Aus einer JPL-Pressemitteilung:
Eine neue Analyse, die auf Daten des Cassini-Raumfahrzeugs der NASA basiert, findet einen Kausalzusammenhang zwischen mysteriösen, periodischen Signalen aus dem Saturn-Magnetfeld und Explosionen von heißem ionisiertem Gas, bekannt als Plasma, um den Planeten.
Wissenschaftler haben herausgefunden, dass riesige Plasmawolken regelmäßig um den Saturn blühen und sich wie eine unausgeglichene Wäscheladung im Schleudergang um den Planeten bewegen. Die Bewegung dieses heißen Plasmas erzeugt einen wiederholten Signaturschlag bei Messungen der rotierenden magnetischen Umgebung des Saturn und hilft zu veranschaulichen, warum es Wissenschaftlern so schwer gefallen ist, die Länge eines Tages auf dem Saturn zu messen.
"Dies ist ein Durchbruch, der uns auf den Ursprung der mysteriös veränderten Periodizitäten hinweisen könnte, die die wahre Rotationsperiode des Saturn trüben", sagte Pontus Brandt, der Hauptautor des Papiers und Wissenschaftler des Cassini-Teams an der Johns Hopkins University Applied Physics Labor in Laurel, Md. "Die große Frage ist jetzt, warum diese Explosionen regelmäßig auftreten."
Die Daten zeigen, wie Plasma-Injektionen, elektrische Ströme und das Saturn-Magnetfeld - Phänomene, die für das menschliche Auge unsichtbar sind - Partner einer komplizierten Choreografie sind. Periodische Plasmaexplosionen bilden Druckinseln, die sich um den Saturn drehen. Die Druckinseln „blasen“ das Magnetfeld auf.
Eine neue Animation, die das verknüpfte Verhalten zeigt, ist auf der Cassini-Website zu sehen.
Die Visualisierung zeigt, wie unsichtbares heißes Plasma in der Saturn-Magnetosphäre - der Magnetblase um den Planeten - als Reaktion auf den Druck explodiert und Magnetfeldlinien verzerrt. Die Saturn-Magnetosphäre ist keine perfekte Blase, da sie durch die Kraft des Sonnenwinds zurückgeblasen wird, der geladene Teilchen enthält, die von der Sonne strömen.
Die Kraft des Sonnenwinds streckt das Magnetfeld der von der Sonne abgewandten Seite des Saturn in einen sogenannten Magnetschwanz. Der Zusammenbruch des Magnetschwanzes scheint einen Prozess auszulösen, der das heiße Plasma zum Platzen bringt, was wiederum das Magnetfeld in der inneren Magnetosphäre aufbläst.
Wissenschaftler untersuchen immer noch, warum der Magnetschwanz des Saturn zusammenbricht, aber es gibt starke Hinweise darauf, dass sich kaltes, dichtes Plasma, das ursprünglich vom Saturnmond Enceladus stammt, mit dem Saturn dreht. Zentrifugalkräfte dehnen das Magnetfeld aus, bis ein Teil des Schwanzes zurückschnappt.
Das Zurückschnappen erwärmt das Plasma um den Saturn und das erhitzte Plasma wird im Magnetfeld eingeschlossen. Es dreht sich auf Inseln mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 Kilometern pro Sekunde um den Planeten. So wie Hoch- und Niederdrucksysteme auf der Erde Winde verursachen, verursachen die hohen Drücke des Weltraums elektrische Ströme. Ströme verursachen Magnetfeldverzerrungen.
