Riak di cincin Saturnus mengungkapkan sifat “berkabut” dari fokus raksasa gas

Ilustrasi Saturnus dan inti “misteriusnya”. Kredit: Caltech / R. Hurt (IPAC)

Saturnus membuat gelombang di cincinnya sendiri

Dengan cara yang sama seperti gempa bumi menyebabkan planet kita bergemuruh, dan osilasi di dalamnya Saturnus Itu membuat raksasa gas itu bergetar sangat sedikit. Gerakan ini, pada gilirannya, menyebabkan riak di cincin Saturnus.

Dalam sebuah studi baru yang diterima di jurnal astronomi alam, dua astronom dari California Institute of Technology menganalisis cincin bergelombang ini untuk mengungkapkan informasi baru tentang inti Saturnus. Untuk studi mereka, mereka menggunakan data kuno yang diambil oleh NASA‘S Cassini, sebuah pesawat ruang angkasa yang mengorbit raksasa bercincin selama 13 tahun sebelum terjun ke atmosfer planet dan hancur pada tahun 2017.

Temuan menunjukkan bahwa inti planet bukanlah bola batu padat, seperti yang disarankan beberapa teori sebelumnya, tetapi sup es, batu, dan cairan mineral yang meresap – atau apa yang oleh para ilmuwan disebut sebagai inti “kabur”. Analisis ini juga mengungkapkan bahwa inti memanjang hingga 60 persen dari diameter planet, membuatnya jauh lebih besar dari perkiraan sebelumnya.

“Kami menggunakan cincin Saturnus seperti seismograf raksasa untuk mengukur osilasi di dalam planet ini,” kata rekan penulis Jim Fuller, profesor astrofisika teoretis di Caltech. “Ini adalah pertama kalinya kami dapat menyelidiki secara seismik struktur planet raksasa gas, dan hasilnya sangat mengejutkan.”

Jennifer Jackson, profesor fisika mineral di William E. mengatakan penelitian tersebut tetapi menggunakan berbagai jenis pengamatan seismik untuk memahami komposisi inti bumi dan untuk mendeteksi potensi peristiwa seismik di Bumi. Venus Di masa depan.

Christopher Mankovitch.

Penulis utama studi ini adalah Christopher Mankovitch, peneliti pascadoktoral dalam ilmu planet yang bekerja di Fuller Group.

Hasilnya memberikan bukti terbaik untuk inti misterius Saturnus dan konsisten dengan bukti terbaru dari misi Juno NASA, yang menunjukkan bahwa raksasa gas Jupiter Ini mungkin juga memiliki inti yang dilemahkan.

“Inti berkabut seperti lumpur,” jelas Mankovic. Gas hidrogen dan helium planet ini secara bertahap bercampur dengan semakin banyak es dan batu saat Anda bergerak menuju pusat planet. Ini seperti bagian dari lautan Bumi di mana salinitas meningkat saat Anda mencapai tingkat yang lebih dalam dan lebih dalam, menciptakan formasi yang stabil.”

Gagasan bahwa getaran Saturnus dapat menciptakan gelombang pada cincinnya dan bahwa cincin tersebut dapat digunakan sebagai seismometer untuk mempelajari bagian dalam Saturnus pertama kali muncul dalam penelitian pada awal 1990-an oleh Mark Marley (BS ’84) dan Caroline Porco (PhD ‘ 83), yang kemudian menjadi kapten tim pencitraan Cassini. Fenomena ini pertama kali diamati oleh Matt Hedman dan PD Nicholson (PhD ’79) pada tahun 2013, yang menganalisis data yang ditangkap oleh Cassini. Para astronom menemukan bahwa cincin C Saturnus mengandung beberapa pola spiral yang didorong oleh fluktuasi medan gravitasi Saturnus dan bahwa pola ini berbeda dari gelombang lain di cincin yang disebabkan oleh interaksi gravitasi dengan bulan-bulan planet.

Sekarang, Mankovic dan Fuller telah menganalisis pola gelombang di cincin untuk membangun model baru interior Saturnus yang menurun.

“Saturnus selalu bergetar, tapi halus,” kata Mankovitch. “Permukaan planet bergerak sekitar satu meter setiap satu hingga dua jam seperti danau yang bergelombang perlahan. Seperti seismograf, cincin menangkap gangguan gravitasi, dan partikel cincin mulai bergetar.

Jim Fuller.

Para peneliti mengatakan bahwa riak gravitasi yang diamati menunjukkan bahwa interior Saturnus yang dalam, saat bergulir sepenuhnya, terdiri dari lapisan stabil yang terbentuk setelah material yang lebih berat tenggelam di tengah planet dan berhenti bercampur dengan material yang lebih ringan di atasnya.

“Agar medan gravitasi planet berosilasi dengan frekuensi tertentu, interior harus stabil, dan ini hanya mungkin jika fraksi es dan batu meningkat secara bertahap saat Anda maju menuju pusat planet,” kata Fuller.

Hasil mereka juga menunjukkan bahwa inti Saturnus adalah 55 kali massa seluruh Bumi, dengan 17 massa Bumi terdiri dari es dan batuan dan sisanya berupa cairan hidrogen dan helium.

Hedman, yang bukan bagian dari studi saat ini, mengatakan, “Christopher dan Jim mampu menunjukkan bahwa fitur cincin tertentu memberikan bukti kuat bahwa inti Saturnus sangat menyebar. Saya senang memikirkan apa yang lainnya. fitur cincin yang dibuat oleh Saturnus mungkin memberi tahu kita tentang planet ini.” .

Selain itu, temuan tersebut menimbulkan tantangan bagi model pembentukan gas raksasa saat ini, yang menunjukkan bahwa inti serpih terbentuk terlebih dahulu dan kemudian menarik selubung besar gas. Jika inti planet benar-benar kabur seperti yang ditunjukkan oleh penelitian, planet-planet itu mungkin memasukkan gas di awal proses.

Referensi: “Inti Difusi Saturnus Terungkap oleh Seismologi Cincin” oleh Christopher R. Mankovitch dan Jim Fuller, 16 Agustus 2021 Tersedia di sini astronomi alam.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01448-3

NS astronomi alam Sebuah studi, “Saturnus Diffuse Core Detected by Ring Seismology,” didanai oleh Rose Hills Foundation dan Sloan Foundation.