Gazowy gigant okiem kosmicznej sondy
Sonda Cassini została wystrzelona w przestrzeń kosmiczną w 1997 roku. Ta przez lata krążyła wokół Saturna i badała jego samego, jego pierścienie, księżyce i magnetosferę. 15 września 2017 roku maszyna uległa zniszczeniu w atmosferze planety, ale aż do końca swoich dni zbierała cenne dane. Dane te do dzisiaj pozwalają odkrywać tajemnice gazowego giganta.
Pola magnetyczne planet zwykle są generowane w ich wnętrzach – przez coś, co jest określane jako dynamo – wirująca i przewodzącą prąd elektryczny ciecz, w której zachodzi zjawisko konwekcji. Ta przekształca energię kinetyczną w magnetyczną, sprawiając, że planetę oznacza pokaźnych rozmiarów pole magnetyczne.
Jako że pole magnetyczne Saturna został dobrze poznane przez sondę Cassini, badacze z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa postanowili wykorzystać ten fakt i na drodze inżynierii wstecznej dojść do tego, co dzieje się w tajemniczym, niewidocznym wnętrzu gazowego giganta. W tym celu sięgnęli po komputerowe symulacje, z pomocą których odtworzyli pole magnetyczne planety.
„Jedną z rzeczy, które odkryliśmy, było to, jak wrażliwy nasz model był na każdy specyficzny czynnik, taki jak temperatura.”, powiedziała jedna z uczonych, planetolog Sabine Stanley. „Oznacza to, że mamy naprawdę interesujący wgląd do wnętrza Saturna, nawet na głębokość 20 kilometrów. Jest to niczym wizja rentgenowska.”
Deszcz helu
Model pokazał, że we wnętrzu Saturna może znajdować się konwekcyjnie stabilna warstwa, w której pada helowy deszcz, wpływająca na jego pole magnetyczne. Nie jest to nowa koncepcja. Przy temperaturach i ciśnieniu panującym we wnętrzu Saturna wodór i hel, które na Ziemi są gazami, stają się cieczami. Na większej głębokości hel może oddzielać się od wodoru, tworząc stabilną warstwę, która pada w kierunku jądra planety. Zgodnie z badaniami z 2015 roku to może wyjaśniać, dlaczego wnętrze Saturna jest gorętsze niż się spodziewano.
Wnętrze Saturna wraz ze stabilną warstwą, w obrębie której pada deszcz helu. | Źródło: Yi Zheng (HEMI/MICA Extreme Arts Program)
Za sprawą symulacji naukowcy dowiedzieli się też, że na granicy helowej warstwy we wnętrzu Saturna przepływ ciepła zmienia się zgodnie z szerokością geograficzną. Szerokości równikowe są znacznie gorętsze, natomiast szerokości w regionach polarnych są znacznie chłodniejsze. Poza tym, okazuje się, że pole magnetyczne Saturna nie jest aż tak symetryczne, jak sugerują obserwacje. Niewielka asymetria może występować w obszarze biegunów, którym Cassini nie miała okazji przyjrzeć się najlepiej.
Być może przyszłe obserwacje pozwolą dokładnie przyjrzeć się biegunom magnetycznym Saturna i potwierdzić pewne asymetrie pola magnetycznego. Na takie obserwacje będziemy musieli jednak długo poczekać. Te obszary trudno dostrzec z Ziemi, a żadne misje, których celem byłby Saturn, na razie nie są realizowane.
Źródło: Uniwersytet Johnsa Hopkinsa, fot. tyt. NASA/JPL/Space Science Institute