Ilustrace Saturnu a jeho „fuzzy“ jádra. Kredit: Caltech/R. Zranit (IPAC)
Saturn vytváří vlny ve svých vlastních prstencích
Stejně jako zemětřesení způsobují rachot naší planety, oscilace uvnitř Saturn přimět plynového obra, aby se kolem sebe lehce chvěl. Tyto pohyby zase způsobují vlnění v Saturnových prstencích.
V nové studii přijaté v časopise Přírodní astronomieDva astronomové z Caltechu analyzovali tyto vlnící se prstence, aby odhalili nové informace o jádru Saturnu. Pro svou studii použili starší data zachycená o NASAJe Cassini, kosmická loď, která kroužkovaného obra obíhala 13 let, než se ponořila do atmosféry planety a v roce 2017 se rozpadla.
Zjištění naznačují, že jádro planety není tvrdá kamenná koule, jak předpokládaly některé předchozí teorie, ale difúzní polévka ledu, horniny a kovových tekutin – nebo to, co vědci označují jako „fuzzy“ jádro. Analýza také ukazuje, že jádro se rozprostírá přes 60 procent průměru planety, díky čemuž je podstatně větší, než se dříve odhadovalo.
"Použili jsme Saturnovy prstence jako obří seismograf k měření oscilací uvnitř planety," říká spoluautor Jim Fuller, odborný asistent teoretické astrofyziky na Caltech. "Je to poprvé, co jsme byli schopni seismicky prozkoumat strukturu plynné obří planety a výsledky byly docela překvapivé."
„Podrobná analýza vlnících se prstenců Saturnu je velmi elegantní formou seismologie, která umožňuje odvodit charakteristiky jádra Saturnu,“ říká Jennifer Jacksonová, profesorka fyziky minerálů Williama E. Leonharda v seismologické laboratoři na Caltechu, která se na výzkumu nepodílela. studie, ale používá různé typy seismických pozorování k pochopení složení zemského jádra a k potenciální detekci seismických jevů na Venuše v budoucnosti.
Christopher Mankovich.
Hlavním autorem studie je Christopher Mankovich, postdoktorandský vědecký pracovník v oblasti planetární vědy, který pracuje ve Fullerově skupině.
Nálezy nabízejí dosud nejlepší důkaz pro neostré jádro Saturnu a shodují se s nedávnými důkazy z mise NASA Juno, která naznačuje, že plynný obr Jupiter může mít také podobně zředěné jádro.
„Nerozmazaná jádra jsou jako kal,“ vysvětluje Mankovich. „Vodík a helium na planetě se postupně mísí se stále větším množstvím ledu a kamení, jak se pohybujete směrem ke středu planety. Je to trochu jako části pozemských oceánů, kde se slanost zvyšuje, jak se dostáváte do hlubších a hlubších úrovní a vytváří stabilní konfiguraci.“
Myšlenka, že oscilace Saturnu mohou vytvářet vlny v jeho prstencích a že prstence by tak mohly být použity jako seismograf ke studiu nitra Saturnu, se poprvé objevila ve studiích na počátku 1990. let 84. století Markem Marleym (BS '83) a Carolyn Porco (PhD '79 ), který se později stal vedoucím týmu Cassini Imaging Team. První pozorování tohoto jevu provedli Matt Hedman a PD Nicholson (PhD '2013) v roce XNUMX, kteří analyzovali data získaná sondou Cassini. Astronomové zjistili, že Saturnův C-prstenec obsahuje mnohonásobné spirální vzory řízené kolísáním gravitačního pole Saturnu a že tyto vzory se liší od ostatních vln v prstencích způsobených gravitační interakcí s měsíci planety.
Nyní Mankovich a Fuller analyzovali vzor vln v prstencích, aby vytvořili nové modely saturnského vnitřku.
"Saturn se neustále třese, ale je to jemné," říká Mankovich. „Povrch planety se každou jednu až dvě hodiny pohne asi o metr jako pomalu se vlnící jezero. Jako seismograf zachycují prstence gravitační poruchy a částice prstenců se začnou vrtět kolem,“ říká.
Jim Fuller.
Vědci tvrdí, že pozorované gravitační vlnění naznačují, že hluboký vnitřek Saturnu, i když se jako celek plácá, je složen ze stabilních vrstev, které se vytvořily poté, co těžší materiály klesly do středu planety a přestaly se mísit s lehčími materiály nad nimi.
"Aby gravitační pole planety oscilovalo s těmito konkrétními frekvencemi, musí být vnitřek stabilní, a to je možné pouze tehdy, když se zlomek ledu a horniny postupně zvyšuje, jak se pohybujete směrem ke středu planety," říká Fuller.
Jejich výsledky také naznačují, že jádro Saturnu je 55krát hmotnější než celá Země, přičemž 17 hmotností Země je led a skála a zbytek kapalina vodíku a helia.
Hedman, který není součástí současné studie, říká: „Christopher a Jim byli schopni ukázat, že jeden konkrétní prstencový útvar poskytl silný důkaz, že jádro Saturnu je extrémně difúzní. Jsem nadšený z přemýšlení o tom, co by nám o této planetě mohly říct všechny ostatní prstencové útvary generované Saturnem."
Kromě toho tyto nálezy představují výzvu pro současné modely formování plynných obrů, které tvrdí, že nejprve se tvoří kamenná jádra a poté přitahují velké plynové obálky. Pokud jsou jádra planet skutečně rozmazaná, jak studie naznačuje, planety by místo toho mohly dříve v procesu začlenit plyn.
Odkaz: „Difuzní jádro v Saturnu odhalené prstencovou seismologií“ od Christophera R. Mankoviche a Jima Fullera, 16. srpna 2021, Přírodní astronomie.
DOI: 10.1038/s41550-021-01448-3
Projekt Přírodní astronomie studie s názvem „Difuzní jádro v Saturnu odhalené prstencovou seismologií“ byla financována nadací The Rose Hills Foundation a Sloan Foundation.
