De daglengte van Saturnus is lang onbekend geweest. Een dag op Aarde duurt ongeveer 24 uur. Op Mars duurt een dag 24 uur, 37 minuten en 23 seconden. Dit is goed te meten door een vast punt op Mars te pakken en te wachten totdat deze na een bepaalde tijd weer terug op dezelfde plek is. Op de Aarde wachten we gewoon totdat de zon weer opkomt.

Maar hoe doe je dat voor een gasreus (een planeet die voornamelijk uit gassen bestaat) die geen vaste oriëntatie punten heeft? Een storm als punt pakken werkt niet. Deze beweegt immers naar een andere plek in de tijd dat de planeet rond draait. Pas sinds 2019 is bekend wat de daglengte van Saturnus is.

Hoe wordt de daglengte van een planeet bepaald?

Om de tijd te meten van een dag op Saturnus gebruiken Astronomen magnetische velden. Het magnetische veld van de Aarde wordt veroorzaakt door bewegende vloeibare geladen ijzeren deeltjes in de kern van de Aarde.

Op gasreuzen als Jupiter en Saturnus zijn dit bewegende vloeibare geladen waterstof deeltjes. Als een planeet roteert om zijn eigen as, beweegt ook het magnetisch veld mee. Dus als je kan meten wanneer het magnetisch veld terug keert op dezelfde plek, weet je ook hoelang de planeet over een rotatie om zijn eigen as heeft gedaan.

Zo een magnetisch veld is net een vuurtoren. Als deze naar je gericht staat geeft het een sterke straling af. Het mysterie van de tijdsduur van een dag is dan opgelost. Dit is echter makkelijker gezegd dan gedaan.

Magnetisch veld en veldlijnen
Een impressie hoe het magnetisch veld, aangegeven door de lijnen, eruit ziet. Door NASA

Elektronen die in het magnetische aanwezig zijn, geven radiogolven af. Die kunnen wij vervolgens detecteren. Aan de hand van de hoeveelheid gedetecteerde elektronen is af te leiden met welk deel van het magnetisch veld je te maken hebt.

Dit is hetzelfde als dat je aan de felheid van een vuurtoren kan zien of het licht recht op je afschijnt of net naast je schijnt. Helaas kunnen wij de radiogolven vanuit het magnetisch veld van Saturnus niet op Aarde waarnemen. De radiogolven van Saturnus zijn zo lang dat deze worden tegen gehouden door de atmosfeer.

Ontdekking daglengte Saturnus

Pas in de de jaren 80 van de vorige eeuw kregen we voor het eerst een tijd die we aan de daglengte van Saturnus konden verbinden toen Voyager 1 en Voyager 2 langs Saturnus vlogen. Zij schatte dat een dag op Saturnus 10 uur, 39 minuten en 45 seconden duurt.

In 2004 vloog de Cassini sonde langs Saturnus die net als de Voyager sondes de tijdsduur van het magnetisch veld observeerde. Cassini berekende een dag van 10 uur, 45 minuten en 45 seconden. Deze zes minuten verschil lijkt niet veel. Als eenzelfde foutmarge op de Aarde aanwezig zou zijn, zou een dag op Aarde ongeveer 15 minuten langer duren.

Cassini meet voor het eerst de daglengte van Saturnus
De Cassini-Huygens sonde doet metingen aan Saturnus. Door JPL/NASA

Als verklaring voor de verschillende metingen voor de daglengte van Saturnus, werden drie hypothesen gedaan.

  1. De metingen van ofwel Voyager of Cassini waren verkeerd. Dit was erg onwaarschijnlijk aangezien de metingen van de radiogolf stralingen erg makkelijk is. Er werd terug gekeken naar de data van zowel Voyager als Cassini. Bij beide data leek niks mis mee.
  2. De dag van Saturnus is daadwerkelijk met zes minuten vertraagd. Ook deze hypothese was onwaarschijnlijk. We weten van geen enkele kracht die de rotatie snelheid van een planeet om zijn as zo snel en zo veel kan veranderen. De dag van een planeet verandert wel, maar dat gebeurt geleidelijk over een hele lange tijd. De dag op Aarde duurt bijvoorbeeld elke eeuw 1,8 milliseconden langer door de gravitatie van de Maan.
  3. Er is nieuwe wetenschap waar we nog niks van af weten. Dit was de meest voor de hand liggende verklaring. Op een nog onbekende manier volgde het magnetisch veld niet de echte rotatie van Saturnus. Deze verklaring werd beter ondersteund toen onderzoekers een ander getal voor de dag van Saturnus kregen wanneer ze de radiogolven van het zuidelijk halfrond maten dan wanneer de radiogolven van het noordelijk halfrond werden gemeten.

