Отличительные кольца Сатурна были обнаружены в беспрецедентной детализации космическим кораблем НАСА Кассини, и ученые теперь использовали эти наблюдения, чтобы исследовать внутреннюю часть планеты-гиганта и получить первое точное определение скорости его вращения. Продолжительность дня на Сатурне, согласно их расчетам, составляет 10 часов 33 минуты и 38 секунд.

Исследователи изучали волновые структуры, созданные в кольцах Сатурна внутренними колебаниями планеты. По сути, кольца действуют как чрезвычайно чувствительный сейсмограф, реагируя на вибрации внутри самой планеты.

Подобно вибрациям Земли от землетрясения, Сатурн реагирует на возмущения, вибрируя на частотах, определяемых его внутренней структурой. Тепловая конвекция внутри является наиболее вероятным источником вибраций. Эти внутренние колебания вызывают колебания плотности в любом конкретном месте на планете, что заставляет гравитационное поле за пределами планеты колебаться на тех же частотах.

«Частицы в кольцах чувствуют это колебание в гравитационном поле . В местах, где это колебание резонирует с кольцевыми орбитами, энергия накапливается и увлекается волной», — объяснил Кристофер Манькович, аспирант по астрономии и астрофизике в Калифорнийском университете в Санта-Крус. ,

Манькович является ведущим автором статьи, опубликованной 17 января в Astrophysical Journal , в которой сравниваются волновые структуры в кольцах с моделями внутренней структуры Сатурна.

По словам соавтора Джонатана Фортни, профессора астрономии и астрофизики в Калифорнийском университете в Санта-Круз, большинство волн, наблюдаемых в кольцах Сатурна, обусловлены гравитационным воздействием лун, вращающихся вне колец. «Но некоторые особенности в кольцах связаны с колебаниями самой планеты, и мы можем использовать их для понимания внутренних колебаний планеты и внутренней структуры», — сказал он.

Манькович разработал набор моделей внутренней структуры Сатурна, использовал их для предсказания частотного спектра внутренних колебаний Сатурна и сравнил эти предсказания с волнами, наблюдаемыми Кассини в С-кольце Сатурна. Одним из основных результатов его анализа является новый расчет скорости вращения Сатурна , который на удивление трудно измерить.

Как газовая гигантская планета, Сатурн не имеет твердой поверхности с ориентирами, которые можно было бы отследить при вращении. Сатурн также необычен тем, что его магнитная ось почти идеально выровнена с осью вращения. Магнитная ось Юпитера, как и у Земли, не выровнена с осью вращения, что означает, что магнитный полюс поворачивается во время вращения планеты, что позволяет астрономам измерять периодический сигнал в радиоволнах и вычислять скорость вращения.

Скорость вращения 10:33:38, определенная анализом Маньковича, на несколько минут быстрее, чем предыдущие оценки, основанные на радиометрии космических аппаратов Voyager и Cassini.

«Теперь у нас есть продолжительность дня Сатурна, когда мы думали, что не сможем его найти», — сказала ученая проекта Кассини Линда Спилкер. «Они использовали кольца, чтобы заглянуть внутрь Сатурна, и вырвали это долгожданное фундаментальное качество планеты. И это действительно солидный результат. Кольца дали ответ».
Идея о том, что кольца Сатурна могут быть использованы для изучения сейсмологии планеты, была впервые высказана в 1982 году, задолго до того, как стали возможными наблюдения. Соавтор Марк Марли, в настоящее время находящийся в Исследовательском центре Эймса НАСА в Силиконовой долине, впоследствии выдвинул идею своей кандидатской диссертации. Тезис в 1990 году показал, как можно сделать расчеты, и предсказал, где будут особенности в кольцах Сатурна. Он также отметил, что миссия Кассини, находящаяся на стадии планирования, сможет сделать наблюдения, необходимые для проверки идеи.

«Два десятилетия спустя люди посмотрели на данные Кассини и обнаружили кольцевые особенности в местах предсказаний Марка», — сказал Фортни.