Cassini Finds Saturn Sends Mixed Signals

Como um adolescente petulante, Saturno envia sinais confusos.

Dados recentes da nave  Cassini da NASA mostram que a variação nas ondas de rádio controladas pela rotação do planeta é diferente nos hemisférios norte e sul. Além do mais,as variações rotacionais no norte e no sul também parecem mudar com as estações Saturninas, e os hemisférios Têm realmente trocado as taxas, ou ritmos. Essas duas ondas de rádio, convertidas ao espectro de audição humana, podem ser ouvidas em um novo vídeo disponível online em: http://www.nasa.gov/multimedia/videogallery/index.html?media_id=74390781

"Estes dados apenas mostram quão estranho é Saturno," disse Don Gurnett,  chefe de equipe do Instrumento de Ondas de Rádio e Plasma da Cassini e professor de física da Universidade de Iowa, Iowa City, Estados Unidos.

"Nòs pensávemoas ter compreendido esses padrões de ondas de rádio em gigantes gasosos, já que Júpiter era tão certinho. Sem a longa estdia da Cassini, cientistas não teria entendido que as emissões de rádio de Saturno são tão diferentes."

Saturno emite ondas de rádio conhecidas como Radiação Quilométrica de Saturno, ou SKR abreviadamente. Para a Cassini, elas soam como explosões de uma sirente de ar giratória, já que as ondas de rádio variam com cada rotação do planeta. Esse tipo de padrão de onda de rádio havia sido usado em Júpiter para medir a taxa de rotação do planeta, mas em Saturno, como no caso dos adolescentes, a situação se revelou bem mais complicada.

Quando a nave-robô Voyager da NASA visitou Saturno no início dos anos 1980, as emissões de radiações indicavam que a duração do dia em Saturno era cerca de 10,66 horas.

Mas enquanto seu relógio continuou funcionando numa passagem da nave espacial Ulysses, da NASA/ESA e a  Cassini, a explosão de rádio variava entre segundos e minutos. Um artigo na Geophysical Research Letters em 2009 analisando dados da Cassini mostrou que a Radiação Quilométrica de Saturno  não é sequer um solo, mas um dueto, com dois cantores fora de sincronia.Ondas de Rádio emanando de local próximo ao polo norte tinham um período de cerca de 10,6 horas; ondas de rádio próximas ao polo sul tinham um período de cerca de 10,8 horas.

Um novo artigo dirigido por Gurnett que foi publicado na Geophysical Research Letters em dezembro de 2010 mostra que, em  recentes dados da Cassini, os períodos SRR do sul e do norte se cruzaram em torno de março de 2010, cerca de sete meses após o equinócio, quando o Sol brilha diretamente sobre o equador de um planeta. O período sul de SKR decresceu de cerca de 10,8 horas em 1º de janeiro de 2008 e cruzou com o período de SKR do norte por volta de 1º de março de 2010, a cerca de 10,67 horas. O período norte aumentou de cerca de 10,58 horas para aquele ponto de convergência.

Observando esse tipo de atravessamento levou os cientistas da Cassini a rever dados de visitas anterirores a Saturno. Sob  uma nova perspectiva, eles viram que os dados da Voyager obtidos em 1980, cerca de um ano após o equinócio de Saturno de 1979, mostraram diferentes trinados dos polos norte e sul de Saturno.

Eles também viram um efeito semelhante nos dados de rádio da Ulysses entre 1993 e 2000. Os períodos norte e sul detectados pela Ulysses convergiram e  and cruzaram por volta de Augusto de 1996, cerca de nove meses após o prévio equinócio de Saturno.

Os cientistas da Cassini  não creem que as diferenças nos períodos das ondas de rádio tivessem a ver com os hemisférios realmente rotacionando a taxas diferentes, mas muito mais provavelmente vieram de variações nos ventos de altas altitudes dos hemisférios norte e sul.

Dois outros artigos envolvendo pesquisadores da Cassini foram publicados em dezembro, com resultados complementares aos do instrumento de ondas de rádio e plasma - um por  Jon Nichols, da Universidade de Leicester, Reino Unido, na mesma edição do Geophysical Research Letters, e o outro, conduzido por David Andrews, também da Universidade de Leicester, no Journal of Geophysical Research.

No artigo de Nichols, dados to Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA  mostraram que as auroras do norte e do sul em Saturno oscilavam para a frente e para trás em latitude num padrão que combinava com as variações de rádio, de janeiro a março de 2009, pouco antes do equinócio.

Os dados de sinais de rádio e da aurora são  complementares porque estão ambos relacionados ao comportamento da bolha magnética em torno de Saturno, conhecida como a magnetosfera.

O artigo de Andrews,  um associado à equipe do magnetômetro da Cassini, mostrou que da metade de 2004 à metade de2009, o campo magnético de Saturno sobre os dois polos variou nos mesmos períodos separados que as ondas de rádio e a aurora.

"A chuva de elétrons na  atmosfera que produz as  auroras também causa as emissões de rádio e afeta o campo magnético, então cientistas acreditam que todas essas variações que vemos estão relacionadas à infuência variável do Sol sobre nosso planeta," disse Stanley Cowley, um coautor dos dois artigos, coinvestigator no Instrumento Magnetômetro da Cassini, e professor da Universidade de Leicester, Reino Unido.

