Dodano: 17 sierpień 2021r.

Falujące pierścienie Saturna wykorzystane jako sejsmograf

Oscylacje we wnętrzu Saturna sprawiają, że gazowy olbrzym nieco się porusza. Te ruchy z kolei powodują fale w pierścieniach planety, które dostarczyły nowych informacji o jej jądrze. Z nowych badań wynika, że jądro Saturna jest 55 razy bardziej masywne niż cała Ziemia.

Planeta Saturn

 

Odkrycia dwóch astronomów z Caltech sugerują, że jądro Saturna nie jest litą kulą skalną, jak sugerowały niektóre wcześniejsze teorie, ale rozproszoną mieszaniną lodu, skał i metalicznych płynów. Nowe analizy ujawniły również, że jądro rozciąga się na 60 procent średnicy planety, co czyni je znacznie większym niż wcześniej szacowano.

Badania zostały zaakceptowane do publikacji w czasopiśmie „Nature Astronomy” (DOI: 10.1038/s41550-021-01448-3), a uczeni wykorzystali w nich dane zebrane jeszcze przez sondę Cassini, która krążyła wokół Saturna przez 13 lat, zanim zanurkowała w atmosferę planety i rozpadła się w 2017 roku.

Struktura jądra Saturna

- Wykorzystaliśmy pierścienie Saturna jak gigantyczny sejsmograf do pomiaru oscylacji wewnątrz planety – mówi jeden z współautor publikacji Jim Fuller z Caltech. - Po raz pierwszy byliśmy w stanie zbadać sejsmicznie strukturę gazowego olbrzyma, a wyniki były dość zaskakujące – dodaje. Głównym autorem badania jest Christopher Mankovich, pracujący na co dzień razem z Fullerem.

- Szczegółowa analiza falujących pierścieni Saturna to bardzo elegancka forma sejsmologii pozwalająca wywnioskować charakterystykę jądra planety – mówi Jennifer Jackson z Caltech, która nie była zaangażowana w badania, ale jej zainteresowanie naukowe skupiają się na wykorzystaniu różnego rodzaju obserwacji sejsmicznych, aby zrozumieć skład jądra Ziemi i potencjalnie wykryć przyszłe zdarzenia sejsmiczne.

Odkrycia dostarczają nowych danych na temat jądra Saturna i pokrywają się z ostatnimi obserwacjami z misji sondy Juno, która bada Jowisza. Dane zebrane przez Juno wskazują, że Jowisz może również mieć podobnie rozproszone jądro.

Pierścienie służą jako sejsmograf

- Rozproszone jądra mogą przypominać szlam - wyjaśnia Mankovich. - Wodór i hel, w miarę zbliżania się do jądra planety, stopniowo mieszają się z coraz większą ilością lodu i skał. To trochę jak w naszych ziemskich oceanach, gdzie zasolenie wzrasta wraz z z wchodzeniem na coraz głębsze poziomy, tworząc stabilną konfigurację – dodał.

Pomysł, że oscylacje Saturna mogą wytwarzać fale w jego pierścieniach i że pierścienie mogą być w ten sposób wykorzystane jako sejsmograf do badania wnętrza Saturna, pojawił się po raz pierwszy w badaniach prowadzonych na początku lat 90. przez Marka Marleya i Carolyn Porco. Pierwszej obserwacji tego zjawiska dokonali Matt Hedman i P.D. Nicholson w 2013 roku w danych zebranych przez sondę Cassini. Astronomowie odkryli, że pierścień C Saturna zawierał wiele spiralnych wzorów napędzanych fluktuacjami pola grawitacyjnego gazowego olbrzyma i że wzory te różniły się od innych fal w pierścieniach spowodowanych oddziaływaniami grawitacyjnymi z księżycami planety. Teraz Mankovich i Fuller przeanalizowali wzór fal w pierścieniach, aby zbudować nowe modele struktury jądra Saturna.

- Saturn zawsze się trzęsie, ale jest w tym subtelny. Powierzchnia planety porusza się o około metr co jedną do dwóch godzin, jak falujące jezioro. Podobnie jak sejsmograf, pierścienie wychwytują zaburzenia grawitacyjne, a cząsteczki pierścieni zaczynają się ruszać – mówi Mankovich.

Jądro Saturna jest 55 razy masywniejsze niż Ziemia

Naukowcy twierdzą, że obserwowane fale wskazują, że głębokie wnętrze Saturna, choć przypominać może „zupę” jako całość, składa się ze stabilnych warstw, które powstały po tym, jak cięższe materiały opadły do wnętrza planety i przestały mieszać się z lżejszymi materiałami nad nimi.

- Aby pole grawitacyjne planety oscylowało z tymi konkretnymi częstotliwościami, wnętrze musi być stabilne, a jest to możliwe tylko wtedy, gdy stężenie lodu i skał stopniowo wzrasta w miarę zbliżania się do jądra planety – mówi Fuller.

Ich wyniki wskazują również, że jądro Saturna jest 55 razy masywniejsze niż cała Ziemia, z czego 17 mas Ziemi to lód i skała, a reszta to płynny wodór i hel.

- Christopher i Jim byli w stanie wykazać, że jedna szczególna cecha pierścienia może dostarczyć mocnych dowodów na to, że jądro Saturna jest niezwykle rozproszone. Jestem podekscytowany myślą o tym, co wszystkie inne cechy pierścieni generowane przez Saturna mogą nam powiedzieć o tej planecie – zaznacza Hedman, który nie był zaangażowany w te badania.

Ponadto odkrycia stanowią wyzwanie dla obecnych modeli formowania się gazowych olbrzymów, które zakładają, że najpierw formują się skaliste jądra, a następnie przyciągają one duże otoczki gazu. Jeśli jądra tego typu planet rzeczywiście są rozproszone, jak wskazują badania, planety te mogą przyciągać gaz na wcześniejszym etapie formowania się.

 

Źródło: California Institute of Technology