Tajemnicze oscylacje w pierścieniach Saturna ujawniają wskazówki dotyczące „rozmytego” wnętrza

Co jest w gazowym olbrzymie?

Później. Niezwykle trudno jest zbadać wnętrza Jowisza i Saturna. Jednak unikalny, fascynujący i rozległy system pierścieni Saturna okazuje się być doskonałym narzędziem do znajdowania gęstości głęboko pod grubymi warstwami chmur, aż do jądra.

Ten rdzeń, zgodnie z nową analizą „chybotania” wewnętrznego jądra Saturna, prawdopodobnie nie jest gęstą kulą niklowo-żelazną. Jak się obecnie uważaAle jest to „zamglony” region, głównie wodoru i helu, ze stopniową mieszaniną ciężkich pierwiastków, rozciągającą się do 60 procent promienia planety i zawierającą około 17 mas Ziemi lodu i skał.

Istniejący, Został opublikowany na serwerze prepress arXiv I czekam Recenzja partnerska, jest podobne do Ostatnie odkrycia dotyczące wnętrza Jowisza Opierając się na danych Juno, może zmienić nasze przypuszczenia dotyczące wczesnej struktury Saturna i historii jego powstawania.

Jak się tego uczymy z pierścieni Saturna? Wszystko to ma związek ze sposobem, w jaki dudniący brzuch Saturna wpływa na zewnętrzne pole grawitacyjne planety.

Fale i oscylacje dźwięku wewnątrz kosmicznych ciał są doskonałym narzędziem do badania ich wewnętrznej struktury. Robimy to tutaj na Ziemi, ponieważ trzęsienia ziemi wysyłają podobne fale do całej planety; Sposób, w jaki te fale odbijają się, może ujawnić różne gęstości, co pozwala nam zidentyfikować struktury, których nigdy nie możemy mieć nadziei zobaczyć. Na Słońcu i innych gwiazdach wewnętrzne fale dźwiękowe pojawiają się jako wahania jasności.

Saturn nie jest miejscem dla sejsmometrów, ani też nie podlega wahaniom jasności Kilka lat temuNaukowcy zauważyli wyraźne wzory w pierścieniu C Saturna, jego najgłębszym głównym pierścieniu.

Doszli do wniosku, że jest mało prawdopodobne, aby pochodziła z księżyców Saturna, ponieważ te wzory znajdują się w pierścieniach zewnętrznych. Zamiast tego wydają się być generowane przez wibracje w głębi planety, które wpływają na pole grawitacyjne.

Wykres z 2015 roku pokazujący, jak wewnętrzne oscylacje powinny wpływać na pierścienie Saturna. (Matthew Heidman / University of Idaho)

W ten sposób wyłoniła się dziedzina nauki Chronos: badanie wnętrza Saturna poprzez analizę tych fal w pierścieniu C.

Teraz astrofizycy Christopher Mankowitz i Jim Fuller z California Institute of Technology przeprowadzili nową analizę poprzednio charakterystycznej fali wewnętrznej pierścienia C, której częstotliwość była znacznie niższa niż można by się spodziewać po wewnętrznym modelu Saturna. Odkryli, że ten wzorzec częstotliwości nakłada drastyczne nowe ograniczenie na wewnętrzną konfigurację Saturna.

„Nasze modele nakładają surowe ograniczenia na masę i rozmiar jądra ciężkiego pierwiastka w Saturnie, chociaż lżejszy charakter tego rdzenia wymaga dokładniejszego opisu niż w tradycyjnych modelach warstwowych”, Pisali w swoim artykule.

Opierając się na tych ograniczeniach, doszli do wniosku, że masa jądra jest około 55 razy większa od masy Ziemi i zawiera 17 mas ziemskich skał i lodu. Reszta będzie składać się głównie z wodoru i helu. Wszystko jest rozpraszane i mieszane stopniowo, a nie precyzyjnie uwarstwione, z bardziej intensywną koncentracją ciężkich pierwiastków w centrum.

Stanowi to wyzwanie dla modeli formowania się planet. Uważa się, że planety powstają z oddolnego modelu akumulacji kamyków, w którym małe kawałki skały są łączone ze sobą elektrostatycznie, aż „ziarno” planet stanie się dostatecznie duże, aby przyciągać coraz więcej materiału grawitacją – i ostatecznie powstaje planeta.

W przypadku gazowych gigantów, takich jak Jowisz i Saturn, sądzono, że cięższe materiały opadają w kierunku środka, tworząc solidny rdzeń i pozwalając mniej gęstemu gazowi unieść się do zewnętrznych obszarów.

Nowoczesne modele oferują więcej Progresywna dystrybucja materiałów; Albo jest to możliwe Ładowanie losowe Prowadzi do bardziej stopniowej dystrybucji.

Jednak modelowanie ścieżek modulacji dla jądra jest niejednoznaczne Okazało się to trudneMożliwe, że aby w pełni zrozumieć, jak to działa, konieczne będzie bardziej złożone naukowe zagadki.

Może to być postawienie wózka tuż przed koniem. Nowe badanie opiera się na pojedynczej fali pierścienia C. Więcej chronozologii może pomóc zweryfikować tajemnicze serce Saturna.

Wyszukiwanie jest dostępne pod adresem arXiv.