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:   První svého druhu

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