Para un planeta rocoso, encontrar la duración de un día puede ser simple. Simplemente elija un punto de referencia y observe cuánto tiempo se tarda en girar fuera de la vista, luego vuelva a la vista. Pero para planetas como Saturno, no es tan simple. No hay características de superficie para rastrear.
Los científicos han pasado décadas tratando de determinar el período de rotación de Saturno. Pero el gigante gaseoso se ha mostrado reacio a revelar sus secretos. Un nuevo estudio en AGURevista de Investigación Geofísica: Física Espacial finalmente puede tener la respuesta. El estudio se titula "Las periodicidades múltiples y variables de Saturno: un modelo de volante doble de acoplamiento termosfera-ionosfera-magnetosfera".
Con un planeta como la Tierra, sabemos lo que estamos midiendo cuando medimos el período de rotación. Estamos midiendo la superficie del planeta. Pero para un gigante gaseoso, las cosas son más complejas. ¿De qué capa del planeta están hablando realmente los científicos?
Saturno es un gigante gaseoso de varias capas, probablemente con un núcleo rocoso. Ese núcleo está rodeado por una capa de hielo, luego hidrógeno metálico y helio. Luego, un área de lluvia de helio, rodeada por una región de hidrógeno líquido. Luego viene una gran región de hidrógeno gaseoso. La atmósfera superior de Saturno está formada por tres capas: en la parte superior hay nubes de amoníaco, debajo hay hidrosulfuro de amonio y debajo hay nubes de vapor de agua.
Cuando los científicos hablan sobre el período de rotación de Saturno, están hablando de la atmósfera superior. Es la única parte del planeta que realmente se puede medir.
Los científicos observan los patrones de radiofrecuencia que emite un gigante gaseoso para determinar su duración del día. La dificultad con Saturno es que solo emite patrones de radio de baja frecuencia que bloquea la atmósfera de la Tierra. Esto está en contraste con Júpiter, que emite patrones de frecuencia más altos que pasan a través de la atmósfera de la Tierra. Debido a eso, los científicos pudieron resolver el período de rotación de Júpiter antes del advenimiento de la nave espacial.
Saturno tuvo que esperar hasta 1980 y 1981, cuando Voyager 1 y Voyager 2 visitaron y recopilaron datos. En ese momento, midieron el período de rotación a las 10 horas, 40 minutos. Esa fue la mejor medida disponible en ese momento, y se mantuvo. Por dos décadas.
Pero luego Cassini visitó Saturno, y pasó 13 años estudiándolo y sus lunas. Los astrónomos se asombraron al descubrir que el período de rotación de Saturno había cambiado. Los datos de Cassini mostraron que en los veinte años transcurridos entre Voyagers y Cassini, una cantidad de tiempo insignificante en la vida de un planeta, la duración del día había cambiado.
"Alrededor de 2004, vimos que el período había cambiado en 6 minutos, alrededor del 1 por ciento".
Duane Pontius de Birmingham-Southern College en Alabama, coautor del estudio.
Cassini mostró que el período de rotación había cambiado en 6 minutos, o alrededor del 1 por ciento.
"Aproximadamente en 2004, vimos que el período había cambiado en 6 minutos, alrededor del 1 por ciento", dijo Duane Pontius de Birmingham-Southern College en Alabama, coautor del nuevo estudio. "Durante mucho tiempo, supuse que había algo mal con la interpretación de los datos", recordó Pontius. "Simplemente no es posible".
¿Cómo cambia un planeta entero su período de rotación en tan poco tiempo? Un cambio de esa magnitud debería llevar cientos de millones de años. Pero había más: Cassini también midió patrones electromagnéticos que mostraban que los hemisferios norte y sur tenían diferentes períodos de rotación.
Las estaciones cambiantes de Saturno
Poncio y los otros autores querían entender lo que había sucedido y por qué había una discrepancia en las mediciones. Suponiendo que los datos de Cassini se entendían correctamente, tenía que haber una razón para el cambio y para la diferencia entre hemisferios. Decidieron comparar Saturno con su hermano más cercano, Júpiter.
Una cosa que Saturno tiene son las estaciones. Saturno tiene una inclinación axial de casi 27 grados, que es similar a la inclinación de 23 grados de la Tierra. Júpiter solo tiene una inclinación de tres grados. Al igual que la Tierra, los hemisferios norte y sur de Saturno reciben diferentes cantidades de energía mientras orbita alrededor del Sol.
En el borde exterior de la atmósfera de Saturno hay una región de plasma. Poncio y los otros autores piensan que la diferente cantidad de energía UV que llega a los hemisferios a través de las estaciones interactúa con ese plasma. En el modelo que han desarrollado, las variaciones en los rayos UV afectan el plasma, creando más o menos resistencia en la intersección del plasma y la atmósfera exterior.
El arrastre es lo que determina la rotación de la atmósfera como lo muestran las emisiones de ondas de radio, y esa rotación cambia de acuerdo con la temporada que estamos observando.
El arrastre del plasma es lo que ralentiza la rotación, dándonos el período de rotación señalado por las emisiones de radio. A medida que cambia la temporada, cambia la resistencia del plasma, y también lo hacen las emisiones de radio. De nuevo, son las emisiones de radio con las que los científicos miden el período de rotación de Saturno, ya que no hay características fijas de superficie.
Este modelo desarrollado por Pontius y sus colegas proporciona una explicación para el cambio en la rotación visto en los 20 años entre los Voyagers y Cassini. Sin embargo, esta medida es solo para las capas de superficie de Saturno. El núcleo rocoso, que tiene entre 9 y 22 veces la masa de la Tierra, está oculto e inescrutable bajo decenas de miles de kilómetros de atmósfera.
Más:
- Comunicado de prensa: dar sentido a la rotación imposible de Saturno
- Documento científico: las periodicidades múltiples y variables de Saturno: un doble modelo de volante de acoplamiento de termosfera, ionosfera y magnetosfera
- ESA Cassini-Huygens: la atmósfera de Saturno
