بالنسبة لكوكب صخري ، يمكن أن يكون العثور على طول اليوم أمرًا بسيطًا. ما عليك سوى اختيار نقطة مرجعية ومشاهدة الوقت المستغرق للتدوير خارج العرض ، ثم العودة إلى العرض. لكن بالنسبة للكواكب مثل زحل ، الأمر ليس بهذه البساطة. لا توجد ميزات سطحية لتتبعها.
قضى العلماء عقودًا في محاولة تحديد فترة دوران زحل. لكن عملاق الغاز كان مترددا في الكشف عن أسراره. دراسة جديدة في AGUمجلة البحوث الجيوفيزيائية: فيزياء الفضاء قد يكون الجواب أخيرا. الدراسة بعنوان "تواتر زحل المتعدد والمتغير: نموذج دولاب الموازنة المزدوج لاقتران الغلاف الحراري - الغلاف المتأين - الغلاف المغناطيسي".
مع كوكب مثل الأرض ، نعرف ما نقيسه عندما نقيس فترة الدوران. نحن نقيس سطح الكوكب. لكن الأمور أكثر تعقيدًا بالنسبة لعملاق الغاز. ما طبقة الكوكب التي يتحدث عنها العلماء في الواقع؟
زحل عملاق غاز متعدد الطبقات ، على الأرجح مع قلب صخري. هذا النواة محاط بطبقة من الجليد ، ثم الهيدروجين المعدني والهليوم. ثم منطقة مطر الهيليوم ، محاطة أكثر بمنطقة من الهيدروجين السائل. ثم تأتي منطقة كبيرة من الهيدروجين الغازي. يتكون الغلاف الجوي العلوي لزحل من ثلاث طبقات: في الأعلى غيوم من الأمونيا ، وتحت ذلك هيدرو كبريتيد الأمونيوم ، وأسفلها توجد غيوم من بخار الماء.
عندما يتحدث العلماء عن فترة دوران زحل ، فإنهم يتحدثون عن الغلاف الجوي العلوي. إنه الجزء الوحيد من الكوكب الذي يمكن قياسه حقًا.
ينظر العلماء إلى أنماط الترددات الراديوية التي ينبعث منها عملاق غاز لتحديد طول اليوم. تكمن الصعوبة في كوكب زحل في أنه لا يصدر سوى أنماط راديوية منخفضة التردد يحجبها الغلاف الجوي للأرض. هذا على النقيض من المشتري ، الذي ينبعث أنماط تردد أعلى تمر عبر الغلاف الجوي للأرض. وبسبب ذلك ، تمكن العلماء من معرفة فترة دوران المشتري قبل ظهور المركبة الفضائية.
كان على زحل الانتظار حتى 1980 و 1981 ، عندما زار فوييجر 1 و فوييجر 2 البيانات وجمعها. في ذلك الوقت ، قاموا بقياس فترة الدوران في 10 ساعات و 40 دقيقة. كان هذا هو أفضل قياس متاح في ذلك الوقت ، وقد توقف. لمدة عقدين.
لكن كاسيني زارت زحل ، وقضت 13 سنة في دراسته وأقماره. اندهش علماء الفلك عندما وجدوا أن فترة دوران كوكب زحل قد تغيرت. أظهرت بيانات كاسيني أنه خلال العشرين عامًا بين فوييجرز وكاسيني - فترة زمنية غير مهمة في حياة كوكب - تغير طول اليوم.
"في حوالي عام 2004 رأينا أن الفترة تغيرت 6 دقائق ، حوالي 1 بالمائة."
دوان بونتيوس من كلية برمنغهام الجنوبية في ألاباما ، مؤلف مشارك في الدراسة.
أظهرت كاسيني أن فترة الدوران تغيرت بـ 6 دقائق ، أو حوالي 1 بالمائة.
قال دوان بونتيوس من كلية برمنجهام الجنوبية في ألاباما ، مؤلف مشارك للدراسة الجديدة: "في حوالي عام 2004 رأينا أن الفترة تغيرت 6 دقائق ، حوالي 1 بالمائة". يتذكر بونتيوس: "افترضت لفترة طويلة وجود خطأ في تفسير البيانات". "هذا غير ممكن."
كيف يغير كوكب كامل فترة دورانه في مثل هذا الوقت القصير؟ يجب أن يستغرق تغيير هذا الحجم مئات الملايين من السنين حتى يحدث. ولكن كان هناك المزيد: قام كاسيني أيضًا بقياس الأنماط الكهرومغناطيسية التي تظهر أن نصفي الكرة الأرضية الشمالي والجنوبي لهما فترات دوران مختلفة.
مواسم زحل المتغيرة
أراد بونتيوس والمؤلفون الآخرون فهم ما حدث ولماذا كان هناك تناقض في القياسات. بافتراض أن بيانات كاسيني كانت مفهومة بشكل صحيح ، يجب أن يكون هناك سبب للتغيير ، والفرق بين نصفي الكرة الأرضية. قرروا مقارنة زحل مع أقرب أخيه المشتري.
شيء واحد لديه زحل هو المواسم. زحل لديه إمالة محورية ما يقرب من 27 درجة ، وهو مشابه لميل الأرض 23 درجة. المشتري لديه إمالة ثلاث درجات فقط. تمامًا مثل الأرض ، يتلقى نصف الكرة الأرضية الشمالي والجنوبي لزحل كميات مختلفة من الطاقة أثناء دورانها حول الشمس.
على الحافة الخارجية لجو زحل توجد منطقة من البلازما. يعتقد بونتيوس والمؤلفون الآخرون أن الكمية المختلفة من الطاقة فوق البنفسجية التي تصل إلى نصفي الكرة الأرضية خلال المواسم تتفاعل مع تلك البلازما. في النموذج الذي طوروه ، تؤثر الاختلافات في الأشعة فوق البنفسجية على البلازما ، مما يخلق سحبًا أكثر أو أقل عند تقاطع البلازما والغلاف الجوي الخارجي.
السحب هو الذي يحدد دوران الغلاف الجوي كما هو موضح من خلال انبعاثات الموجات اللاسلكية ، ويتغير هذا الدوران وفقًا للموسم الذي نلاحظه.
إن السحب من البلازما هو ما يبطئ الدوران ، مما يمنحنا فترة الدوران التي تشير إليها انبعاثات الراديو. مع تغير الموسم ، يتغير سحب البلازما ، وكذلك انبعاثات الراديو. مرة أخرى ، إنها الانبعاثات الراديوية التي يقيس العلماء فترة دوران زحل معها ، نظرًا لعدم وجود ميزات سطح ثابتة.
يقدم هذا النموذج الذي طوره بونتيوس وزملاؤه تفسيراً للتغيير في التناوب الذي شهدناه في العشرين سنة بين فوييجرز وكاسيني. هذا القياس مخصص فقط لطبقات سطح زحل. النواة الصخرية ، التي تبلغ كتلتها ما بين 9-22 مرة كتلة الأرض ، مخفية وغامضة تحت عشرات الآلاف من الكيلومترات من الغلاف الجوي.
أكثر:
- بيان صحفي: فهم دوران زحل المستحيل
- الورقة العلمية: تكرارات زحل المتعددة والمتغيرة: نموذج مزدوج - حذافة من الغلاف الحراري - الغلاف الأيوني - اقتران الغلاف المغناطيسي
- ESA Cassini-Huygens: جو زحل
