Определение периода вращения Сатурна по его гравитационному полю и сплюснутости
Saturn’s fast spin determined from its gravitational field and oblateness. Ravit Helled, Eli Galanti, Yohai Kaspi. Nature. 2015. Vol. 520. No 7546. P. 202–204.
Определение скорости вращения твердых планет, таких как Земля или Марс – относительно простая задача. Требуется только измерить время, за которое определенный участок поверхности снова вернется в поле зрения. Однако когда дело касается газовых гигантов (Юпитер и Сатурн), измерение скорости вращения становится серьезной проблемой, так как обе эти планеты не просто не имеют твердой поверхности, но и покрыты толстым слоем облаков. Наблюдая за Сатурном, ученые обнаружили, что различные части этого шара из водорода и гелия вращаются с разной скоростью, в то время как его ось вращения и магнитный полюс выровнены. По результатам наблюдений, проведенных космическими аппаратами «Вояджер-1» и «Вояджер-2» в 1980-х годах, на протяжении последних двух десятилетий стандартным периодом вращения Сатурна считалось 10 часов 39 минут и 22,5 секунды. Но когда космический аппарат Cassini 30 лет спустя, в начале 2000-х годов достиг Сатурна, период вращения планеты в результате его измерений оказался на 8 минут дольше: 10 часов 47 минут. Причем данные изменялись каждый раз с новыми наблюдениями аппарата. Именно тогда стало понятно, что период вращения Сатурна не может быть определен на основе наблюдений за колебаниями излучения, связанного с магнитным полем планеты. С тех пор вопрос о периоде вращения Сатурна оставался открытым, хотя последние несколько лет и предпринималось несколько теоретических попыток вывести правильное и точное значение. Авторы разработали новый метод определение периода вращения Сатурна, который, к тому же, позволяет по-новому взглянуть на внутреннее строение планеты, погодные условия на ее поверхности и историю формирования. Метод основан на измерениях гравитационного поля планеты с учетом уникальной особенности планеты – ее сплюснутости (сатурнианская ось восток-запад короче, чем ось север-юг). В соответствии с новыми данными, сутки на Сатурне длятся 10 часов 32 минуты и 44 секунды. Авторы проверили свой метод на Юпитере, и здесь их результаты полностью совпали с данным, полученным в ходе обычных измерений (9 часов 55 минут), что подтвердило последовательность и точность метода. Подчеркивается, что период вращения планеты-гиганта является фундаментальным физическим свойством, и без знания этого значения невозможно рассчитать массу ядра планеты или массу тяжелых элементов, каменных пород и воды в ее составе. Знание состава Сатурна, в свою очередь, предоставит информацию о процессе формирования планет-гигантов в целом и о физических и химических свойствах солнечной туманности, из которой сформировалась Солнечная система. Авторы надеются применить свой метод для изучения и других газообразных планет Солнечной системы – Урана и Нептуна, а также экзопланет. В 2017 г., перед завершением своей миссии, аппарат Cassini вновь приблизится к Сатурну и прозондирует гравитационное поле планеты. Авторы надеются, что им удастся обнаружить наклон оси гравитационного поля. Тогда можно будет измерить эмпирическим путем период вращения Сатурна так же, как раньше измерили период вращения Юпитера.
В.В. Стрекопытов