Die größten Geheimnisse des Saturn

Geheimnisse des Saturn

NASA/JPL/Raumfahrtwissenschaftliches Institut



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Die beringte Welt des Saturn hat Aufmerksamkeit erregt, seit die Menschen zum ersten Mal in den Himmel geschaut haben. Die Ringe wurden für den Menschen sichtbar vor mehr als 400 Jahren , und Wissenschaftler konnten den Planeten endlich aus der Nähe betrachten, als die Raumsonden Pioneer und Voyager in den 1970er und 1980er Jahren an dem Planeten vorbeischwangen.

Jetzt haben die NASA und die Europäische Weltraumorganisation eine umlaufende Raumsonde namens Cassini am Saturn. Cassini ist seit 2004 dort und wird bis September 2017 dauern, wenn ein geplantes Manöver es tief in die Atmosphäre des Saturn stürzen wird. Hier sind einige der anhaltenden Mysterien bei Saturn, so der stellvertretende Projektwissenschaftler von Cassini, Scott Edgington, der am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, ansässig ist. [ Während Cassini den ersten Tauchgang zum 'Großen Finale' macht, bleiben mehr Saturn-Mysterien übrig ]

Wie lang ist ein Tag auf Saturn?

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Nach mehr als einem Jahrzehnt hat Cassini eine der grundlegenden Eigenschaften des Saturn immer noch nicht erfasst: wie lang ist ein tag in seinem Inneren (wie lange es dauert, sich ganz zu drehen). Zuerst dachten die Wissenschaftler, sie könnten diese Länge anhand der vom Planeten ausgesandten Radiowellen bestimmen, wie sie es beim Jupiter taten. Jupiter sendet Radiowellen aus, die sich mit der Rotation des Planeten synchronisieren, aber Saturns Emission, die als Saturn-Kilometerstrahlung bezeichnet wird, tut nicht dasselbe.

'Die Variation der Radiowellen, die durch die Rotation des Planeten gesteuert wird, unterscheidet sich in der nördlichen und südlichen Hemisphäre', NASA schrieb 2014 . 'Die nördlichen und südlichen Rotationsvariationen scheinen sich auch mit den saturnischen Jahreszeiten zu ändern, und die Hemisphären haben tatsächlich die Raten getauscht.'

Im Jahr 2011 sagte die NASA die Variationen der Radiowellenperioden kamen wahrscheinlich von Änderungen der Höhenwinde in beiden Hemisphären . Aber es ist immer noch nicht bekannt, wie lange ein Tag auf Saturn dauert.

Welche Masse hat das Ringsystem des Saturn?

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Zu verstehen, wie viel die Ringe des Saturn „wiegen“, würde den Wissenschaftlern viel darüber sagen, wie alt sie sind und wie sie sich gebildet haben. Um die Masse des Ringsystems genau messen zu können, müssen die Forscher jedoch mehr über die Schwerkraft des Saturn und über die Dichte der Ringe . Die Daten, die während Cassinis Todestauchgang in die Atmosphäre des Saturn gesammelt wurden, werden Wissenschaftlern helfen, dieser seit langem gestellten Frage näher zu kommen.

Wie tief reichen Saturn-Blitzstürme und sind sie stark genug, um das Saturn-Klima anzutreiben?

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Besonders als 2010 und 2011 ein gewaltiger Sturm die Nordhalbkugel erfasste, sahen Wissenschaftler Blitzeinschläge auf Saturn. Wissenschaftler waren überrascht, Blitze aufblitzen zu sehen während des Tages (sowie nachts), was zeigte, wie stark die Stürme waren – dass die Blitze intensiv genug waren, um bei Tag zu sehen. Ein abgebildeter Blitz war ungefähr so ​​stark wie die stärksten Blitzschläge auf der Erde. Wissenschaftler verwenden diese Art von Informationen, um herauszufinden, woher der Blitz kam, obwohl unklar ist, welche Veränderungen dies insgesamt im Saturn-Klima bewirkt.

'Der Blitz hat einen Durchmesser von ungefähr 100 Meilen (200 Kilometer), wenn er aus den Wolkenspitzen austritt', NASA schrieb 2012 . „Daraus schließen Wissenschaftler, dass die Blitze aus den Wolken tiefer in der Saturnatmosphäre stammen, wo Wassertröpfchen gefrieren. Dies ist analog zu der Entstehung von Blitzen in der Erdatmosphäre.'

