Недавно в новостях сообщили о последнем измерении скорости вращения Сатурна — 10 ч 33 мин 38 с, плюс-минус минута или две.¹ Это намного быстрее, чем цифра в большинстве учебников по астрономии. 

Вы можете подумать: что трудного в измерении скорости вращения планеты? Все, что нужно сделать — найти объект на поверхности планеты и засечь время, которое требуется для полного круга. Такой способ используется для измерения скорости вращения планеты с твердой поверхностью, как, например, Марс. Но многие планеты не имеют видимой суши. Например, Венера постоянно окружена густыми облаками, которые мешают нам рассмотреть ее поверхность. Тем не менее, луч радара может легко проникнуть через облака и отскочить от твердой поверхности, поэтому уже на протяжении полувека мы знаем скорость вращения Венеры.

Но с Сатурном, как и с тремя другими юпитерианскими (то есть газовыми) гигантами, все сложнее. Юпитерианские планеты — Сатурн, Уран и Нептун — состоят в основном из водорода. Водород — это газ, поэтому у каждой из планет есть обширная атмосфера, состоящая в основном из водорода. Фото Сатурна с телескопа "Хаббл". НАСА

Атмосфера имеет толщину в пару сотен километров. Ниже чрезвычайно высокое давление постепенно превращает водород в жидкость. Поэтому большая часть массы Юпитера состоит из жидкого водорода. Вблизи центра каждый газовый гигант почти наверняка имеет каменное ядро, окруженное различными типами льда.

Все, что мы видим на юпитерианских планетах, включая Сатурн — это вершины их атмосфер. Но на них время от времени появляется множество пятен различных размеров и цветов. Таким образом, астрономы легко могут измерить скорость, с которой эти пятна вращаются вокруг планеты, определяя скорость вращения. Исключение в том, что измеряемая скорость вращения зависит от широты. 

Для вращения точек на экваторе Сатурна требуется 10 ч 14 мин, а для вращения на высоких широтах — 10 ч 38 мин. Как такое может быть? 

На большой высоте дуют ветра, которые перемещают облака с разной скоростью в зависимости от широты. Дифференциальное вращение характерно для планетарных атмосфер. Даже на Земле высотные ветры различаются в разных широтах. И газообразное Солнце проявляет дифференциальное вращение.

Станет ли известна реальная скорость вращения?

Тем не менее, должна быть какая-то скорость вращения, характерная для большей части планеты. Сатурн имеет сильное магнитное поле, которое, вероятно, генерируется глубоко внутри него, так же, как магнитное поле Земли. Когда Сатурн вращается, его магнитное поле вращается вместе с ним. Поэтому приборы на борту космического корабля «Вояджер» почти четыре десятилетия назад измеряли скорость вращения этого поля во время полетов (1980-1981). 

Данные зонда «Вояджер» дали скорость вращения для глубин Сатурна 10 ч 39 мин 24 сек. Эта цифра была окончательной для Сатурна на протяжении около двух десятилетий. Но затем появился космический корабль «Кассини», который несколько лет вращался вокруг Сатурна. Подобные измерения показали скорость вращения 10 ч 46 мин, т.е. на 6 минут дольше. Это не имело никакого смысла, потому что никто не верит, что скорость вращения Сатурна могла измениться так быстро.

Отсюда возникает необходимость нового подхода в измерении. В недавнем исследовании рассматривались волны в кольце С, слабом внутреннем кольце Сатурна. С зонда «Кассини»(2004-2017) пришло много данных и очень детальных изображений кольца C. 

Считается, что волны возбуждаются сейсмической активностью глубоко внутри Сатурна. Это — сложный механизм. Кроме того, волны чувствительны к скорости вращения планеты. Новое исследование смоделировало принцип работы, участвующий в создании наблюдаемых волн в кольце C, для вычисления скорости вращения.

Итак, какая цифра верна? Вероятно, ни одна из них. 

Я очень осторожен с последними данными, потому что они наиболее зависят от модели. По крайней мере, остальные данные кажутся довольно простыми. Для такого жидкого тела, как Сатурн, «скорость вращения» должна быть некой средней скоростью вращения всей планеты. Но как ее измерить? 

Вращение магнитного поля, вероятно, ближе всего к этому значению. Но как объяснить резкое изменение темпа вращения чуть более чем за 20-30 лет? Это, вероятно, указывает на некоторые динамические изменения, происходящие глубоко внутри Сатурна. Возможно, ядро вращается с другой скоростью, чем остальная часть планеты. 

Например, предположим, что ядро Сатурна вращается быстрее, чем остальная часть планеты: потери на трение замедлят вращение ядра, ускоряя скорость вращения слоев выше. Но это не может продолжаться вечно, так как потери на трение в конечном итоге приведут к почти одной скорости вращения. Сколько времени это займет? 

Это неизвестно, но, безусловно, это займет гораздо меньше, чем предполагаемые миллиарды лет. Возможно, несходные скорости вращения Сатурна свидетельствуют о его крайней молодости.