Waarom was de data van de twee missies zo verschillend

Er werden twee mogelijke verklaringen gegeven voor de verschillende data die de dag van Saturnus moest bepalen.

  1. Enceladus is de veroorzaker van de fluctuaties in data. Enceladus is kleine maan van Saturnus van ongeveer 500 km. Deze maan spuwt via geisers enorme hoeveelheden water de ruimte in.
    Deze worden dan gesplitst in OH⁻, een negatief geladen deeltje, en H⁺, een positief geladen deeltje. Dat betekent veel meer geladen deeltjes in het magnetisch veld van Saturnus. Wanneer de geisers op Enceladus actiever zijn, komen er meer geladen deeltjes in het magnetisch veld. Er wordt gedacht dat wanneer er meer geladen deeltjes zijn, dit aan het magnetisch veld van Saturnus trekt en deze dus anders laat lopen dan de echte rotatie van Saturnus. Dus als de activiteit van de geisers verschillend was op het moment van Voyager en Cassini, verklaart dit het verschil.
  2. Maar waarom verschilt de tijd van de dag dan afhankelijk van welk halfrond er wordt gemeten? Dat komt door iets dat Saturnus en de Aarde met elkaar gemeen hebben: seizoenen. Saturnus helt 27°. Dit betekent dat Saturnus niet recht opstaat maar een beetje schuin. De Aarde helt met 23.5°. Afhankelijk van waar de planeet staat in de baan rond de Zon, wordt of het noordelijk halfrond door meer geladen deeltjes geraakt of het zuidelijk halfrond. Hierdoor veranderen ook het aantal radiogolven per halfrond en ligt het eraan wanneer en waar je de radiogolven meet om de lengte van een dag te meten.

Dit laat zien dat het meten van de daglengte via magnetische golven eigenlijk geen goede manier is. De daglengte hangt te veel af van wanneer en waar je meet. Dit heeft ook invloed op andere gasreuzen en ijsreuzen zoals Jupiter en Neptunus. Ook die daglengte zijn gemeten aan de hand van magnetische velden. Dus misschien wordt er in de toekomst een ander nummer gegeven aan de rotatie van dat soort planeten.

Een foto van Enceladus
Een foto van Enceladus. Door NASA

Hoe is de daglengte van Saturnus uiteindelijk bepaalt?

In 2019 gebruikte wetenschappers de ringen van Saturnus. De dunne ringen gemaakt van kleine asteroïde zijn enorm gevoelig voor kleine gravitatie verschillen vanuit Saturnus. Kleine verschillen in dichtheid binnen de kern van Saturnus hebben al invloed op de manier waarop de ringen bewegen. Dit laat dan een patroon achter op de ringen. Hiervan maakte de onderzoekers gebruik.

Zij hebben een model gemaakt van het binnenste van Saturnus, waaronder ook hoe Saturnus roteert. Dit staat los van alle radiogolf metingen waar eerder gebruik van werd gemaakt. Via deze nieuwe manier werd een daglengte gevonden van 10 uur, 33 minuten en 38 seconden.

Dit bevestigd ook het idee dat er inderdaad een kracht is die het magnetisch veld van Saturnus vertraagd. Deze indirecte manier van meten is tot nu toe het meest accuraat maar in geen enkele manier perfect.

Hoelang duurt een dag op andere planeten?

  • Mercurius heeft een daglengte van 58 dagen, 15 uur en 30 minuten
  • Jupiter heeft een daglengte van 9 uur, 55 minuten en 30 seconden
  • Neptunus heeft een daglengte van 16 uur en 6 minuten
  • Venus heeft een daglengte van 116 dagen en 18 uur
  • Pluto heeft een daglengte van 6 dagen en 9 uur
  • Uranus heeft een daglengte van 17 uur en 14 minuten

Wil je meer weten over de planeet Neptunus, lees later dan dit artikel over de planeet:

Planeet Neptunus en zijn manen uitgelegd