Saturnus inre skvalpar runt

Saturnus ringar sett av Cassini-sonden. NASA

Med sina massiva ringar som sträcker sig 175 000 miles i diameter är Saturnus en unik planet i solsystemet. Det visar sig att dess insida också är ganska unik. En ny studie publicerad i Nature Astronomy på måndagen tyder på att den sjätte planeten från solen har en suddig kärna som viftar runt.

Det är ett ganska överraskande fynd. Den konventionella bilden för Saturnus eller Jupiters inre struktur är den av en kompakt kärna av stenigt eller isigt material, omgiven av ett hölje med lägre densitet av väte och helium, säger Christopher Mankovich , en planetarisk forskare vid Caltech och medförfattare till den nya studien, tillsammans med sin kollega Jim Fuller .

Vad Mankovich och Fuller skymtade är i huvudsak en suddig version av den konventionella strukturen. Istället för att se en prydlig gräns som skiljer de tyngre stenarna och isen från de lättare elementen, fann de att kärnan svänger så att det inte finns någon enskild tydlig separation.

Denna diffusa kärna sträcker sig ut till cirka 60 % av Saturnus radie – ett stort språng från de 10 till 20 % av en planets radie som en traditionell kärna skulle uppta.

En av de vildaste aspekterna av studien är att resultaten inte kom från att mäta kärnan direkt - något vi aldrig har kunnat göra. Mankovich och Fuller vände sig istället till seismografiska data om Saturnus ringar som först samlades in av NASA:s Cassini-uppdrag, som utforskade det Saturniska systemet från 2004 till 2017.

Saturnus ringer i princip som en klocka hela tiden, säger Mankovich. När kärnan vinglar skapar den gravitationsstörningar som påverkar de omgivande ringarna, vilket skapar subtila vågor som kan mätas. När planetens kärna oscillerade kunde Cassini studera Saturnus C-ring (det andra blocket av ringar från planeten) och mäta den lilla men konsekventa gravitationsringningen som orsakas av kärnan.

Mankovich och Fuller tittade på data och skapade en modell för Saturnus struktur som skulle förklara dessa seismografiska vågor – och resultatet är en suddig inredning. Denna studie är det enda direkta beviset för en diffus kärnstruktur i en flytande planet hittills, säger Mankovich.

Mankovich och Fuller tror att anledningen till att strukturen fungerar är att stenarna och isen nära Saturnus centrum är lösliga i väte, vilket gör att kärnan kan bete sig som en vätska snarare än en fast substans. Deras modell tyder på att Saturnus diffusa kärna innehåller stenar och is som är mer än 17 gånger massan av hela jorden - så det är mycket material som vinglar runt.

En diffus kärna kan ha några stora konsekvenser för hur Saturnus fungerar. Det mest betydande är att det skulle stabilisera en del av interiören mot konvektiv värme, som annars skulle rulla Saturnus insida med turbulens. Faktum är att detta stabiliserande inflytande ger upphov till de inre gravitationsvågorna som påverkar Saturnus ringar. Dessutom skulle den diffusa kärnan förklara varför Saturnus yttemperaturer är högre än vad traditionella konvektiva modeller skulle föreslå.

Ändå erkänner Mankovich att modellen är begränsad på några viktiga sätt. Det kan inte förklara vad forskare har observerat om Saturnus magnetfält, vilket är bisarrt på många sätt (till exempel uppvisar det en nästan perfekt symmetri på sin axel, vilket är ganska ovanligt). Han och Fuller hoppas att framtida undersökningar kan begränsa interiören mer snävt och ge forskarna ledtrådar till hur planetens kärna kan påverka dess magnetfält.

De hoppas också att NASA:s Juno-uppdrag kan avslöja en liknande diffus kärna inom Jupiter. Det skulle räcka långt för att bekräfta misstankarna om att när gigantiska planeter bildas skapar processen naturligt gradienter av material i motsats till rena och solida kärnor. Viss forskning med hjälp av gravitationsdata som samlats in av Juno verkar stödja denna idé också .

Dölj