Afbeelding tegoed: NASA
Toen het Voyager-ruimtevaartuig in 1980/81 langs Saturnus schoot, klokten ze de geringde planeten op equatoriale winden met 1700 km / u. Hoewel de equatoriale winden zijn vertraagd, bewegen andere jets verder van de evenaar nog steeds met dezelfde snelheid. Dit heeft de astronomen ertoe gebracht te geloven dat de vertraging iets te maken heeft met de seizoenswisseling op Saturnus.
Saturnus, een van de meest winderige planeten, heeft onlangs een onverwachte en dramatische weersverandering ondergaan: de equatoriale winden zijn afgenomen van een snelle 1700 km / uur tijdens de Voyager-ruimtevaartuigen in 1980-81 tot een bescheiden 990 km / uur van 1996 tot 2002. Deze vertraging in de wind is ontdekt door een Spaans-Amerikaans team van wetenschappers, waaronder Richard French van Wellesley College in Massachusetts, die hun bevindingen rapporteren in het nummer van 5 juni van het tijdschrift Nature. (5 juni 2003, deel 423, blz. 623-625)
De wetenschappers (A. Sanchez-Lavega, S. Perez-Hoyos, JF Rojas en R. Hueso van Universidad Pais Vasco in Bilbao, Spanje, en Frans van Wellesley College) gebruikten Hubble Space Telescope (HST) -beelden van de geringde reuzenplaneet. ), mat de bewegingen van wolkkenmerken en stormsystemen op de geringde reuzenplaneet.
"Een van de grootste mysteries in de atmosferische wetenschappen is waarom de gigantische planeten Jupiter en Saturnus - enorme bollen die voornamelijk bestaan uit waterstof en helium - een afwisselend patroon van oost-westwinden hebben, die in richting variëren met de breedtegraad", legt French uit. “In tegenstelling tot winden op terrestrische planeten zoals de aarde, die voornamelijk door zonlicht worden aangedreven, hebben winden op de reuzenplaneten een extra energiebron in de warmte die uit hun diepe binnenste ontsnapt. Hoewel de kracht van deze binnenwarmte slechts een fractie is van het zonlicht op aarde, zijn de winden van de gigantische planeten tien keer intenser dan aardse winden. "
De rol van deze inwendige energiebronnen bij het ondersteunen van deze sterke winden in gigantische planeten en het begrijpen waarom de maximale snelheid op de evenaar wordt bereikt, vormen grote uitdagingen voor theorieën over atmosferische beweging in planeten en sterren.
Er zijn momenteel twee heel verschillende verklaringen voor het systeem van jets op gigantische planeten. Aan het ene uiteinde wordt aangenomen dat de winden zich zeer diep uitstrekken tot in het binnenste van de planeet, waarbij ze de warmte die vrijkomt van de planeet aanboren om hun bewegingen te sturen. Aan de andere kant wordt de atmosferische circulatie gemodelleerd zoals op de terrestrische planeten, aangedreven door de zonnewarmte die is afgezet in een ondiepe bovenste atmosferische laag. Beide verklaringen hebben belangrijke nadelen en geen van beide kan de sterke equatoriale winden verklaren.
Een manier om deze modellen te testen, is door het langetermijngedrag van de wind te analyseren door hun gevoeligheid te meten voor veranderingen in de hoeveelheid zonlicht als gevolg van seizoensinvloeden of andere invloeden. Eerdere studies toonden aan dat de wind van Jupiter vrij stabiel is en niet gevoelig voor seizoensveranderingen, maar er was weinig bekend over Saturnus, waarvan de gedempte wolkkenmerken veel moeilijker te meten zijn.
Met behulp van de hoge resolutie van de Wide Field Planetary Camera aan boord van de HST heeft het Spaans-Amerikaanse team genoeg wolkenelementen in Saturnus kunnen volgen om de windsnelheid over een breed scala aan breedtegraden te meten. De equatoriale winden gemeten in 1996-2001 zijn slechts half zo sterk als in 1980-81, toen het Voyager-ruimtevaartuig de planeet bezocht. De winderige stralen ver van de evenaar zijn daarentegen stabiel gebleven en vertonen een sterke hemisferische symmetrie die niet in Jupiter wordt aangetroffen.
Het verschillende gedrag van de wind van Saturnus zou een eenvoudige verklaring kunnen hebben, merken de wetenschappers op. De lange seizoenscyclus in de atmosfeer van Saturnus (één Saturnusjaar is ongeveer dertig terrestrische jaren) en de equatoriale schaduwwerking door de gigantische ringen van de planeet zou de plotselinge vertraging van de equatoriale winden kunnen verklaren. In plaats van gebonden te zijn aan het diepe binnenste van Saturnus, voornamelijk aangedreven door interne warmte, zouden de equatoriale winden gedeeltelijk een ondiep oppervlakfenomeen kunnen zijn, dat ook beïnvloed wordt door seizoensgebonden variaties in zonlicht. In feite is het equatoriale gebied van Saturnus de locatie geweest van gigantische stormsystemen, zoals die in 1990 en 1994. Deze stormen hebben mogelijk sterke dynamische veranderingen teweeggebracht, die mogelijk hebben geleid tot de waargenomen verzwakking van de equatoriale winden.
Een andere mogelijkheid is dat de door het team gemeten winden zich op grotere hoogten bevinden, waar de wind waarschijnlijk in snelheid afneemt. In het Nature-artikel merkt het team op dat de niet-equatoriale winden van Saturnus in deze periode onveranderd zijn gebleven en in dit opzicht op Jupiter lijken, wat erop wijst dat deze winden dieper zouden kunnen wortelen.
Nieuwe HST-waarnemingen door het Spaans-Amerikaanse team staan gepland voor eind dit jaar. De nieuwe gegevens en de beeldvorming met hoge resolutie die de NASA-ESA Cassini-orbitale missie zal verkrijgen, die naar verwachting medio 2004 in Saturnus zal aankomen, zullen hen en andere wetenschappers in staat stellen te vernemen of het huidige windpatroon zal aanhouden of in de loop van de koers zal veranderen van de seizoenscyclus van Saturnus. In beide gevallen, merkt Frans op, "zullen deze resultaten belangrijke tests zijn voor ons theoretisch begrip van winden op de reuzenplaneten."
Oorspronkelijke bron: Wellesley College News Release
