Theoretisch ist es ziemlich einfach, die Länge eines Tages auf einem Planeten zu bestimmen. Messen Sie einfach, wie lange es dauert, eine volle Umdrehung zu machen. Das mit dem Gasriesen Saturn zu tun, hat sich jedoch als astronomischer Kopfschmerz erwiesen.
Die Oberfläche des Planeten ist mehr oder weniger unmerklich, was bedeutet, dass es keine Berge oder Krater gibt, die eine vollständige Rotation markieren, und das Magnetfeld des Saturn ist ungewöhnlich, was Wissenschaftler daran hindert, elektromagnetische Messungen zur Bestimmung der Rotation zu verwenden. Mithilfe von Daten des nicht vergessenen Cassini-Raumschiffs haben die Forscher die ikonischen Ringe des Planeten untersucht, um eine Tageslänge von 10 Stunden, 33 Minuten und 38 Sekunden zu bestimmen, wie das Team im Astrophysical Journal berichtet .
Meghan Bartels von Space.com berichtet, dass Forscher das Ringsystem des Planeten aus Weltraumstaub, Steinen und Eispartikeln wie ein Seismometer verwendeten. Die Idee wurde erstmals 1982 vorgeschlagen und 1990 erweitert, konnte jedoch erst getestet werden, als das Cassini-Fahrzeug begann, die Ringe aus nächster Nähe zu erkunden. Die Theorie war, dass das Innere des Saturn mit Frequenzen schwingt, die Variationen in seinem Gravitationsfeld verursachen. Die Partikel in den Ringen, so vermuteten die Forscher, würden diese winzigen Schwerkraftänderungen als Wellenmuster registrieren, mit denen dann bestimmt werden könnte, wie schnell sich der Planet dreht.
"Die Forscher verwendeten Wellen in den Ringen, um in das Innere des Saturn zu blicken, und tauchten dieses lang ersuchte, fundamentale Merkmal des Planeten auf", sagt die Cassini-Projektwissenschaftlerin Linda Spilker in einer Pressemitteilung der NASA. „Und es ist ein wirklich solides Ergebnis. Die Ringe hielten die Antwort. "
Als die Voyager-Sonden 1980 und 1981 am Saturn vorbeiflogen, verwendeten die Forscher Magnetfeldmessungen, um eine Tageslänge von 10 Stunden, 39 Minuten und 23 Sekunden abzuschätzen. Als Cassini den Planeten erreichte, verwendete er auch Magnetfeldmessungen, um die Länge eines Tages abzuschätzen und eine Reihe von Ergebnissen von 10 Stunden und 36 Minuten bis 10 Stunden und 48 Minuten zu erhalten.
Die leichten Abweichungen entstehen, weil das Magnetfeld des Saturns im Gegensatz zu den Magnetfeldern von Planeten wie Erde, Jupiter, Uranus und Neptun, die etwas schief sind, nahezu perfekt auf seine Rotationsachse ausgerichtet ist. Wenn ein Magnetfeld außerhalb des Kilometers um die Rotationsachse schwingt, werden periodische Funksignale erzeugt, anhand derer die Rotation berechnet werden kann. Aber Saturns topartige Rotation gibt nicht die gleichen Signale ab, was es schwierig macht, eine genaue Rotationszeit zu erhalten.
Die Situation frustrierte Astronomen jahrzehntelang. Selbst nachdem Cassini über ein Jahrzehnt lang Saturn aus der Umlaufbahn studiert hatte, konnten die Wissenschaftler das Rätsel um die Tageslänge immer noch nicht lösen.
"Es ist ein bisschen peinlich", erzählte Michele Dougherty, ein Physiker am Imperial College London, der das Magnetfeld von Saturn untersucht, Bartels im vergangenen Oktober in einer anderen Geschichte. "Wir waren dort 13 Jahre im Orbit und können immer noch nicht sagen, wie lang ein Tag auf dem Saturn ist."
Jetzt müssen sich die Forscher nicht mehr so schämen, aber es gibt noch Raum für Verbesserungen. Bartels gibt an, dass bei der neuesten Berechnung eine Fehlerquote vorliegt und die tatsächliche Tageslänge zwischen einer Minute und 52 Sekunden länger oder bis zu 19 Sekunden kürzer sein kann. Dies ist jedoch eine enorme Verbesserung gegenüber der vorherigen Fehlerquote von 12 Minuten.