четверг, 19 апреля 2012 г.

Земля и Вселенная. Часть 16. Сатурн: странные радиоимпульсы


    Федор Дергачев

    В материалах предыдущих частей данного Интернет-исследования делается акцент на сходство аномалий на Юпитере и Сатурне. Это сходство тем более удивительно при том, что у этих планет, возможно, различное происхождение.

    Между Юпитером и Сатурном найдены загадочные различия

    «Дидье Сомон (Didier Saumon) из американской национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Los Alamos National Laboratory) вместе с коллегами провёл новое моделирование внутренней структуры двух самых больших планет Солнечной системы и увидел, что отличий между ними гораздо больше, чем считалось ранее.
    Физики основывались на множестве фактических данных, собранных космическими аппаратами, а также на результатах экспериментов, показывающих, как ведут себя вещества под чудовищным давлением, которое существует в глубине этих планет.
    Как известно, и Юпитер и Сатурн на 70% состоят из водорода. Почти всё остальное — гелий, а также есть сравнительно немного железа, кремния, углерода, азота, кислорода и других веществ.
    Моделирование показало, что у Сатурна (напомним, его масса составляет 95 масс Земли) есть твёрдое ядро, составленное из тяжёлых элементов, а вот у Юпитера (318 масс Земли) — ядро или необычайно маленькое, или, скорее всего — его вообще нет.
    Исследование предполагает, что две планеты сформировались радикально отличным образом.
    У Сатурна сначала сформировалось твёрдое ядро из скал и льда. Когда оно достигло нескольких масс Земли, ядро начало интенсивно "высасывать" из окружающего протопланетного облака газ и, таким образом, наращивать массу планеты. Этот процесс занял много времени.
    Юпитер же, по новой гипотезе, сформировался резким (по космическим масштабам времени) гравитационным коллапсом из массивного облака газа, при этом ядро из тяжёлых элементов, если оно и было в начале, под огромным давлением превратилось в жидкость и "размешалось" по большей части объёма планеты.
    Сомон подчеркнул, что новая версия всё же очень сырая и требует дальнейшей проверки, а главное — новых данных непосредственно от этих двух планет». (21 июля 2004 года). http://www.membrana.ru/lenta/?3409

    Радиоизлучение Сатурна

    Компактный радиоисточник в атмосфере Сатурна 

    «Одна из загадочных находок, относящихся к самой планете – неизвестный источник радиоизлучения, наблюдавшийся с «Вояджера-1». В одном из экспериментов было обнаружено изменяющееся радиоизлучение, исходящее откуда-то из области высоких широт Сатурна. Излучение принималось в широкой полосе частот, причем максимальная мощность приходилась на 175 кГц. Так как приемное устройство имело всенаправленную антенну, указать точное направление на источник не удалось. И все-таки была намечена длинная полоса, около 25 000 км, в пределах которой должен находиться источник. Вторую такую же полосу дали измерения «Вояджера-2». Их пересечение указало на положение источника: у 80-й параллели. Оказалось, что он излучает сравнительно короткий, весьма мощный импульс с периодом повторения, очень близким к 10 ч 39,4 мин, т.е. один раз за сатурнианские сутки, причем излучение возникает именно в тот момент, когда источник проходит через полуденный меридиан, что весьма напоминает сигнал службы времени!
    Не следует, конечно, понимать это так наивно. Подобно радиоисточнику на орбите спутника Юпитера Ио, излучение радиоисточника на Сатурне регистрируется с достаточно высокой, но не 100% вероятностью, хотя и более высокой, чем у Ио. По характеру излучения удалось понять, что размер источника на Сатурне достаточно мал. За прошедшие 20 лет найти убедительную разгадку природы этого излучения не удалось. Теория могла бы подсказать ответ, если бы магнитное поле Сатурна имело бы более сложный характер. Но поле почти дипольное, гармоники высшего порядка (в отличие от Юпитера) невелики. Период вращения района источника также составляет 10 ч 39,4 мин. Поверхности в земном смысле у Сатурна нет, это газо-жидкая планета. С чем связан источник радиоимпульсов, остается неизвестным. Отмечается странное совпадение: именно в этой точке ультрафиолетовый спектрометр «Вояджера-1» заметил полярное сияние в виде кольца». («Солнечная система» / Ред.-сост. В.Г. Сурдин. – М.; ФИЗМАТЛИТ, 2009. Л.В. Ксанфомалити. Глава 8, «Сатурн», стр. 235. В Интернете: Ф.Д. «Прокляты и забыты. Часть 3»). 

