Das Einrichten eines Tagesplans für Saturn ist nicht so einfach, wie Sie vielleicht denken.
Messungen, die mit einem NASA-Cassini-Raumschiff durchgeführt wurden, zeigten, dass ein beringter Planet einen längeren Tag hat als bisher angenommen. Die ersten Berechnungen der Tagesdauer auf dem Saturn erfolgten vor mehr als 20 Jahren mit dem Gerät Voyager 2. Um die Rotationsgeschwindigkeit des Saturn genauer zu messen, benutzte eine Gruppe von Wissenschaftlern einen mathematischen Ansatz, der auf Messungen des Gravitationsfelds des Planeten basierte.
"Obwohl eine Ungenauigkeit von 15 Minuten im Vergleich zu 10, 5 Stunden, in denen Saturn eine Drehung um die eigene Achse ausführt, als gering erscheint, ist es wichtig, die Geschwindigkeit zu kennen", sagte Ravit Helled, ein führender Experte an der Universität Tel Aviv in Israel. "Die Rotationsperiode zu kennen ist wichtig, um die Dynamik der Atmosphäre und die innere Struktur des Planeten besser zu verstehen."
Geheimnisse der Berufung
Als die Voyager 2 1981 den Saturn besuchte, zeigten ihre Messungen, dass der Planet in einer Stunde und 39 Minuten eine Umdrehung macht. Als Cassini jedoch in den frühen 2000er Jahren zum ersten Mal zum Saturn flog, stellte sich heraus, dass die Umlaufzeit 10 Stunden und 47 Minuten betrug, und dieser Wert änderte sich mit jeder neuen Messung.
Da Gasriesen wie Saturn keine harte Oberfläche haben, müssen Wissenschaftler nach anderen Ansätzen suchen. Voyager und Cassini verwendeten die Methode zur Messung der Funkemission, wurden jedoch aufgrund der Tatsache, dass sich die Messwerte ständig änderten, für unhaltbar erklärt.
Die Funkemission ist nicht die einzige Methode zur Messung der Rotation von Gasplaneten. Bei Planeten, deren Magnetpol nicht mit der Rotationsachse übereinstimmt, können Messungen des Magnetfelds helfen, herauszufinden, wie schnell sich der Planet dreht. Das Magnetfeld von Saturn fällt jedoch mit der Rotationsachse zusammen, sodass diese Methode nicht angewendet werden kann. Der dritte Weg ist zu messen, wie schnell sich eine Wolke in der Atmosphäre des Saturn um den Planeten dreht. Die Geschwindigkeit der Wolke muss jedoch nicht unbedingt mit der Rotationsgeschwindigkeit des Planeten übereinstimmen, was diese Methode umstritten macht.
Helled und ihr Team entschieden sich für einen mathematischeren Ansatz zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit des Saturn. Das Team berechnete die Rotationsperiode unter Verwendung von Koeffizienten, die den inneren Teil des Planeten darstellen, und suchte dann nach einem Rotationsperiodenwert, der für die meisten Berechnungen geeignet ist.
"Wir wollten nicht, dass der berechnete Zeitraum in vollem Umfang mit der internen Struktur in Verbindung gebracht wird, deshalb haben wir viele der Möglichkeiten in ihrem physischen Bereich berücksichtigt", sagte Helled. "Die Conversion-Geschwindigkeit hat viele Bedeutungen, aber wir haben festgestellt, dass sie alle ungefähr den gleichen Wert haben."
Der theoretische Wert der Umlaufzeit betrug 10 Stunden und 33 Minuten, was gut mit früheren Messergebnissen korrelierte.
Testen der Theorie
Die neuen Berechnungen basierten auf dem genau gemessenen Magnetfeld des Planeten. Als Cassini Saturn umflog, maß er den Aufprall des Planeten auf ein Raumschiff und bestimmte die Zunahme oder Abnahme der Schwerkraft. Obwohl Änderungen der Schwerkraft auf Änderungen der internen Struktur beruhen, berücksichtigte der mathematische Ansatz des Teams Unterschiede in der internen Struktur, die sich auf Informationen über das Gravitationsfeld auswirken.
"Der Vorteil unserer Methode besteht darin, dass sie die spezifische innere Struktur von Saturn berücksichtigt, sich nicht auf die windabhängige Wolkenbahn stützt und es uns ermöglicht, einen weiten Bereich von Werten innerhalb der gemessenen physikalischen Eigenschaften des Planeten und deren Unsicherheiten zu berücksichtigen", sagte Helled. Zur Verdeutlichung der Berechnungen verwendete das Team auch Messungen der Ebenheit des Planeten. Die Abflachung ergibt sich aus der Tatsache, dass rotierende Körper fast nie ideale Kugeln sind; Je schneller sie sich drehen, desto mehr dehnen sie sich entlang des Äquators. Helled betonte jedoch, dass die Winde auch die Ebenheit beeinträchtigen - starke Winde am Äquator verstärken sie.
Nach theoretischen Berechnungen der Saturn-Zirkulationsrate wechselte das Team zu Jupiter, dessen Zirkulationsgeschwindigkeit bekannt ist. Mit demselben mathematischen Ansatz erhielten die Forscher einen theoretischen Wert für die Zirkulationsgeschwindigkeit, der mit dem tatsächlichen übereinstimmt. Dieses Ergebnis bestätigte ihre Methode. Helled bezeichnet die Ergebnisse ihrer Arbeit an Jupiter als "sehr inspirierend".
Eine neue, genaue Bestimmung der Umlaufgeschwindigkeit des Saturn wird Wissenschaftlern helfen, die äußere und innere Struktur des Planeten zu bestimmen. Es wird hilfreich sein, die Struktur der protoplanetaren Scheibe zu kennen, aus der die Planeten entstanden sind, sowie den Prozess der Bildung von Gasriesen zu verstehen. Es kann auch beim Studium der atmosphärischen Dynamik helfen.
"Dieser Wert der Saturngeschwindigkeit bestätigt, dass die Struktur der Breitenwinde symmetrischer ist und sowohl östliche als auch westliche Hurrikane enthält, wie wir sie auf dem Jupiter sehen", sagte Helled.
