Científicos Resuelven Un Misterio De Larga Data: La Duración De Un Día En Saturno

Los científicos finalmente saben qué hora es en Saturno

Una vista de la nave espacial Cassini de la NASA muestra el hemisferio norte de Saturno en 2016 cuando esa parte del planeta se acerca al solsticio de verano del hemisferio norte. Un año en Saturno son 29 años terrestres; los días solo duran 10:33:38, según un nuevo análisis de los datos de Cassini. Créditos: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute

Usando nuevos datos de NASA es Cassini naves espaciales, los investigadores creen que han resuelto un antiguo misterio de la ciencia del sistema solar: la duración de un día en Saturno . Son 10 horas, 33 minutos y 38 segundos.

La figura ha eludido a los científicos planetarios durante décadas, porque el gigante gaseoso no tiene una superficie sólida con puntos de referencia para rastrear mientras gira, y tiene un campo magnético inusual que oculta la velocidad de rotación del planeta.

Resultó que la respuesta estaba oculta en los anillos.

Durante las órbitas de Saturno de Cassini, los instrumentos examinaron los anillos rocosos y helados con un detalle sin precedentes. Christopher Mankovich, un estudiante graduado en astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz, usó los datos para estudiar patrones de ondas dentro de los anillos.

Su trabajo determinó que los anillos responden a las vibraciones dentro del propio planeta, actuando de manera similar a los sismómetros utilizados para medir el movimiento causado por los terremotos. El interior de Saturno vibra a frecuencias que provocan variaciones en su campo gravitacional. Los anillos, a su vez, detectan esos movimientos en el campo.

“Las partículas a lo largo de los anillos no pueden evitar sentir estas oscilaciones en el campo de gravedad”, dijo Mankovich. “En lugares específicos de los anillos, estas oscilaciones atrapan las partículas del anillo en el momento justo en sus órbitas para acumular energía gradualmente, y esa energía se lleva como una onda observable”.

La investigación de Mankovich, publicada el 17 de enero por Astrophysical Journal, describe cómo desarrolló modelos de la estructura interna de Saturno que coincidirían con las ondas de los anillos. Eso le permitió rastrear los movimientos del interior del planeta y, por lo tanto, su rotación.

La velocidad de rotación de 10:33:38 que arrojó el análisis es varios minutos más rápida que las estimaciones anteriores en 1981, que se basaron en señales de radio de la nave espacial Voyager de la NASA.

El análisis de los datos de la Voyager, que estimó el día en 10:39:23, se basó en información del campo magnético. Cassini también utilizó datos del campo magnético, pero las estimaciones anteriores iban desde las 10:36 hasta las 10:48.

Los científicos a menudo se basan en campos magnéticos para medir las tasas de rotación de los planetas. Júpiter El eje magnético de la Tierra, como el de la Tierra, no está alineado con su eje de rotación. Por lo tanto, gira a medida que gira el planeta, lo que permite a los científicos medir una señal periódica en ondas de radio para obtener la velocidad de rotación. Sin embargo, Saturno es diferente. Su campo magnético único está casi perfectamente alineado con su eje de rotación.

Es por eso que el hallazgo de los anillos ha sido clave para concentrarse en la duración del día. Los científicos de Saturno están encantados de tener la mejor respuesta hasta ahora a una pregunta tan central sobre el planeta.

“Los investigadores utilizaron ondas en los anillos para observar el interior de Saturno, y surgió esta característica fundamental del planeta tan buscada. Y es un resultado realmente sólido ”, dijo Linda Spilker, científica del proyecto Cassini. “Los anillos tenían la respuesta”.

La idea de que los anillos de Saturno podrían usarse para estudiar la sismología del planeta se sugirió por primera vez en 1982, mucho antes de que fueran posibles las observaciones necesarias.

El coautor Mark Marley, ahora en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley de California, posteriormente desarrolló la idea para su doctorado. tesis en 1990. Además de mostrar cómo se podrían hacer los cálculos, predijo dónde estarían las firmas en los anillos de Saturno. También señaló que la misión Cassini, entonces en las etapas de planificación, podría hacer las observaciones necesarias para probar la idea.

“Dos décadas después, en los últimos años de la misión Cassini, los científicos analizaron los datos de la misión y encontraron características de anillos en las ubicaciones de las predicciones de Mark”, dijo el coautor Jonathan Fortney, profesor de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz y miembro de el equipo de Cassini. “Este trabajo actual tiene como objetivo aprovechar al máximo estas observaciones”.

La misión de Cassini terminó en septiembre de 2017 cuando, con poco combustible, el equipo de la misión hundió deliberadamente la nave espacial en la atmósfera de Saturno, que quería evitar que la nave se estrellara contra las lunas del planeta.

La misión Cassini-Huygens es un proyecto cooperativo de la NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Italiana. El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, una división de Caltech en Pasadena, gestiona la misión de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA, Washington. JPL diseñó, desarrolló y ensambló el orbitador Cassini. El instrumento de radar fue construido por JPL y la Agencia Espacial Italiana, en colaboración con miembros del equipo de EE. UU. Y varios países europeos.

Publicación: Christopher Mankovich, et al., “Sismología del anillo de Cassini como sonda del interior de Saturno. I. Rotación rígida ”, ApJ, 2018; doi: 10.3847 / 1538-4357 / aaf798

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