groot omhulsels gas aantrek. As die kerne van die planete inderdaad vaag is soos die studie aandui, kan die planete eerder gas inkorporeer.
Verwysing: “A diffuse core in Saturn revealed by ring seismology” deur Christopher R. Mankovich en Jim Fuller, 16 Augustus 2021, Natuur Sterrekunde.
DOI: 10.1038/s41550-021-01448-3
Die Natuur Sterrekunde studie, getiteld, "'n diffuse kern in Saturnus onthul deur ringseismologie," is befonds deur The Rose Hills Foundation en die Sloan Foundation.
