Сатурн ставит нас в тупик.

Казалось бы какой простой вопрос: сколько длится день на Сатурне? Однако начало этого вопроса можно наблюдать в обсуждении такой темы, как Почему нельзя наступить на Сатурн?

Более 10 лет приборы космического аппарата «Cassini» пытаются определить точную скорость вращения Сатурна. В последний год миссии ее небывалые траектории проведут космический аппарат через неизведанные регионы газового гиганта, и ученые надеются, что смогут ответить на этот давний вопрос.

Давайте узнаем в чем тут проблема и как ее пытаются решить …

Ранее Мишель Догерти, главный исследователь магнитометра (MAG) на борту «Cassini», говорила, что попытки измерить продолжительность дня на Сатурне сравнимы с поиском иголки в стоге сена. Теперь она думает по-другому. «Это больше похоже на поиск нескольких игл, которые непредсказуемо меняют цвет и форму», – сказала Мишель.

Если кто-то в космосе или на другой планете Солнечной системы выберет отличительную черту поверхности Земли, например, Мадагаскар, обратит внимание на его позицию и нажмет на секундомер, то через 23,934 часов Мадагаскар вернется в исходное положение. Это скорость вращения Земли, наш день.

Используя тот же принцип, земляне определили скорости вращения других планет. День на Меркурии длится около двух земных месяцев, а день на Марсе – 24.623 земных часа. Но этот способ не одинаково хорошо работает для других планет.

Когда над поверхностью планеты тысячи километров плотной атмосферы, появляется проблема синхронизации скорости ее вращения. Клубящиеся облачные полосы на газовой планете, Сатурне или Юпитере, движутся с разной скоростью, что делает невозможным использование облака для измерения скорости вращения планеты. Но ученые имеют пару тузов в рукаве: магнитное поле планеты и радиоволны.

На Земле и Юпитере северные магнитные полюса наклонены от оси вращения примерно на 10°, то есть они не совпадают с «истинным» северным полюсом планеты. Если бы вы могли увидеть магнитное поле Земли из космоса и ускорить время, магнитное поле раскачивалось бы как хула-хуп, пока планета вращается. Поскольку магнитное поле генерируется в глубинных недрах, для большинства планет скорость вращения поля говорит ученым о скорости вращения самой планеты. Одно полное колебание равно одному дню.

Мы не видим магнитные поля, но магнитометры видят, а радиоантенны могут обнаружить радиоизлучение планеты, которое повторяется каждый раз, когда планета совершает оборот. Почти сразу после изобретения радиоантенны ученые выяснили, что день на Юпитере длится 9 часов 55 минут. Но магнитное поле Сатурна смещено от оси вращения менее чем на градус и крутится плавно без колебаний.

Прибор «Cassini» MAG обнаружил сигнал в магнитном поле планеты, который выглядит как волна в данных, повторяющаяся каждые 10 часов 47 минут. Но эта периодичность изменяется при наблюдениях северного или южного полушария Сатурна, и, кажется, что связана она с изменяющимися сезонами.

Ученые «Cassini» не думали, что скорость вращения Сатурна станет головоломкой.

«Мы думали, что уже знаем ее из измерений «Voyager», – сказал Билл Курт, член команды миссии «Cassini» из Университета штата Айова. Данные «Voyager» предполагали, что день на Сатурне длится 10,7 земных часов. Но магнитометр «Cassini» показывал немногим большую или меньшую продолжительность в зависимости от наблюдаемого полушария планеты.

«Сатурн ставит нас в тупик. Скорость его вращения находится где-то между 10,6 и 10,7 часа, но мы не уверены, что наблюдаемый нами сигнал MAG связан с недрами гиганта. Все, что мы видим, это изменяющиеся колебания, которые отличаются на полушариях и меняются со временем», – пояснила Мишель Догерти.

Начиная с ноября 2016 года, на заключительном этапе миссии «Cassini» начнет выполнять 20 облетов недалеко от основных колец Сатурна. Затем, в апреле 2017 года, комический аппарат начнет серию из 22 витков, в ходе которых он исследует неизведанные ранее области между атмосферой планеты и ее внутренним кольцом. В ходе этих маневров «Cassini» должен иметь больше шансов увидеть вращение Сатурна и определить продолжительность его дня.

Новое исследование показало совсем другие цифры, и они считаются наиболее точными, так как расчеты основывались на изменениях в гравитационном поле, вызванных колебаниями во внутренней части планеты. При помощи компьютерного моделирования ученые сопоставили внутренние колебания с продолжительностью светового дня планеты. Расчетами занималась команда астрофизиков во главе с Кристофером Манковичем.

Длительность дня на Сатурне — 10 часов, 33 минуты и 38 секунд

Исследователи объяснили, что частицы в кольцах активно реагируют на изменения в гравитационном поле. В определенных местах кольцевые частицы ловят колебания и постепенно накапливают энергию, которая уносится в виде наблюдаемой волны. Именно эти волны и позволили астрофизикам узнать длительность суток с точностью до секунды.

Напомним, что аппарат «Кассини» сгорел в атмосфере Сатурна 15 сентября 2017 года. Собранные им данные до сих пор помогают ученым делать важные открытия. Например, совсем недавно стало известно, что кольца газового гиганта были образованы относительно недавно, во времена жизни динозавров.