Was treibt die hurrikanartigen Wirbel an jedem der Saturnpole an?

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Seit Cassini am Saturn ankam, sahen Wissenschaftler ein seltsames Sechseck um den Nordpol herum, das ist doppelt so groß wie die Erde . Zuerst konnten die Wissenschaftler nicht sehen, was sich in der Mitte des Sechsecks befand, weil der Pol in winterlicher Dunkelheit lag. Im Jahr 2013 erhielten Wissenschaftler jedoch Aufnahmen eines Hurrikans mit sichtbarem Licht im Inneren des Sechsecks. Während sich Hurrikane auf der Erde über dem Ozean bilden, gibt es unter dem Saturn-Sturm keinen Ozean.

'Wissenschaftler werden den Hurrikan untersuchen, um Einblicke in die Hurrikane auf der Erde zu gewinnen, die sich von warmem Meerwasser ernähren.' NASA-Wissenschaftler schrieben 2013 . 'Obwohl es in der Saturn-Atmosphäre kein Gewässer in der Nähe dieser Wolken gibt, könnten Wissenschaftler mehr über die Entstehung und Aufrechterhaltung von terrestrischen Hurrikanen erfahren, wenn sie erfahren, wie diese Saturnstürme Wasserdampf verwenden.'

Wie ist das Helium-zu-Wasserstoff-Verhältnis der Saturnatmosphäre?

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Helium und Wasserstoff sind die beiden am häufigsten vorkommenden Elemente im Universum und auch in unserem eigenen Sonnensystem. Dies sind die Elemente, aus denen hauptsächlich unsere Sonne besteht, sowie die größten Gasriesenplaneten: Jupiter und Saturn. Die genaue Eingrenzung des Verhältnisses von Helium zu Wasserstoff hilft Wissenschaftlern zu verstehen, wie das Innere jedes Planeten aussieht und wie er entstanden ist.

Im Jahr 2006 stellte eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Daniel Gautier vom Pariser Observatorium fest, dass Messungen der Raumsonde Voyager aus den 1980er Jahren nicht viel Sinn machten. Das Helium-zu-Wasserstoff-Verhältnis von 0,034 'ist schwer mit plausiblen Theorien über die Evolution des Planeten in Einklang zu bringen', und Zusammenfassung vom Team sagte . Gautiers Gruppe führte damals mehrere Funkokkultationsmessungen in Äquatornähe durch, erhielt jedoch unterschiedliche Ergebnisse. Das genaue Verhältnis ist Mitte 2017 noch nicht bekannt.

Was verrät das Schwerefeld über Winde, Zusammensetzung und Phasenänderungen des Innenraums?

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Der Zustand des Saturninneren bleibt ein Rätsel, was die Messung der Tageslänge erschwert. Im Jahr 2007 kombinierte eine von John Anderson von der University of California geleitete und in der Zeitschrift Science veröffentlichte Forschung Gravitationsdaten mit Radiookkultations- und Winddaten von Pioneer und Voyager.

Dieses Papier schlug eine Rotationsperiode von 10 Stunden, 32 Minuten und 35 Sekunden vor, was bedeuten würde, dass das Innere des Saturn einen 'Übergang von molekularem zu metallischem Wasserstoff etwa auf halbem Weg zum Zentrum des Planeten' aufweist Papier angegeben .' Seitdem haben Wissenschaftler jedoch herausgefunden, dass sich die Windgeschwindigkeit des Saturn zwischen den Messungen ändert, was es schwieriger macht, die Zusammensetzung des Inneren vorherzusagen. Eine neuere Forschungsrichtung schlägt vor, das Schwerefeld des Saturn zu nutzen, um mehr über das Innere des Planeten zu erfahren, aber dies ist noch in Arbeit. [ Die epische Cassini-Mission der NASA zum Saturn erhält eine fantastische Videobehandlung ]

Auf diesem Foto bieten drei sehr unterschiedliche Monde Ziele von großem Interesse für Planetenwissenschaftler, die das Saturn-System studieren. Hier von Cassini erfasst sind Tethys oben rechts, Enceladus unten in der Mitte und Janus unten links, zusammen mit den Ringen des Planeten.

Wie schnell wird sich die Atmosphäre am Ort des Sturms 2010-2011 wieder normalisieren?

