10 hodin, 33 minut a 38 sekund. To je délka dne na planetě Saturn

Astronomové se domnívají, že na základě nového zpracování údajů z kosmické sondy NASA s názvem Cassini vyřešili dlouholetou vědeckou záhadu ve Sluneční soustavě: Jaká je délka dne (tj. délka jedné otočky) na planetě Saturn. Dospěli k hodnotě 10 hodin, 33 minut a 38 sekund. Záhada unikala planetologům po desetiletí, protože obří plynná planeta nemá pevný povrch s výraznými útvary ke změření její rotace. A také má neobyčejné magnetické pole, které zamlžuje periodu rotace planety. Odpověď na otázku se ukrývala v prstencích Saturnu.

Během doby, kdy sonda Cassini obíhala kolem Saturnu, přístroje na její palubě studovaly s mimořádným rozlišením prstence tvořené nepatrnými úlomky ledu a horniny. Christopher Mankovich, postgraduální student astronomie a astrofyziky na UC Santa Cruz, použil tato data ke studiu zákonitostí vlnění uvnitř prstenců.

Z jeho práce vyplynulo, že prstence reagují na vibrace uvnitř samotné planety; působí podobně jako seismometr použitý při měření posuvu hmoty způsobeného zemětřesením. Nitro Saturnu vibruje na frekvencích, které následně způsobují variace v gravitačním poli planety. Prstence pro změnu reagují na tyto pohyby gravitačního pole.

TIP:   Komety ve Sluneční soustavě možná pocházejí ze stejné oblasti

Částice vytvářející prstence vycítí tyto oscilace gravitačního pole,“ říká Christopher Mankovich. „Na určitých místech prstenců tyto oscilace ovlivní přítomné částice ve správném okamžiku jejich drah a postupně tak zvyšují jejich energii. Tato doplňující energie je posune stranou, což pozorujeme jako vlnu.“

V článku, který byl publikován 17. 1. 2019 v časopise Astrophysical Journal, popisuje Christopher Mankovich, jak vyvíjel modely vnitřní struktury planety Saturn, které by odpovídaly pozorovaným vlnám v prstenci. To mu umožnilo vystopovat pohyb nitra planety – a tudíž i jeho rotaci.

Rotace rychlostí jedné otočky za 10:33:38, která byla odvozena na základě analýzy, je o několik minut kratší, než byl dřívější odhad z roku 1981, který byl učiněn na základě rádiového signálu ze sondy Voyager. Analýzy dat tehdy vedly k určení délky dne 10:39:23 a byly uskutečněny na základě informací o změnách magnetického pole planety. Rovněž sonda Cassini využila magnetické pole Saturnu k určení periody rotace, odhadly vedly k hodnotám mezi 10:36 a 10:48.

Vědci často spoléhají na studium magnetického pole k určení periody rotace planet. Rotační osa magnetického pole planety Jupiter, podobně jako u Země, není souběžná s jejich rotační osou. Tudíž se pohupuje v souladu s rotací planety, což vědcům umožňuje změřit periodicitu signálu na rádiových vlnách a určit rotační periodu tělesa. Avšak Saturn je odlišný. Jeho unikátní magnetické pole má osu téměř dokonale shodnou s rotační osou tělesa.

To je důvod, proč byly prstence klíčem k určení délky dne na Saturnu. Astronomové zkoumající planetu jsou v dobré náladě, protože mají dosud nejlepší odpověď na tuto základní otázku týkající se Saturnu.

Astronomové využili vlny v prstencích k nahlédnutí do nitra planety Saturn a nalezli tento dlouho hledaný charakteristický údaj o planetě. A je to vskutku solidní závěr,“ říká Linda Spilker, vědecká pracovnice projektu Cassini. „Odpověď se zkrátka ukrývala v prstencích.“

Představa, že Saturnovy prstence mohou být využity ke studiu seismologie planet, byla poprvé vyslovena v roce 1982, dlouho před tím, než bylo možné potřebná pozorování uskutečnit.

Spoluautor článku Mark Marley, který je v současnosti pracovníkem NASA’s Ames Research Center in California’s Silicon Valley, získal později za vypracování diplomové práce v roce 1990 titul Ph.D. Provedl potřebné výpočty a předpověděl, kde by se v Saturnových prstencích mohly nacházet charakteristické znaky. Rovněž poznamenal, že sonda Cassini, která se tehdy nacházela ve stadiu plánování, bude schopná uskutečnit pozorování nutná k prověření této představy.

O dvě desetiletí později, v posledních letech existence sondy Cassini, astronomové analyzovali její data a objevili v prstencích charakteristické útvary v poloze, kterou předpověděl Mark Marley,“ říká spoluautor článku Jonathan Fortney, profesor astronomie a astrofyziky na UC Santa Cruz a člen týmu sondy Cassini.

Mise sondy Cassini byla ukončena v září 2017, když spotřebovala veškeré zásoby pohonných látek a byla záměrně navedena do hustých vrstev atmosféry Saturnu, kde shořela. Bylo tak zabráněno případné kontaminaci některého z měsíců planety pozemskými mikroorganismy.

Zdroj: Hvězdárna Valašské Meziříčí, (solarsystem.nasa.gov, phys.org), autor: František Martínek, foto: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute, NASA’s Goddard Space Flight Center. Doporučený odkaz: Cassini Ring Seismology as a Probe of Saturn’s Interior. I. Rigid Rotation