Предполагается, что километровое радиоизлучение Сатурна порождается электронами, пробегающими по линиям магнитного поля планеты в полярных областях. Те же частицы, врезающиеся в верхнюю атмосферу, ответственны за сияния. Одно явление тесно увязано с другим. (Иллюстрация NASA, ESA, J. Clarke (Boston University), Z. Levay (STScI) составлена на основе УФ-кадров «Хаббла», поймавшего полярное сияние Сатурна)
    Проясняется природа странных радиоимпульсов с Сатурна

    «Полученные зондом "Кассини" данные свидетельствуют о том, что частота повторения радиоимпульсов таинственной природы, излучаемых Сатурном, на самом деле весьма нестабильна и может меняться в слишком широких пределах, чтобы связать ее с вращением самого Сатурна.
    Периодическое импульсное радиоизлучение Сатурна с периодом 10 часов 39 минут было зарегистрировано в 1980-х годах зондом «Voyager». Поскольку частота повторения сигналов была близка к периоду обращения планеты, определяемому по его облачному покрову, ранее считалось, что эти процессы взаимосвязаны. Предполагалось, что излучение возникает в активной области в верхних слоях атмосферы, где образуются полярные сияния.
    Однако, как сообщает «New Scientist», переданные зондом «Кассини» данные свидетельствуют о том, что «радиомаяк» Сатурна работает весьма нестабильно. Период излучения радиоимпульсов может меняться на несколько минут в течение нескольких месяцев, в то время как период обращения Сатурна вокруг собственной оси, очевидно, так быстро меняться не может.
    Возможный ключ к разгадке тайны «радиомаяка» Сатурна может дать корреляция между интенсивностью солнечного ветра и «дрейфом» частоты повторения радиоимпульсов с Сатурна, обнаруженная группой под руководством Филиппа Зарка (Phillippe Zarka) из Парижской обсерватории. Они использовали данные спутников «ACE» и «WIND», обращающихся по околоземным орбитам, и экстраполировали по ним интенсивность солнечного ветра в окрестностях Сатурна.
    При этом проявилась тенденция снижения частоты повторения импульсов при увеличении интенсивности солнечного ветра, и наоборот. Если гипотеза о том, что излучение генерируются активной областью в районе магнитного полюса планеты, верна, выявленный дрейф частоты может быть связан со смещением «авроральной» области в пространстве при изменении силы солнечного ветра.
    В этом случае станет возможным уточнение периода обращения Сатурна вокруг своей оси - как стало теперь известно, он тоже был определен со значительной ошибкой». (08.11.2007, 17:03, Мск).

Так телескоп Hubble увидел одновременные авроры на обоих полюсах Сатурна в 2009 году.
Кадр отснят в ультрафиолете. (Фото NASA/ESA/STScI/ Jonathan Nichols (University of Leicester))
    Сатурн посылает радиосигналы сложного и изменяющегося вида

    Наблюдения зонда «Кассини» дали новую информацию о сатурнианском километровом радиоизлучении (Saturn kilometric radiation, SKR).
    SKR, частоты которого лежат в интервале 10–1 300 кГц, а длины волн попадают в километровый диапазон, было зарегистрировано в начале восьмидесятых годов при изучении Сатурна аппаратами «Вояджер». Вскоре выяснилось, что излучение модулируется с периодом в 10,66 ч, близким к периоду вращения планеты, определённому по движению облаков. Найденную «Вояджерами» величину - 10 ч, 39 мин и 24 ± 7 с - в дальнейшем приняли за период вращения Сатурна, рассудив, что движение частиц в магнитосфере, ответственных за возникновение SKR, управляется магнитным полем, а оно связано с процессами в недрах газового гиганта.
    В начале XXI века эта стройная схема была подвергнута сомнению, поскольку обращающийся вокруг Солнца зонд «Улисс» обнаружил изменение периода модуляции SKR. Вариация не слишком значительна и составляет около одного процента, но на Сатурне, большой и быстро вращающейся планете, невозможны даже такие колебания периода.
    Результаты наблюдений «Кассини» оказались ещё более интересными: в 2008 году в Journal of Geophysical Research — Space Physics появилась статья, содержавшая данные о двух разных компонентах SKR, зарегистрированных зондом. Периоды модуляции этих составляющих заметно различались и на момент измерений составляли 10,8 и 10,6 ч. Первый (обнаруженный раньше) компонент учёные связали с южной полярной областью Сатурна, а второй - с противоположным полюсом планеты.
    В новой работе, выполненной учёными из США и Франции, обсуждается самая свежая информация с «Кассини», поступившая в прошлом году. Как выяснилось, за время наблюдений периоды двух составляющих SKR успели сблизиться, сравнявшись в начале марта 2010-го, примерно через семь месяцев после равноденствия, и вновь разойтись. Первого января 2008-го «южная» составляющая SKR имела период в 10,8 ч, а «северная» - 10,58 ч; первого марта 2010 года они встретились на уровне 10,67 ч и продолжили движение в разных направлениях. К январю 2011-го период «южной» снизился до 10,54 ч, а «северной» - вырос до 10,71 ч.