Ein als Saturn Kilometric Radiation bekanntes Funksignal, mit dem Wissenschaftler die Länge eines Tages auf dem Saturn geschätzt haben, ist eng mit dem Verhalten des Saturn-Magnetfelds verbunden. Da Saturn keine Oberfläche oder keinen festen Punkt hat, um seine Rotationsrate zu messen, haben die Wissenschaftler die Rotationsrate aus dem Timing der Peaks bei dieser Art von Funkemission abgeleitet, von der angenommen wird, dass sie bei jeder Rotation eines Planeten ansteigt. Diese Methode hat für Jupiter funktioniert, aber die Saturn-Signale haben sich geändert. Die Messungen der Voyager-Raumsonde der NASA aus den frühen 1980er Jahren, die von der ESA / NASA Ulysses-Mission im Jahr 2000 erhaltenen Daten und die Cassini-Daten von etwa 2003 bis heute unterscheiden sich geringfügig, aber erheblich. Wissenschaftler sind sich daher nicht sicher, wie lange ein Saturn-Tag dauert.
"Was an dieser neuen Arbeit wichtig ist, ist, dass Wissenschaftler beginnen, die globalen, kausalen Beziehungen zwischen einigen der komplexen, unsichtbaren Kräfte zu beschreiben, die die Saturn-Umgebung formen", sagte Marcia Burton, Wissenschaftlerin für Cassini-Felder und Partikeluntersuchungen am Jet Propulsion Laboratory der NASA , Pasadena, Kalifornien. „Die neuen Ergebnisse geben uns immer noch nicht die Länge eines Saturn-Tages, aber sie geben uns wichtige Hinweise, um es herauszufinden. Die Länge des Saturn-Tages oder die Rotationsrate des Saturn ist wichtig, um grundlegende Eigenschaften des Saturn zu bestimmen, wie die Struktur seines Inneren und die Geschwindigkeit seiner Winde. “
Plasma ist für das menschliche Auge unsichtbar. Die Ionen- und Neutralkamera auf Cassinis magnetosphärischem Bildgebungsinstrument bietet jedoch eine dreidimensionale Ansicht, indem energetische neutrale Atome erfasst werden, die von den Plasmawolken um den Saturn emittiert werden. Energetische neutrale Atome entstehen, wenn kaltes, neutrales Gas mit elektrisch geladenen Partikeln in einer Plasmawolke kollidiert. Die resultierenden Partikel sind neutral geladen, so dass sie Magnetfeldern entkommen und in den Weltraum zoomen können. Die Emission dieser Teilchen tritt häufig in den Magnetfeldern auf, die Planeten umgeben.
Durch das Aneinanderreihen von Bildern, die jede halbe Stunde aufgenommen wurden, produzierten die Wissenschaftler Plasmafilme, die sich um den Planeten bewegten. Die Wissenschaftler verwendeten diese Bilder, um den von den Plasmawolken erzeugten 3D-Druck zu rekonstruieren, und ergänzten diese Ergebnisse durch Plasmadrücke, die vom Cassini-Plasmaspektrometer abgeleitet wurden. Sobald die Wissenschaftler den Druck und seine Entwicklung verstanden hatten, konnten sie die damit verbundenen Magnetfeldstörungen entlang der Cassini-Flugbahn berechnen. Die berechnete Feldstörung stimmte perfekt mit den beobachteten Magnetfeld- „Schlägen“ überein und bestätigte die Quelle der Feldschwingungen.
"Wir alle wissen, dass sich an Pulsaren, Millionen von Lichtjahren von unserem Sonnensystem entfernt, wechselnde Rotationsperioden beobachtet haben, und jetzt stellen wir fest, dass genau hier am Saturn ein ähnliches Phänomen beobachtet wird", sagte Tom Krimigis, Hauptforscher des magnetosphärischen Bildgebungsinstruments , ebenfalls am Labor für Angewandte Physik und an der Akademie von Athen, Griechenland. „Mit Instrumenten direkt an der Stelle, an der sie stattfinden, können wir feststellen, dass Plasmaströme und komplexe Stromsysteme die tatsächliche Rotationsperiode des Zentralkörpers maskieren können. So helfen uns Beobachtungen in unserem Sonnensystem zu verstehen, was in fernen astrophysikalischen Objekten zu sehen ist. "
Quelle: JPL
