Pitanje izgleda prosto, jer na sajtovima ima takvih podataka koliko hoćeš... Ali problem je što se mnogi od tih brojeva razlikuju! Zašto? Jedan od zadataka misije 'Cassini'bio je baš to – izmeriti dužinu dana na Saturnu. Ali ni danas to ne znamo tačno. Zapravo, mislim da je baš to divno. Često pomislim da je razlog zbog kojeg je kosmička nauka tako pristupačna baš u tome što su pitanja koja naučnici postavljaju sami sebi vrlo laka za razumevanje običnom čoveku. Postoji li život u kosmosu? Zašto je Venera toliko različita od Zemlje? Da živimo na Saturnu, koliko bi nam trajao radni dan?
'Koliki je dan na Saturnu' je jedno od tih naizgled prostih pitanja. Misija 'Voyager'dala nam je 1981. godine odgovor: 10 sati, 39 minuta i 24 sekunde(to je 10,7 sati). To je tada bio najprecizniji odgovor za nas na Zemlji, pa sam ga i ja navodio u našoj kosmičkoj enciklopediji koji smo štampali 2008[1]. To je, by the way, stvarno brzo[2]. Toliko brzo da je Saturn vidno spljošten – izgleda dramatično deblji na ekvatoru nego na polovima; ima čak 10% veću širinu nego visinu.
Saturn sa mesecima Titanom (dole levo), Mimasom (levo, odmah iznad diska, na obodu planete), Enceladusa (desno) i malim mesecima Janusom, Epimetheusom i Pandorom (jedan od njih se vidi kao svetli piksel na levoj krivini prstena i iznad njega, a druga dva se jedva vide na samoj desnoj krivini prstena i ispod njega). Veća slika.
'Voyager 2' je merio brzine rotacija sve četiri spoljnje planete prateći njihovo radio emitovanje. Elektroni koji jure magnetnim poljem generišu radio zračenje. Sve džinovske planete poseduju magnetna polja. Ako je magnetno polje nagnuto u odnosu na osu rotacije planete za bilo koji ugao[3], onda ono kruži oko planete kao neki zrak iz svetionika i pulsira u radio spektru brzinom kojom data planeta rotira. Pored Saturna, 'Voyager 2'je precizno izmerio dužine dana na Jupiteru (9h 55min 29,71s), Uranu (17h 14,4min ± 0,6min) i Neptunu (16h 6,5min ± 0,4min).
Kada je 'Cassini'stigao na Saturn, i on je merio brzinu rotacije planete na osnovu njegove radio emisije. Odgovor -- 10 sati, 45 minuta, 45 ± 36 sekundi – što je za više od 6 minuta duže nego što je izmerio 'Voyager'a ja napisao u knjizi!(To je 10,8 sati.) Saturn sigurno nije usporio između posete 'Voyagera'1981. i 'Cassinija'2004; u Sunčevom sistemu ne postoji sila koja bi učinila da se okretanje tako velike planete uspori za tako kratko vreme. Jedno – ili čak oba – merenja su pogrešna. Kasnije tokom misije, tim naučnika je utvrdio da podaci govore da se severna i južna polulopta okreću različitim brzinama!Bilo je jasno da metoda korišćenja radio emiisije za merenje brzine rotacije Saturna ne funkcioniše kao kod drugih džinovskih planeta. Ta metoda meri rotaciju nečega, ali ne brzinu rotacije planete.
'Cassinijevi'timovi zaduženi za rad magnetometra i radio i plazmenih talasa pratili su do kraja misije rezultate i u njima pokušavali da pronađu podatke koji precizno reprezentuju brzinu rotacije Saturna. Iako su i ostali timovi imali pune ruke posla i obavljali ga vrlo uspešno, propuštena je šansa da se reši problem brzine rotiranja. Ne zbog nedovoljnog broja pokušaja (i dalje se pokušava!), već izgleda zato što svemir jednostavno ne funkcioniše na način na koji mi mislimo da bi trebalo, ali je očigledno da ćemo odgovor na očigledno prosto pitanje o dužini dana na Saturnu morati da potražimo na neki drugi način...
Poslednja mozaička slika Saturna koju je napravio 'Cassini'poslednjeg dana svog postojanja,15. septembra 2017. (Velika slika). Ukupno, misija je trajala 19 godina i 335 dana!
Sve ove, kako kaže Brnabićka,'preambule'(uvodne izjave), dovele su do naučnog rada koji je sada dostupan na ArXiv: "Cassinijeva seizmologija prstena u službi ispitivanja unutrašnjosti Satuna: Kruta rotacija,"od Kristofera Mankovića, Marka Marlija, Džonatana Fornijai Naora Movšovica. Oni su prišli brzini rotacije na potpuno drugačiji način, koristeći u svojim akustičnim modelima planete seiznologiju prstena. Nene talasaste strukture u Satirnovom prstenu su vrlo osetljive na gravitaciono polje Saturna. Ispostavilo se da je gravitacija dobar način da se istražuje dubina planete. Na osnovu toga kako Saturnova gravitacija utiče na talase u prstenu, Manković i saradnici su došli do toga da mogu da objasne slojeve u unutrašnjosti Saturna ali i da izraze brzinu rotacije na način koji je potpuno nezavistan od radio/magnetometarskih merenja. Njihova vrednost, 10 sati, 35,3 +2,3/-1,7minuta(ili 10,6 sati) značajno je brža od raznih brzina dobijenih radio-tehnikom.
