天體物理學家杜安·龐蒂烏斯(Duane Pontius)說:「很長一段時間以來,我都認為數據解釋存在問題。」他開發了一種理論模型,該模型在土星衛星土衛二上的間歇泉的發現中發揮了作用。「這是不可能的。」整個星球如何在20年內改變其自轉速度?這種變化需要數億年的時間。更神秘的是卡西尼號太空船對電磁模式的探測,這表明土星的旋轉在南北半球有所不同。
幾十年來,土星無視試圖確定其確切旋轉周期的嘗試。現在,一項新研究可能終於揭示了隱藏其旋轉的訣竅,並提供了放棄其秘密的鑰匙。這項新的研究表明,土星的季節變化可能會混淆科學家計算其確切旋轉周期的嘗試。
發現任何星球上一天的時長似乎是一項簡單的任務:在星球上找到某個特徵,並在它繞一周旋轉時對其計時。或者,如果它是像木星這樣的氣體巨人,它沒有固體表面特徵,那麼科學家們可以聆聽行星旋轉磁場中產生的無線電信號強度的周期性調製。
「外星物質」 –佔木星和土星的80%
行星的自轉周期是有關行星的基本事實之一,它的大小,組成,軌道周期以及其他事實不僅描述了行星,而且有助於解釋其行為,歷史,甚至提供了其形成的線索。
廣播節目令人驚訝
土星僅發射被地球大氣層阻擋的低頻無線電模式,這使得很難從地球表面研究土星的自轉。相比之下,木星以更高的頻率發射出輻射圖,這使得射電天文學家能夠在太空時代順利進行之前確定其旋轉周期。
直到太空飛行器被送往土星後,科學家才能夠收集有關其旋轉的數據。旅行者1號和旅行者2號返回了土星自1980年和1981年旋轉的最初線索。他們檢測到無線電強度的調製,這表明行星每10小時40分鐘旋轉一次。
龐蒂烏斯說:「這就是所謂的輪換期。」
當卡西尼號飛船在23年後到達土星以研究該行星達13年時,它發現了令人驚訝的東西。龐蒂烏斯說:「大約在2004年,這一時期已經改變了6分鐘,大約是百分之一,」
一個關於土星大氣的北半球和南半球以及磁層等離子可能發生的情況的機械模擬模型,產生了有關行星旋轉速度的誤導性信號。「剎車」是指等離子飛離行星更遠時的速度減慢,就像旋轉的舞者的手臂在伸出時比在身體附近時移動得慢一樣。
線索-缺少季節
為了了解到底發生了什麼,龐蒂烏斯和他的合著者首先研究了土星與其最接近的兄弟木星有何不同。
龐蒂烏斯問:「土星除了明顯的環以外還有木星所缺少的什麼?」 答案:四季。土星的軸傾斜約27度,類似於地球的23度傾斜。木星幾乎沒有任何傾斜-僅3度。傾斜意味著土星的北半球和南半球會根據季節從太陽接收不同量的輻射。不同劑量的紫外線會影響土星大氣層邊緣剝離的原子(稱為等離子體)。
根據Pontius和他的同事們提出的模型,不同半球從夏季到冬季的紫外線變化會影響等離子體,因此等離子體在遇到行星氣態的高度會產生或多或少的阻力。
阻力的這種差異使氣氛變慢,這就是設置無線電信號中所見的時間的原因。季節性地改變等離子體,並且改變無線電發射的周期,這是土星上看到的。
新模型為土星無法改變的旋轉周期難題提供了解決方案。這也表明,觀測到的周期不是土星核心的旋轉周期,這是無法測量的。
龐蒂烏斯於今年早些時候在土星科學家的一次會議上提出了該模型,並表示很受歡迎。現在,他希望其他研究人員通過探索卡西尼號收集的13年土星數據的適用性,來進一步完善該模型。