À medida que o Sol segue subindo na direção do polo norte de Saturno, a equipe de Gurnett  continuou a observar a tendência de  atravesamento nos sinais de rádio através de 1º de Janeiro de 2011. O período dos sinais de ondas de rádio do sul continuou decrescendo por cerca de 10,54 horas, enquanto o período dos sinais de rádio do norte diminuiu para 10,71 horas.

Esta singular imagem do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA do início de 2009 mostra Saturno com as extremidades dos aneis voltadas para fora e ambos os polos à vista, oferecendo um encantadora visão dupla de suas tremulantes auroras.

This unique image from NASA/ESA's Hubble Space Telescope from early 2009 features Saturn with the rings edge-on and both poles in view, offering a stunning double view of its fluttering auroras.

Like a petulant adolescent, Saturn is sending out mixed signals.

Recent data from NASA's Cassini spacecraft show that the variation in radio waves controlled by the planet's rotation is different in the northern and southern hemispheres.

Moreover, the northern and southern rotational variations also appear to change with the Saturnian seasons, and the hemispheres have actually swapped rates. These two radio waves, converted to the human audio range, can be heard in a new video available online at: http://www.nasa.gov/multimedia/videogallery/index.html?media_id=74390781

"These data just go to show how weird Saturn is," said Don Gurnett, Cassini's radio and plasma wave science instrument team lead and professor of physics at the University of Iowa, Iowa City. "We thought we understood these radio wave patterns at gas giants, since Jupiter was so straightforward. Without Cassini's long stay, scientists wouldn't have understood that the radio emissions from Saturn are so different."

Saturn emits radio waves known as Saturn Kilometric Radiation, or SKR for short. To Cassini, they sound a bit like bursts of a spinning air raid siren, since the radio waves vary with each rotation of the planet. This kind of radio wave pattern had been previously used at Jupiter to measure the planet's rotation rate, but at Saturn, as is the case with teenagers, the situation turned out to be much more complicated.

When NASA's Voyager spacecraft visited Saturn in the early 1980s, the radiation emissions indicated the length of Saturn's day was about 10.66 hours. But as its clocking continued by a flyby of the joint ESA-NASA Ulysses spacecraft and Cassini, the radio burst varied by seconds to minutes. A paper in Geophysical Research Letters in 2009 analyzing Cassini data showed that the Saturn Kilometric Radiation was not even a solo, but a duet, with two singers out of sync. Radio waves emanating from near the north pole had a period of around 10.6 hours; radio waves near the south pole had a period of around 10.8 hours.

A new paper led by Gurnett that was published in Geophysical Research Letters in December 2010 shows that, in recent Cassini data, the southern and northern SKR periods crossed over around March 2010, about seven months after equinox, when the sun shines directly over a planet's equator. The southern SKR period decreased from about 10.8 hours on Jan. 1, 2008 and crossed with the northern SKR period around March 1, 2010, at around 10.67 hours. The northern period increased from about 10.58 hours to that convergence point.

Seeing this kind of crossover led the Cassini scientists to go back into data from previous Saturnian visits. With a new eye, they saw that NASA's Voyager data taken in 1980, about a year after Saturn's 1979 equinox, showed different warbles from Saturn's northern and southern poles. They also saw a similar kind of effect in the Ulysses radio data between 1993 and 2000. The northern and southern periods detected by Ulysses converged and crossed over around August 1996, about nine months after the previous Saturnian equinox.

Cassini scientists don't think the differences in the radio wave periods had to do with hemispheres actually rotating at different rates, but more likely came from variations in high-altitude winds in the northern and southern hemispheres. Two other papers involving Cassini investigators were published in December, with results complementary to the radio and plasma wave science instrument - one by Jon Nichols, University of Leicester, U.K., in the same issue of Geophysical Research Letters, and the other led by David Andrews, also of University of Leicester, UK,  in the Journal of Geophysical Research.

In the Nichols paper, data from the NASA/ESA Hubble Space Telescope showed the northern and southern auroras on Saturn wobbled back and forth in latitude in a pattern matching the radio wave variations, from January to March 2009, just before equinox. 

The radio signal and aurora data are complementary because they are both related to the behavior of the magnetic bubble around Saturn, known as the magnetosphere. The paper by Andrews, a Cassini magnetometer team associate, showed that from mid-2004 to mid-2009, Saturn's magnetic field over the two poles wobbled at the same separate periods as the radio waves and the aurora.

"The rain of electrons into the atmosphere that produces the auroras also produces the radio emissions and affects the magnetic field, so scientists think that all these variations we see are related to the sun's changing influence on the planet," said Stanley Cowley, a co-author on both papers, co-investigator on Cassini's magnetometer instrument, and professor at the University of Leicester.

As the sun continues to climb towards the north pole of Saturn, Gurnett's group has continued to see the crossover trend in radio signals through Jan. 1, 2011. The period of the southern radio signals continued to decrease to about 10.54 hours, while the period of the northern radio signals increased to 10.71 hours.