Нещодавно в новинах розповіли історію, про останнє вимірювання швидкості обертання Сатурна — 10 год 33 хв 38 с, плюс-мінус хвилина або дві.¹ Це значно швидше, ніж написано в більшості підручників з астрономії. 

Ви можете подумати: що важкого у вимірюванні швидкості обертання планети? Все, що потрібно зробити — знайти об'єкт на поверхні планети і час, який потрібен щоб цей об’єкт зробив повне коло. Такий спосіб використовується для вимірювання швидкості обертання планети з твердою поверхнею, як-от Марс. Але багато планет не мають видимої суші. Наприклад, Венера постійно оточена густими хмарами, які заважають нам роздивитись її поверхню. Проте сигнал радара може легко пройти через ці хмари і відбитись від твердої поверхні, тому вже півстоліття ми знаємо швидкість обертання Венери.

Але з Сатурном, як і з трьома іншими юпітеріанськими (тобто газовими) гігантами, ще складніше. Юпітеріанські планети — Сатурн, Уран і Нептун — складаються переважно з водню. Водень, як правило, знаходиться в газоподібному стані, тому кожна з цих планет має доволі велику атмосферу, що складається в основному з водню. Фото Сатурна з телескопа "Габбл". НАСА

Атмосфера має товщину в декілька сотень кілометрів, а нижче неї надзвичайно високий тиск поступово перетворює водень в рідину. Тому більша частина маси газових гігантів складається з рідкого водню. Поблизу центра кожної з цих планте майже напевно є кам’яне ядро, оточене різними типами льоду.

Все, що ми бачимо на юпітеріанських планетах, включаючи Сатурн — це вершини їх атмосфер. 

Проте в атмосфері цих планет часто з’являються плями різних розмірів і кольорів. Таким чином, астрономи легко можуть виміряти швидкість, з якою ці плями обертаються навколо планети, визначаючи швидкість обертання. Виняток лише в тому, що вимірювана швидкість обертання залежить від широти. 

Для обертання точок на екваторі Сатурна потрібно 10 год 14 хв, а для обертання на високих широтах — 10 год 38 хв. Як таке може бути? 

На висоті дують вітри, які в різних широтах переміщують хмари з різною швидкістю. Диференціальне обертання характерне для планетарних атмосфер. Навіть на Землі висотні вітри відрізняються в різних широтах. І газоподібне Сонце проявляє диференціальне обертання.

Чи стане відома реальна швидкість обертання?

Проте повинна бути якась швидкість обертання, характерна для більшої частини планети. У Сатурна є сильне магнітне поле, яке, ймовірно, генерується глибоко всередині, так само, як магнітне поле Землі. Коли Сатурн обертається, його магнітне поле обертається разом з ним. Тому прилади на борту космічного корабля «Вояджер» майже чотири десятиліття тому вимірювали швидкість обертання цього поля під час польотів (1980-1981). 

Дані зонда «Вояджер» дали швидкість обертання для глибин Сатурна 10 год 39 хв 24 сек. Ці дані були остаточним періодом обертання Сатурна понад два десятиліття. Але потім з'явився космічний корабель «Кассіні», який декілька років обертався навколо Сатурна. Подібні вимірювання показали швидкість обертання 10 год 46 хв, тобто на 6 хвилин довше. Це не мало жодного сенсу, бо ніхто не вірить, що період обертання Сатурна міг змінитися так швидко.

Звідси виникає необхідність нового підходу для вимірювання швидкості обертання Сатурна. У недавньому дослідженні розглядалися хвилі в кільці С, слабкому внутрішньому кільці Сатурна. Протягом декількох років з зонда «Кассіні» (2004-2017) прийшло багато даних та дуже детальні зображення кільця C. 

Вважається, що хвилі збуджуються сейсмічною активністю глибоко всередині Сатурна. Це — дуже складний механізм. Крім того, хвилі чутливі до швидкості обертання Сатурна. Нове дослідження змоделювало принцип, який бере участь у створенні хвиль в кільці C, для отримання швидкості обертання.

Отже, яка зі швидкостей обертання Сатурна правильна? Ймовірно, жодна з них. 

Я дуже обережний з останніми даними, тому що вони найбільш залежать від моделі. Принаймні, інші дані здаються досить простими. Для такого рідкого тіла, як Сатурн, «швидкість обертання» повинна бути певною середньою швидкістю обертання всієї планети. Та як її виміряти? 

Обертання магнітного поля, ймовірно, найближче до цього значення. Але як пояснити різку зміну темпу обертання трохи більше ніж за 20-30 років? Це, ймовірно, вказує на деякі динамічні зміни, що відбуваються глибоко всередині Сатурна. Можливо, ядро обертається з інакшою швидкістю, ніж решта планети. 

Наприклад, припустимо, що ядро Сатурна обертається швидше, ніж решта планети: втрати на тертя сповільнять обертання ядра, прискорюючи швидкість обертання шарів вище. Але це не може тривати вічно, оскільки втрати на тертя в кінцевому підсумку приведуть до майже однакової швидкості обертання. Скільки часу це займе? 

Це невідомо, але, безумовно, це займе набагато менше часу, ніж ймовірні мільярди років. Можливо, розбіжні у швидкості обертання Сатурна свідчать про його надзвичайну молодість.