Исследователи изучили волновые узоры, созданные в кольцах Сатурна внутренними колебаниями планеты. По сути, кольца действуют как чрезвычайно чувствительный сейсмограф, реагируя на вибрации самой планеты.
Подобно земным колебаниям от землетрясения, Сатурн реагирует на возмущения колебаниями с частотами, определяемыми его внутренней структурой.
Тепловая конвекция в интерьере – наиболее вероятный источник вибраций. Эти внутренние колебания вызывают колебания плотности в любом конкретном месте планеты, что заставляет гравитационное поле за пределами планеты колебаться с теми же частотами.
"Частицы в кольцах чувствуют это колебание в гравитационном поле.
В местах, где это колебание резонирует с кольцевыми орбитами, энергия накапливается и уносится волной », – объяснил Кристофер Манькович, аспирант по астрономии и астрофизике Калифорнийского университета в Санта-Круз.
Манькович – ведущий автор статьи, опубликованной 17 января в Astrophysical Journal, в которой сравниваются волновые структуры в кольцах с моделями внутренней структуры Сатурна.
По словам соавтора Джонатана Фортни, профессора астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Круз, большинство волн, наблюдаемых в кольцах Сатурна, вызваны гравитационными эффектами спутников, вращающихся по орбите за пределами колец. «Но некоторые особенности в кольцах обусловлены колебаниями самой планеты, и мы можем использовать их, чтобы понять внутренние колебания и внутреннюю структуру планеты», – сказал он.
Манькович разработал набор моделей внутренней структуры Сатурна, использовал их для предсказания частотного спектра внутренних колебаний Сатурна и сравнил эти предсказания с волнами, наблюдаемыми Кассини в С-кольце Сатурна.
Одним из основных результатов его анализа является новый расчет скорости вращения Сатурна, который на удивление трудно измерить.
Как планета газовый гигант, Сатурн не имеет твердой поверхности с ориентирами, которые можно было бы отслеживать во время вращения. Сатурн также необычен тем, что его магнитная ось почти идеально совмещена с осью вращения. Магнитная ось Юпитера, как и ось Земли, не выровнена с его осью вращения, что означает, что магнитный полюс вращается при вращении планеты, что позволяет астрономам измерять периодический сигнал в радиоволнах и вычислять скорость вращения.
Скорость вращения 10:33:38, определенная анализом Маньковича, на несколько минут быстрее, чем предыдущие оценки, основанные на радиометрии с космических кораблей Вояджер и Кассини.
«Теперь у нас есть продолжительность дня Сатурна, когда мы думали, что не сможем его найти», – сказала ученый проекта Кассини Линда Спилкер. "Они использовали кольца, чтобы заглянуть внутрь Сатурна, и из них выскочило это долгожданное фундаментальное качество планеты.
И это действительно солидный результат. Кольца содержали ответ."
Идея о том, что кольца Сатурна можно использовать для изучения сейсмологии планеты, была впервые предложена в 1982 году, задолго до того, как стали возможны необходимые наблюдения. Соавтор Марк Марли, который сейчас работает в Исследовательском центре Эймса НАСА в Кремниевой долине, впоследствии изложил идею своей докторской диссертации.D. диссертации в 1990 году, показал, как могут быть выполнены расчеты, и предсказал, где будут располагаться детали в кольцах Сатурна. Он также отметил, что миссия Кассини, находившаяся тогда на стадии планирования, сможет провести наблюдения, необходимые для проверки идеи.
«Два десятилетия спустя люди посмотрели на данные Кассини и нашли кольцевые детали в местах, где предсказывал Марк», – сказал Фортни.