Deformisani(da bi mogao da stane na ekran) segment Saturnovog prstena. Nalazi se na od 7000 do 80.000 km od Saturnovog ekvatora. Debljina je od 10 m do 1 km, a sastav – 99% vodeni led veličine 1 cm do 10 m. Na slici je prstenu skoro prirodnoj boji. Svetlost dolazi iz pozadine prstenova i ide ka 'Cassiniju'
Neočekivani talasi u Cprstenu.Geometrija osvetljenosti na ovoj slici je ekstremna. Snimljena je samo nekoliko sati pre ravnosnevice, i obuhvata uglavnom C prsten, drugi po redu od planete i jedan od najtamnijih Saturnovih glavnih prstenova. Desno se nastavlja unutrašnja ivica sledećeg, B prstena; levo se vidi Maksvelova brazda(m, odvojena sa dva svetla luka, koja su svetla zato što se uzdižu iznad ravni prstena). Na slici se vide periodične varijacije u osvetljenost, što nastaje usled određene valovitosti prstenova, kao ono na kartonu. Prethodne slike su otkrile te talase u D prstenu, a oni se šire preko C prstena do unutrašnjih delova B prstena, najgušćeg Saturnovog prsta, pokrivajući distancu od 17.000 km. To je bilo potpuno neočekivano otkriće...
Talasasta struktura u unutrašnjosti B prstenanastaje usled orbitne rezonance 2:1 sa Janusom.
Objasniti seizmologiju prstena nije lako. Pristojno objačnjenje je moguće naći ovde u odeljku 3.9.Saturn (kao i ostale planete) poseduje unutrašnje vibracije – on zvoni kao zvono, na mnogim različitim (vrlo dubokim) frekvencijama. Te vibracije izazivaju male perturbacije u gravitacionom polju u blizini planete. Saturn, za razliku od ostalih planeta, ima puno čestica koje se okreću u prostoru oko planete i formiraju strukturu koju možemo da viidimo i izmerimo – C prsten. Sigurno je da frekvencije Saturnovih unutrašnjih vibracija stupaju u rezonancu sa česticama koje se nalaze u orbiti u C prstenu.Gravitacione rezonance sa česticama u prstenu stvaraju talase i brazdi u Saturnovim prstenovima. Talasi u ostalim delovima prstenova (naročito u A prstenu i Kasinijevoj brazdi) oblikovani su gravitacionim rezonancama sa obližnjim satelitima, uglavnom Mimasom, Janusom i Epimeteusom. Nekiod tih talasa se kreću brže nego što je orbitna brzina čestica prstenova. To brže kretanje pokazuje da su talasi u prstenu osetljivi na planetnu rotaciju.
I na kraju, koja je stvarna brzina rotacije Saturna? 10,8, 10,7 ili 10,6 sati? Vrednosti dobijene radio-tehnikama variraju, pa izgleda da je najnoviji rezultat pravi odgovor. Ali još nije vreme da se promene astronomske tabele. Pomenuti Mankovićev rad tek treba da pregledaju ostali naučnici i daju svoj sud. Takođe, bilo bi lepo videti još neko nezavisno merenje i uporediti njihove rezultate...
Kao i u svakom naučnom radu iz fizike, postoje brojne pretpostavke i pojednostavljenja. Jedna od glavnih pretpostavki odnosi se na rotaciju planete. Kao što naslov rada sugeriše, pretpostavka je bila da se čitav Saturn okreće istom brzinom – da rotira kao kruto telo. Očito je da to nije tačno i da se ne odnosi na najviše slojeve oblaka, ali je teško znati do koje dubine sežu Saturnovi vetrovi. Zapravo, kasnije u radu autori priznaju da u C prstenu postoje neki talasi koje još uvek ne mogu da objasne. Oni verovatno imaju veze sa različitom rotacijom, gde gornji slojevi planete rotiraju malo brže od unutrašnjosti.
Posmatrani talasi u prstenovima mogu da znače da Saturn ima kameno jezgro prečnika oko 25% Saturnovog prečnika, tj. oko 15.000 km. To jezgro bi imalo oko 15-20 masa Zemlje. To je prilično mnogo – Saturnoovo kameno jezgro bi imalo masu kao čitav Neptun! Granica između spoljnjeg i unutrašnjeg sloja nije jasno ograničena; možda te oštre granice i nema. Manković je na Tweeteru objasnio da u njihovom modelu Saturn možda ima duboki sloj, debeo nekoliko hiljada kilometara, tačno iznad jezgra, sastavljen od čistog helijuma...
Biće još radova, i još procena, ali izgleda da su divni talasi u Saturnovim prstenovima u stanju da kažu nešto o sastavu dubina ove čudne planete.
[1]Pre 'Voyagera', astronomi koji su gledali planetu teleskopima sa Zemlje zaključili su da dan traje 10 sati i 15 minuta.
[2]Tačka na Zemljinom ekvatoru okreće se brzinom od preko 1.650 km/h. Na Saturnu, ista tačka se okreće brzinom od preko 35.000 km/h!
[3]Planetno magnetno polje nastaje usled kretanja tečnog jezgra koje provodi elektricitet i naelektrisano je. Magnetno polje se ponaša kao džinovski magnet i može da bude pomeren u odnosu na osu rotacije planete. Npr. Zemljino magnetno polje je nagnuto za oko 11°u odnosu na osu, a Uranovo za čak 59° u odnosu na osu! Da haos bude veći, Uranova osa rotacije je nagnuta za 98° u odnosu na ravan rotacije oko Sunca, a magnetno polje je izmešteno iz centra... Haos!
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