Изменение периодов модуляции двух составляющих SKR, рассчитанное по данным измерений в диапазоне 20–500 кГц. Пунктиром показана «внутренняя» частота вращения Сатурна, которую определили по степени сплюснутости планеты. (Иллюстрация из журнала «Geophysical Research Letters»)
    Новые данные помогли исследователям провести повторный анализ измерений «Вояджеров» и «Улисса». Оказалось, что «Вояджеры» также различали компоненты излучения, а «Улисс» зарегистрировал совмещение двух периодов SKR в августе 1996 года. Это событие произошло примерно через девять месяцев после предыдущего сатурнианского равноденствия, отмечавшегося 19 ноября 1995-го.
    Учёные, конечно, не считают, что значения периодов отвечают разным скоростям вращения полушарий планеты. Вероятнее всего, причиной «разделения» SKR становятся высотные ветра, которые имеют разные скорости в южной и северной областях.
    Стоит заметить, что результаты изучения SKR подтверждаются наблюдениями полярных сияний на Сатурне. Их мощность, как мы уже рассказывали, периодически изменяется, повторяя вид модуляции SKR; кроме того, аналогичным образом варьируется широтное положение авроральных овалов. «Проникновение электронов солнечного ветра в атмосферу Сатурна вызывает появление сияний и SKR и влияет на магнитное поле, а потому все обнаруженные нами вариации должны быть связаны с непостоянным воздействием Солнца на планету», - подводит итог профессор Лестерского университета Стэнли Коули (Stanley Cowley).
    Полная версия отчёта опубликована в журнале Geophysical Research Letters.
    Подготовлено по материалам Лаборатории реактивного движения». (23 марта 2011 года, 11:46). http://science.compulenta.ru/600845/ 

Магнитосфера Сатурна. Её сложное поведение объясняется взаимодействием с заряженными частицами солнечного ветра. 
В ней же рождается излучение SKR, столь интригующее планетологов. (Иллюстрация ESA)
    Скорость вращения радиоизлучения Сатурна уменьшается

    «Американский зонд «Cassini» вышел на орбиту Сатурна в июле этого года, но вести наблюдения этой окольцованной планеты он начал еще по дороге к ней. Некоторые результаты этих наблюдений оказались довольно неожиданными для ученых.
    В частности, оказалось, что скорость вращения радиоизлучения Сатурна за последние 20-25 лет заметно уменьшилась. Обычно эту скорость измеряют, чтобы определить скорость вращения вокруг собственной оси планет, не имеющих твердой поверхности и покрытых плотными облаками. К таковым относятся газовые гиганты Сатурн и Юпитер. Измерения скорости вращения радиоизлучения Сатурна провели в 1980-81 годах зонды «Voyager» 1 и 2, пролетавшие мимо Сатурна на их пути к внешнему краю солнечной системы. Эту же скорость в течение последнего года измерял зонд «Cassini». Оказалось, что полный оборот радиоизлучение делает в среднем за 10 часов 45 минут и 45 секунд (+/- 36 секунд). Это почти на 6 минут больше, чем во времена зондов «Voyager».
    Должно ли это означать, что скорость вращения Сатурна вокруг собственной оси стала меньше? Ученые пока не могут ответить на этот вопрос. Но они признают, что объяснить такое изменение вращения радиоизлучения довольно трудно. Вообще-то, Сатурн можно считать уникальной планетой в том смысле, что ось его магнитного поля практически совпадает с осью вращения планеты. А это означает, что на радиоизлучение Сатурна изменения направления магнитного поля в пространстве влиять не должны. Поэтому должен существовать какой-то другой механизм изменения радиоизлучения.
    Правда, одна гипотеза, объясняющая такое поведение радиоизлучения Сатурна, уже есть. Возможно, магнитные поля газовых гигантов по своему поведению сходны с магнитным полем Солнца, а не с земным магнитным полем. В частности, магнитное поле Солнца вращается не как твердое тело: период его вращения зависит от широты данного участка поля. Возможно также, что та часть магнитного поля Сатурна, которая управляет радиоизлучением, за последние 20 лет сдвинулась в сторону более высоких широт. Возможно, объяснить эту загадку удастся в ближайшие годы...» (22.12.2004). http://www.aerotechnics.ru/news.aspx?id=14325

