A Szaturnusz és „fuzzy” magjának illusztrációja. hitel: Caltech/R. Hurt (IPAC)
A Szaturnusz hullámokat kelt a saját gyűrűiben
Ugyanúgy, ahogy a földrengések okozzák bolygónk dübörgését, oszcillációkat a belsejében Szaturnusz hogy a gázóriás olyan enyhén ingadozzon. Ezek a mozgások viszont hullámzást okoznak a Szaturnusz gyűrűiben.
A folyóiratban elfogadott új tanulmányban Természet csillagászatA Caltech két csillagásza elemezte ezeket a hullámzó gyűrűket, hogy új információkat tárjon fel a Szaturnusz magjáról. Tanulmányukhoz régebbi adatokat használtak fel, amelyeket a NASA'S Cassini, egy űrszonda, amely 13 évig keringett a gyűrűs óriás körül, mielőtt az a bolygó légkörébe zuhant és 2017-ben szétesett.
Az eredmények azt sugallják, hogy a bolygó magja nem egy kemény kőgömb, ahogyan azt egyes korábbi elméletek javasolták, hanem a jég, a kő és a fémes folyadékok diffúz levese – vagy amit a tudósok „fuzzy” magnak neveznek. Az elemzés azt is feltárja, hogy a mag a bolygó átmérőjének 60 százalékán átnyúlik, ami lényegesen nagyobb a korábban becsültnél.
„A Szaturnusz gyűrűit úgy használtuk, mint egy óriási szeizmográfot, hogy mérjük a bolygón belüli oszcillációkat” – mondja Jim Fuller társszerző, a Caltech elméleti asztrofizika professzora. "Ez az első alkalom, hogy szeizmikusan megvizsgáltuk egy gázóriás bolygó szerkezetét, és az eredmények meglehetősen meglepőek voltak."
„A Szaturnusz hullámzó gyűrűinek részletes elemzése a szeizmológia egy nagyon elegáns formája a Szaturnusz magjának jellemzőire következtetni” – mondja Jennifer Jackson, a Caltech Szeizmológiai Laboratóriumának William E. Leonhard ásványfizikai professzora, aki nem vett részt a szeizmológiai laboratóriumban. tanulmány, de különböző típusú szeizmikus megfigyeléseket használ a Föld magjának összetételének megértéséhez és a szeizmikus események lehetséges észleléséhez Vénusz a jövőben.
Christopher Mankovich.
A tanulmány vezető szerzője Christopher Mankovich, a bolygótudomány posztdoktori kutatója, aki Fuller csoportjában dolgozik.
Az eredmények az eddigi legjobb bizonyítékot nyújtják a Szaturnusz fuzzy magjára vonatkozóan, és összhangban állnak a NASA Juno küldetésének legújabb bizonyítékaival, amelyek azt jelzik, hogy a gázóriás Jupiter hasonló hígítású maggal is rendelkezhet.
„A homályos magok olyanok, mint egy iszap” – magyarázza Mankovich. "A bolygó hidrogén- és héliumgáza fokozatosan keveredik egyre több jéggel és kővel, ahogy a bolygó közepe felé haladsz. Kicsit olyan, mint a Föld óceánjainak részei, ahol a sósság növekszik, ahogy egyre mélyebbre jutunk, stabil konfigurációt hozva létre.”
Az az ötlet, hogy a Szaturnusz rezgései hullámokat kelthetnek a gyűrűiben, és így a gyűrűket szeizmográfként lehet használni a Szaturnusz belsejének tanulmányozására, először Mark Marley (BS '1990) és Carolyn Porco (PhD '84) tanulmányaiban merült fel az 83-es évek elején. ), aki később a Cassini Imaging Team vezetője lett. A jelenséget először Matt Hedman és PD Nicholson (PhD '79) észlelte 2013-ban, akik a Cassini által felvett adatokat elemezték. A csillagászok azt találták, hogy a Szaturnusz C-gyűrűje több spirálmintát tartalmaz, amelyeket a Szaturnusz gravitációs mezőjének ingadozásai vezéreltek, és ezek a minták különböznek a gyűrűkben lévő többi hullámtól, amelyet a bolygó holdjaival való gravitációs kölcsönhatások okoztak.
Most Mankovich és Fuller elemezték a gyűrűk hullámainak mintázatát, hogy új modelleket alkossanak a Szaturnusz lötyögő belsejéről.
„A Szaturnusz mindig reng, de finom” – mondja Mankovich. „A bolygó felszíne egy-két óránként körülbelül egy métert mozdul el, mint egy lassan hullámzó tó. Mint egy szeizmográf, a gyűrűk felfogják a gravitációs zavarokat, és a gyűrű részecskéi elkezdenek mozogni” – mondja.
Jim Fuller.
A kutatók szerint a megfigyelt gravitációs hullámok azt jelzik, hogy a Szaturnusz mély belseje, bár egészében csapong, stabil rétegekből áll, amelyek azután alakultak ki, hogy a nehezebb anyagok a bolygó közepére süllyedtek, és már nem keveredtek a felettük lévő könnyebb anyagokkal.
„Ahhoz, hogy a bolygó gravitációs tere ezekkel a bizonyos frekvenciákkal oszcilláljon, a belsejének stabilnak kell lennie, és ez csak akkor lehetséges, ha a jég és a kőzet aránya fokozatosan növekszik, ahogy a bolygó középpontja felé haladunk” – mondja Fuller.
Eredményeik azt is mutatják, hogy a Szaturnusz magja 55-ször akkora tömegű, mint az egész Föld, ebből 17 földtömeg jég és kőzet, a többi pedig hidrogénből és héliumból álló folyadék.
Hedman, aki nem része a jelenlegi tanulmánynak, azt mondja: „Christopher és Jim meg tudta mutatni, hogy egy bizonyos gyűrűs jellemző erős bizonyítékot szolgáltatott arra, hogy a Szaturnusz magja rendkívül diffúz. Izgatottan gondolok arra, hogy a Szaturnusz által generált többi gyűrűelem mit árulhat el nekünk arról a bolygóról.
Ezenkívül a leletek kihívások elé állítják a gázóriások kialakulásának jelenlegi modelljeit, amelyek szerint először sziklás magok alakulnak ki, majd vonzzák magukhoz a nagy gázburokokat. Ha a bolygók magjai valóban homályosak, amint azt a tanulmány jelzi, a bolygók ehelyett a folyamat korábban beépíthetik a gázt.
Hivatkozás: Christopher R. Mankovich és Jim Fuller „A gyűrűs szeizmológia által feltárt diffúz mag a Szaturnuszban”, 16. augusztus 2021. Természet csillagászat.
DOI: 10.1038/s41550-021-01448-3
A Természet csillagászat „A gyűrűs szeizmológia által feltárt diffúz mag a Szaturnuszban” című tanulmányt a Rose Hills Alapítvány és a Sloan Alapítvány finanszírozta.
