Untuk planet berbatu, menemukan panjang hari bisa sederhana. Pilih saja titik referensi dan perhatikan berapa lama untuk berputar agar tidak terlihat, lalu kembali ke tampilan. Tetapi untuk planet seperti Saturnus, ini tidak sesederhana itu. Tidak ada fitur permukaan untuk dilacak.
Para ilmuwan telah menghabiskan beberapa dekade mencoba menentukan periode rotasi Saturnus. Namun raksasa gas itu enggan mengungkapkan rahasianya. Sebuah studi baru di AGUJurnal Penelitian Geofisika: Fisika Luar Angkasa mungkin akhirnya punya jawabannya. Penelitian ini berjudul "Kelipatan ganda Saturnus, variabel: Model roda gila ganda dari kopling termosfer-ionosfer-magnetosfer."
Dengan planet seperti Bumi, kita tahu apa yang kita ukur ketika kita mengukur periode rotasi. Kami mengukur permukaan planet ini. Tetapi untuk raksasa gas, segalanya lebih kompleks. Lapisan planet mana yang sebenarnya dibicarakan oleh para ilmuwan?
Saturnus adalah raksasa gas multi-lapis, kemungkinan dengan inti berbatu. Inti itu dikelilingi oleh lapisan es, kemudian logam hidrogen dan helium. Kemudian area hujan helium, lebih jauh dikelilingi oleh wilayah hidrogen cair. Kemudian muncullah wilayah besar gas hidrogen. Atmosfer atas Saturnus terdiri dari tiga lapisan: di atasnya adalah awan amonia, di bawahnya adalah ammonium hidrosulfida, dan di bawahnya adalah awan uap air.
Ketika para ilmuwan berbicara tentang periode rotasi Saturnus, mereka berbicara tentang atmosfer atas. Itu satu-satunya bagian dari planet ini yang benar-benar dapat diukur.
Para ilmuwan melihat pola frekuensi radio yang dipancarkan raksasa gas untuk menentukan panjangnya hari. Kesulitan dengan Saturnus adalah bahwa ia hanya memancarkan pola radio frekuensi rendah yang diblokir atmosfer Bumi. Ini berbeda dengan Jupiter, yang memancarkan pola frekuensi lebih tinggi yang melewati atmosfer Bumi. Karena itu, para ilmuwan dapat bekerja di luar periode rotasi Jupiter sebelum kedatangan pesawat ruang angkasa.
Saturnus harus menunggu hingga 1980 dan 1981, ketika Voyager 1 dan Voyager 2 mengunjungi dan mengumpulkan data. Pada saat itu, mereka mengukur periode rotasi pada 10 jam, 40 menit. Itu adalah pengukuran terbaik yang tersedia saat itu, dan itu macet. Selama dua dekade.
Tapi kemudian Cassini mengunjungi Saturnus, dan menghabiskan 13 tahun mempelajarinya dan bulan-bulannya. Para astronom terkejut menemukan bahwa periode rotasi Saturnus telah berubah. Data Cassini menunjukkan bahwa dalam dua puluh tahun antara Voyagers dan Cassini — jumlah waktu yang tidak signifikan dalam kehidupan sebuah planet — lamanya hari telah berubah.
"Pada sekitar 2004 kami melihat periode telah berubah 6 menit, sekitar 1 persen."
Duane Pontius dari Birmingham-Southern College di Alabama, Study Co-Author.
Cassini menunjukkan bahwa periode rotasi telah berubah 6 menit, atau sekitar 1 persen.
"Pada sekitar 2004 kami melihat periode telah berubah 6 menit, sekitar 1 persen," kata Duane Pontius dari Birmingham-Southern College di Alabama, rekan penulis studi baru. "Untuk waktu yang lama, saya berasumsi ada yang salah dengan interpretasi data," kenang Pontius. "Itu tidak mungkin."
Bagaimana seluruh planet mengubah periode rotasi dalam waktu sesingkat itu? Perubahan sebesar itu seharusnya membutuhkan ratusan juta tahun untuk terjadi. Tapi ada lagi: Cassini juga mengukur pola elektromagnetik yang menunjukkan bahwa belahan utara dan selatan memiliki periode rotasi yang berbeda.
Musim Berubah Saturnus
Pontius dan penulis lain ingin memahami apa yang terjadi, dan mengapa ada perbedaan dalam pengukuran. Dengan asumsi bahwa data Cassini dipahami dengan benar, harus ada alasan untuk perubahan, dan untuk perbedaan antara belahan otak. Mereka memutuskan untuk membandingkan Saturnus dengan saudara terdekatnya, Jupiter.
Satu hal yang Saturn miliki adalah musim. Saturnus memiliki kemiringan aksial hampir 27 derajat, yang mirip dengan kemiringan 23 derajat Bumi. Jupiter hanya memiliki kemiringan tiga derajat. Sama seperti Bumi, belahan bumi utara dan selatan Saturnus menerima jumlah energi yang berbeda karena mengorbit Matahari.
Di tepi luar atmosfer Saturnus adalah wilayah plasma. Pontius dan penulis lain berpikir bahwa jumlah energi UV yang berbeda yang mencapai belahan bumi melalui musim berinteraksi dengan plasma itu. Dalam model yang mereka kembangkan, variasi dalam UV memengaruhi plasma, menciptakan lebih banyak atau lebih sedikit hambatan di persimpangan plasma dan atmosfer luar.
Hambatan adalah yang menentukan rotasi atmosfer seperti yang ditunjukkan oleh emisi gelombang radio, dan rotasi itu berubah sesuai dengan musim yang kami amati.
Hambatan dari plasma adalah apa yang memperlambat rotasi, memberi kita periode rotasi yang ditandai oleh emisi radio. Ketika musim berganti, hambatan plasma berubah, dan begitu pula emisi radio. Sekali lagi, ini adalah emisi radio yang diukur para ilmuwan dengan periode rotasi Saturnus, karena tidak ada fitur permukaan yang tetap.
Model ini dikembangkan oleh Pontius dan rekan-rekannya memberikan penjelasan untuk perubahan rotasi yang terlihat dalam 20 tahun antara Voyagers dan Cassini. Pengukuran ini hanya untuk lapisan permukaan Saturnus. Inti berbatu, yang antara 9-22 kali massa Bumi, tersembunyi dan tak dapat dipahami di bawah puluhan ribu kilometer atmosfer.
Lebih:
- Siaran Pers: Memahami rotasi mustahil Saturnus
- Makalah Ilmiah: Multiple periodicities variabel Saturnus: Sebuah model dual-flywheel dari termosfer? Ionosphere? Kopling magnetosfer
- ESA Cassini-Huygens: Suasana Saturnus
