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Saturns Ringe sind wie ein Seismometer, das den Kern des Planeten enthüllt

Die eisigen Ringe des Saturn sind nicht nur ästhetisch wundersame Wunderwerke. Einer von ihnen nimmt auch einen wunderschönen planetarischen Soundtrack auf.

Das Innere des Planeten, das unter einer Hülle aus hauptsächlich Wasserstoffgas verborgen ist, erschüttert. Dadurch kommt es zu Verschiebungen im lokalen Schwerefeld, das Teilchen im ausgedehnten C-Ring des Saturn anzieht und zum Tanzen bringt. Diese idiosynkratischen Tänze können die Form von Spiralwellen annehmen, und verschiedene Wellengruppen offenbaren die Eigenschaften bestimmter Merkmale des Inneren des Saturn.

Anders ausgedrückt: Saturn ist ein Orchester. Auf dem C-Ring erscheinen verschiedene Noten, wie auf Notenblättern. Wissenschaftler können diese Noten lesen, die Musik hören und die einzelnen Instrumente und Musiker identifizieren – alles ohne das Orchester selbst zu sehen.

Mit Daten der Cassini-Mission, die 2017 endete, haben Wissenschaftler im Laufe der Jahre eine Vielzahl von Symphonien im C-Ring des Saturn angehört und dekonstruiert. Nun haben zwei Forscher vom California Institute of Technology – Christopher Mankovich, ein Planetenwissenschaftler und Jim Fuller, ein theoretischer Astrophysiker – genug von dieser Musik entschlüsselt, um die Klänge eines der rätselhaftesten Merkmale des Saturn zu hören: seinen Kern.

Laut ihrem am Montag in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlichten Papier ist der Kern kolossal: Er macht 60 Prozent des Planetenradius aus und hat die 55-fache Masse der Erde. Und im Gegensatz zu den geordneten festen Klumpen aus metallischer, felsiger oder eisiger Materie, die in anderen Welten zu finden sind, ist der Kern des Saturn ein pandämonisches Amalgam aus verschiedenen Gesteinen und Eis, das sich mit einer flüssigen metallischen Form von Wasserstoff vermischt. Die Ergebnisse bringen Forscher dem Verständnis näher, wie Saturn – und andere gasartige Giganten wie dieser, einschließlich Jupiter – geboren wurden.

100 Bilder von Cassinis Mission zum Saturn

Die NASA-Raumsonde Cassini ist am Freitag nach 20 Jahren im All in der Saturnatmosphäre verbrannt.

„Es ist eine sehr schöne Geschichte“, sagte Linda Spilker, die Projektwissenschaftlerin für die Cassini-Mission am Jet Propulsion Laboratory der NASA, die nicht an der Arbeit beteiligt war.

Die geologischen Eingeweide der Erde, des Mondes und (zuletzt) ​​des Mars wurden mit Seismometern kartiert, Instrumenten, die die Reisen seismischer Wellen aufzeichnen, die sich durch den Planeten bewegen und sich unterschiedlich verhalten, wenn sie mechanisch unterschiedliche Schichten durchqueren. Saturn, der keine feste Oberfläche hat, macht diese Art von Detektivarbeit unmöglich.

Orbitierende Raumsonden können die innere Schichtkuchenstruktur eines gasbeladenen Planeten grob abbilden, indem sie subtile Änderungen der Schwerkraft erkennen. Aber der Kern des Saturn hat einen so schwachen Einfluss auf das Gravitationsfeld des Planeten, dass dieser Trick nicht verwendet werden kann, um es genau zu visualisieren.

Glücklicherweise hat das Flattern von Saturns C-Ring enthüllt, was traditionelle Techniken nicht können. In den letzten drei Jahrzehnten haben Wissenschaftler die seltsamen Spiralwellen des Rings durch Bilder der Voyager-Missionen und Cassini beobachtet. Und schließlich argumentierten sie, dass diese Spiralen durch gigantische Schwingungen im Saturn verursacht werden.

„Das sind nur ständige Beben, die es überall auf dem Planeten gibt“, sagte Dr. Mankovich.

Saturns C- und D-Ringe. Die C-Ringe nehmen die untere Hälfte dieses Bildes ein und sind heller als die D-Ringe. Kredit. . . NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Es ist eine Technik, die als „Kronoseismologie“ bekannt ist: „Kronos“ ist das griechische Wort für Saturn und „seismo“ bezieht sich auf Erschütterungen. 2019 wurde damit ein weiteres Rätsel gelöst: Wie lang ist ein Tag auf Saturn? (Etwa 10 ½ Erdstunden.)

Jetzt ist der Kern des Saturn erleuchtet. Ältere Modelle stellten den Planeten so dar, als wäre er ein deutlich geschichtetes kosmisches Bonbon. Die Kronoseismologie hat die schmutzige Wahrheit enthüllt. Der Kern besteht nicht nur aus Gestein und Eis, sondern auch aus flüssigem metallischem Wasserstoff, der bisher als separate Schicht angenommen wurde. In seinem Zentrum gibt es mehr Gestein und Eis und an seinen äußeren Rändern mehr flüssiger metallischer Wasserstoff – aber durchweg ist alles in einem chaotischen Cocktail gemischt. Zusammen mit dem Übergangsübergang von flüssigem zu gasförmigem Wasserstoff weiter oben malt dieses Papier Saturn als einen großen, unscharfen Ball.

Trotz des anhaltenden Erfolgs der Technik wissen die Wissenschaftler immer noch nicht, was den Kern zum Schwingen bringt und diese Spiralwellen im C-Ring erzeugt. Die Erde schwingt wie eine Glocke, wenn sie von mächtigen tektonischen Erschütterungen erschüttert wird. „Aber Saturn ist flüssig, also wo sind die Beben?“ fragte Mark Marley, ein Planetenwissenschaftler an der University of Arizona und ein früher Wegbereiter der Kronoseismologie, der nicht an der Arbeit beteiligt war.

Die Musiker des Orchesters mögen endlich bekannt sein, aber die Jagd nach seinem schwer fassbaren Dirigenten geht weiter.

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