    «Голос» Сатурна - саундтрек для Хэллоуина

    «Ученые проекта Cassini-Huygens продолжают изучать природу загадочных явлений на Сатурне — продолжительных многодневных полярных сияний и радиоизлучения, так называемой «километровой радиации Сатурна».
    Исследовательские инструменты Cassini позволили воспроизвести настолько четкую картину радиоизлучения Сатурна, что его удалось перевести в звуковой диапазон. Это дало возможность получить более подробную информацию относительно спектра и изменчивости радио-эмиссии.              
    По словам ученых, полученная мелодия могла бы стать саундтреком для празднования Хэллоуина - она производит гнетущее впечатление и наводит ужас.


    «На основании изучения спектра излучений, мы полагаем, что изменяющиеся частоты связаны с крошечными радиоисточниками, двигающимися вверх и вниз по линиям магнитного поля Сатурна», - сказал участник проекта Билл Курт (Bill Kurth).
    Возможно, в середине 2008 года, когда «Cassini» приблизится к Сатурну на минимальное расстояние, у ученых появиться шанс лучше проникнуть в тайну этих радиоизлучений». (28.07.2005, 18:31:50). http://www.cnews.ru/newsline/index.shtml?2005/07/28/184155

    [Последние изменения внесены 19 марта 2014 года

    «Земля и Вселенная». Часть 17. «Супервихри на полюсах Сатурна». http://artefact-2007.blogspot.com/2012/05/17.html

1 комментарий:

  1. Saturn's Magnetosphere (Магнитосфера Сатурна)

    "Overview: Scientists had little information about Saturn’s magnetosphere because magnetic fields are invisible and are best studied from within. Cassini has studied Saturn's magnetosphere like never before by mapping the magnetic field, studying the flow of excited gases under its influence and observing how it affects Saturn’s auroras. The results have provided powerful insights about how Saturn's inner workings affect the planet's atmosphere and the space around it.

    Key Points

    ♦ Saturn is surrounded by a giant magnetic bubble: its magnetosphere.
    ♦ Material blasted into space by Enceladus feeds Saturn’s giant E ring and is a major source of material (plasma) fueling Saturn’s magnetosphere.
    ♦ Saturn's rotation rate remains a mystery, and Cassini has show it to be far more complicated than expected. Scientists hope to learn more from the unique vantage of Cassini's final orbits.
    Forces deep inside Saturn create a giant magnetic bubble around the planet, called the magnetosphere, which exerts a powerful influence on the space environment near the planet. Saturn's magnetic field is created as material cycles deep within the planet's fluid interior.

    Outside Saturn's magnetosphere, a million-mile-per-hour flow of electrically charged particles (electrons and ions) from the sun, called the solar wind, spreads out through the solar system. When the solar wind encounters Saturn's own magnetic field, the protective bubble of Saturn’s magnetosphere forms. Outside the planet's magnetosphere, the sun's magnetic forces dominate, while inside the planet's protective bubble, the magnetic forces of Saturn reign.

    In a similar way, Earth's magnetic field creates a much smaller magnetosphere that protects us from harmful particles emitted by the sun and other space phenomena.

    Measurements from Cassini have totally changed our understanding of Saturn’s magnetosphere, yet many questions still remain.
    - Marcia Burton
    Saturn's magnetic field has north and south poles, like those on a bar magnet, and the field rotates with the planet. On Jupiter and Earth, the magnetic fields are slightly tilted with respect to the from the planets' rotation axes – this tilt is the reason we say compass needles point to "magnetic north" rather than true north. But Saturn's magnetic field is almost perfectly aligned with the planet's rotation.

    The structure and strength of the magnetic field at different locations within the magnetosphere can tell us about Saturn's interior structure and reveal unseen details about how the planet interacts with the solar wind that fills interplanetary space.

    Magnetic fields themselves are invisible, but we can study them with a diverse set of instruments, like those on Cassini. Before the Cassini spacecraft arrived at Saturn, scientists had only brief glimpses at what Saturn's magnetosphere was like. The knowledge was based on flybys by the Pioneer and Voyager spacecraft in the late 1970s and early 1980s. But these spacecraft – from entry to exit – only spent a matter of days in Saturn's magnetosphere..." https://saturn.jpl.nasa.gov/science/magnetosphere/

    ОтветитьУдалить