Geysire auf Enceladus verschleiern die Länge des Saturn Tages

23. März 2007:

In einer David und Goliath Geschichte, mit Größenordnungen von Saturn´s Ausmaßen, beeinflusst der kleine Mond Enceladus das riesige Magnetfeld des Planeten so sehr, dass es sich langsamer dreht als der Planet selber. Dieses Phänomen macht es fast unmöglich die Länge eines Tages auf Saturn mit herkömmlichen Mitteln, die bei anderen Riesenplaneten funktionieren, zu messen.

"Niemand hätte erwartet, dass der kleine Mond Enceladus solch einen Einfluss auf die Radiotechnik hat, die jahrelang genutzt wurde, um die Länge eines Saturntages zu bestimmen," sagt Dr. Don Gurnett, von der University of Iowa, Iowa City. Gurnett ist der leitende Forscher für das Radio- und Plasmawellen Experiment an Bord von NASA's Cassini Raumschiff. Die Radiotechnik misst die Rotation des Planeten durch Bestimmung seiner Pulsrate -- dem Rhythmus des natürlichen Radiosignals vom Planeten.

Bild Rechts: Geysire auf Saturn's kleinem Mond Enceladus bringen die interne Uhr des Planeten durcheinander und machen es schwer die Länge eines Saturntages zu messen.  Image credit: NASA/JPL

Eine neue Untersuchung von Cassini Daten diese Woche zeigten, dass Saturn´s Magnetfeldlinien, unsichtbare Linien, die aus dem Inneren des Planeten stammen, durch den Druck von elektrisch geladenen Teilchen, die von Geysiren auf Enceladus stammen, welche Wasserdampf und Eis abgeben, in eine Bewegung relativ zur Rotation des Planeten gezwungen werden. Diese Ergebnisse stammen aus einer gemeinsamen Beobachtung mit Hilfe von 2 Instrumenten auf Cassini -- dem Radio und Plasma Instrument, sowie dem Magnetometer.

Die neutralen Gasteilchen, die von den Geysiren auf Enceladus abgegeben werden, formen einen donut-ähnlichen Torus um Saturn herum. Wenn diese Teilchen sich elektrisch aufladen, werden sie von Saturn´s Magnetfeld eingefangen, und formen eine Scheibe aus ionisiertem Gas, oder Plasma, dass den Planeten nahe dem Äquator umkreist. Die Teilchen verlangsamen das Magnetfeld so stark, dass die Rotationsrate der Plasmascheibe etwas verlangsamt wird. Diese Verschiebung sorgt dafür, dass die Radioperiode, kontrolliert durch die Rotation der Plasmascheibe, länger ist, als die Rotationsperiode des Planeten.
 

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Wissenschaftler folgerten, dass die Periode, die Cassini gemessen hat, nicht die Länge des Saturntages ist, sondern die Rotationsperiode der Plasmascheibe. Derzeit ist aufgrund der Wolkenbewegung keine Technik bekannt, mit der man die interne Rotation des Planeten messen könnte.

Die Bsestimmung der Länge eines Saturntages war schon immer eine Herausforderung, weil der gasförmige Planet keine Oberfläche oder einen Fixpunkt besitzt, um seine Rotationsrate zu bestimmen. Der erste Ansatz war es, die periodisch, regulären Radiosignale zu nutzen, wie es vorher schon bei Jupiter, Uranus und Neptun gemacht wurde.

Es stellte sich jedoch heraus, dass Saturn´s Radioperiode auf zwei Arten problematisch ist. Es scheint ein gepulstes Signal zu sein, anstelle eines rotierenden Signals, so wie der Lichtstrahl eines Leuchtturms. Zum Zweiten sieht es so aus, dass sich die Periode langsam mit der Zeit verändert. Die Tageslänge, die Cassini gemessen hat, ist etwa 6 Minuten länger, als die Länge, die in den frühen 80ern von NASA´s Voyager Raumschiff aufgezeichnet wurde; eine Veränderung von fast einem Prozent.

"Wir haben das pulsierende Radiosignal mit dem rotierenden magnetischen Signal in Verbindung gebracht. Eine Asymmetrie im Feld löst bei der Rotation von Saturn´s Magnetfeld einen Ausbruch von Radiowellen aus," sagt Dr. David Southwood, vom Imperial College London, und Wissenschaftsdirektor bei der ESA. "Wir haben dann beide Signale mit Material verknüpft, dass von Enceladus stammt."

Basierend auf den neuen Beobachtungen glauben Wissenschaftler nun, dass es zwei mögliche Gründe für die Veränderung der Radioperiode gibt. Die erste Theorie sagt, dass die Geysire auf Enceladus aktiver sein könnten, als zu Zeiten von Voyager. Die zweite Theorie sagt, dass es vielleicht saisonale Unterschiede gibt, da Saturn die Sonne alle 29 Jahre einmal umkreist. 

"Wenn die Geysire sehr aktiv wären, würde man vorhersagen, dass sich die Teilchen im Magnetfeld aufladen und die Verschiebung der Plasmascheibe steigern, wodurch sich die Radioemissionsperiode sogar noch mehr verstärken würde. Wenn die Geysire nicht so aktiv sind, würde es weniger Einfluss auf das Magnetfeld geben und daher eine geringere Verschiebung der Plasmascheibe, sowie eine kürzere Periode," sagt Grunett.

"Die direkte Verbindung zwischen Radiowellen, Magnetfeld und der inneren Planetenrotation wurde bisher als sicher angenommen. Saturn zeigt uns, dass wir weiter denken müssen," sagt Michele Dougherty, Forscherin an Cassini´s Magnetometer Instrument, vom Imperial College London.
 

Credit: NASA News Release