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Die Echos eines riesigen Sturms auf Saturn hallen immer noch nach. In den Jahren 2010 bis 2011 verfolgten Wissenschaftler einen riesigen Sturm, der ( in den Worten von NASA-Wissenschaftlern ) endete damit, dass sie „monatelang Verwüstung anrichtete“ und „Gaswolken hoch in die Atmosphäre des Planeten schoss“.

Seit 1876 wurden nur sechs Stürme dieser Art beobachtet, und Wissenschaftler hatten das Glück, diesen zu erwischen, da der vorherige Sturm vor mehr als zwei Jahrzehnten, im Jahr 1990, aufgetreten ist eine Raumsonde im Orbit – half Wissenschaftlern, mehr über die innere Umgebung des Saturn zu erfahren. Aber da diese Stürme noch nie so genau untersucht wurden, ist unklar, wann die Atmosphäre auf ein normales Niveau zurückkehrt oder was den Mechanismus antreibt.

Wie wird die Energie von den Polarlichtern des Saturn von den Polen zum Äquator umverteilt und kann dies erhöhte Temperaturen in einem Teil der Atmosphäre des Planeten erklären?

Saturn

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Manchmal braucht es mehrere Raumsonden, um ein vollständiges Bild von dem zu bekommen, was auf Saturn vor sich geht. Um die Polarlichter des Ringplaneten in den Griff zu bekommen, wurden mehrere Quellen benötigt: Im Jahr 2014 veröffentlichte die NASA Bilder aus Daten von Cassini (in Infrarot, sichtbarem Licht und Ultraviolett) sowie dem erdumkreisenden Hubble-Weltraumteleskop (in ultravioletten Wellenlängen), die Einblicke in die Veränderung der Polarlichter im Laufe der Zeit.

Wissenschaftler konnten diese Bilder mit einer Auflösung von bis zu einigen hundert Meilen aufnehmen. Die NASA schrieb damals und 'die Veränderungen in den Polarlichtern mit dem schwankenden Wind geladener Teilchen in Verbindung gebracht, die von der Sonne wegblasen und am Saturn vorbeifließen'. Aber sie versuchen immer noch herauszufinden, wohin die Polarlichtenergie danach geht und ob Polarlichter zeigen könnten, warum die Thermosphäre (ein Bereich der Atmosphäre direkt unter der schwachen Exosphäre) eine höhere Temperatur hat als erwartet, wenn man die Entfernung des Saturn von der Sonne und das angebliche Innere berücksichtigt Komposition.

Cassini wird sein 'Großes Finale' am 15. September in die Atmosphäre des Saturn eintauchen lassen – und so einen möglichst genauen Einblick in die Vorgänge in der Schwerkraft, dem Magnetfeld und der Atmosphäre des Planeten erhalten.

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Wie vermischt sich Material aus den Saturnringen mit der Atmosphäre des Planeten?

Dieses simulierte Bild von Saturn

NASA/JPL-Caltech

Während der Phase des großen Finales überflog die Raumsonde Cassini mehrmals die obere Atmosphäre des Saturn, bevor sie am 15. September 2017 einen tiefen Tauchgang in Richtung des Planeten unternahm. Cassini ist die einzige Sonde, die jemals die Atmosphäre des Saturn in-situ beprobt hat und den Wissenschaftlern somit eine Marke . zur Verfügung gestellt hat neue Informationen über die Beziehung zwischen der Atmosphäre des Planeten und seinem Ringsystem . Linda Spilker, die Wissenschaftlerin des Cassini-Projekts, sagte, die Daten dieser frühen atmosphärischen Einbrüche deuten darauf hin, dass die chemischen und dynamischen Wechselwirkungen zwischen Partikeln aus die Ringe des Planeten und die obere Atmosphäre des Planeten sind „komplexer … als wir beide erwartet hatten“. Aus diesen ersten Vorgeschmack auf die Atmosphäre des Saturns finden Cassini-Wissenschaftler bereits 'unglaubliche, faszinierende Informationen' darüber, wie sich das Material aus dem Saturn-Ringsystem mit den oberen Schichten der Atmosphäre des Planeten vermischt, sagte Spilker. Da die Wissenschaftler Zeit haben, die Daten von Cassinis letztem Tauchgang zu interpretieren, werden weitere Informationen über dieses einzigartige Planetensystem enthüllt.