Wie wird ein Tag auf einem Gasriesen gemessen?

Dass die Rotationsperiode der Massenmasse eines Planeten durch etwas mit dem Magnetfeld geschätzt wird, ist wahr.

Aber lassen Sie mich das vielleicht etwas ausführlicher erläutern.

Kein planetarisches Magnetfeld ist ein Dipol. Die Erde hat starke magnetische Anomalien über dem Atlantik, es kann ionische Störungen durch Monde wie Io geben, oder Ihr Magnetfeld ist einfach wirklich verrückt, wie Uranus und Neptun.

(Ein einfaches Modell niedriger Ordnung des Erdmagnetfelds, vom GFZ Potsdam)

Aber egal wie es aussieht, es wird normalerweise auf Breiten- und Längengraden konstant sein. Dies bedeutet insbesondere, dass das Feld und seine Verzerrungen irgendwie durch die Massenmasse des Planeten erzeugt werden, sonst würde sich das Feld im Fall der Erde relativ zu einer Oberflächenkarte bewegen. All dieses Gerede also nur, um folgendes festzustellen: Wir können die Formen des Magnetfelds so nehmen, als ob sie Oberflächenformen wären, und indem wir ihnen folgen, eine Rotationsgeschwindigkeit bestimmen.

Jetzt endet die Geschichte nicht dort. Während dies im Prinzip gut klingt, müssten wir, um dies in der Praxis durchzuführen, eine Sonde schicken und In-situ-Messungen dieser sich ändernden magnetischen Landschaft durchführen.

Aber was aus der Ferne und von der Erde aus getan werden kann, ist die Beobachtung ionosphärischer Muster. Da die Ionosphäre eines Planeten gut ionisiertes Gas ist, wird sie bei extrem niedrigen Drücken (ungefähr in der Größenordnung von Mikrobar bis Nanobar) mit dem Magnetfeld eingefroren, das die Partikel des Plasmas kreisen lässt. Das bedeutet, dass das ionosphärische Plasma der magnetischen Landschaft folgt und sich nun in eine Plasmalandschaft übersetzt. Diese Plasmalandschaft ist dann normalerweise von der Erde aus durch die von ihnen ausgesandten Funksignale beobachtbar. Es ist auch möglich, dies im Ultravioletten zu sehen, wenn es eine starke Plasmaaktivität durch Nordlichtbeschuss der oberen Atmosphäre eines Planeten gibt.

Für Ihre zweite Frage ist das ein einfaches Nein. Zunächst einmal gibt es keine „oberste“ Atmosphärenschicht, da die Dichte der Atmosphäre mit zunehmender Entfernung von dem betreffenden Planetenkörper kontinuierlich abnimmt.
Was Sie möglicherweise denken, sind die oberen Wolkenschichten, da sie sichtbar in einiger Höhe enden.
Aber Windgeschwindigkeiten werden viel mehr durch Druckgradienten bestimmt, die durch den Zentralstern erzeugt werden, der den Planeten erwärmt, und durch die Fähigkeit der Atmosphäre, sich abzukühlen.
Es gibt jedoch eine Klasse von Planeten, bei denen ein Zusammenhang zwischen den Windgeschwindigkeiten bei etwa 0,1 bar Druck und magnetischem Dynamo bestehen könnte. Das sind heiße Jupiter , die Atmosphären beherbergen, die möglicherweise ausreichend ionisiert sind, damit ihre Winde vom planetaren Magnetfeld gebremst werden können.
Dann gäbe es bei einem bestimmten Planetenfeld eine Grenzgeschwindigkeit. Dies ist jedoch immer noch ein Feld aktiver Forschung, aber es würde Ihnen eine „Beziehung“ zwischen den beiden geben.

Ich dachte lange Zeit, die Gasriesen dieses Tages würden gemessen, indem man darauf wartete, dass ein bestimmtes Merkmal auftauchte, wie Jupiters großer roter Fleck. Als ich es gerade nachgeschlagen habe, habe ich jedoch herausgefunden, dass dies durch Messen des Magnetfelds erfolgt. In diesem Artikel geht es speziell um Jupiter, aber ich stelle mir vor, Saturn zu messen ist ziemlich ähnlich,

Wissenschaftler waren schließlich in der Lage, Radioemissionen von Jupiters Magnetfeld zu verwenden, um die Rotationsperiode und -geschwindigkeit des Planeten zu berechnen. Während sich andere Teile des Planeten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen, wird die von der Magnetosphäre gemessene Geschwindigkeit als offizielle Rotationsgeschwindigkeit und Periode verwendet.

Ich fürchte, ich habe keine Antwort auf Ihre zweite Frage.

Es gibt bereits eine gute Antwort, aber es ist erwähnenswert, dass die Rotationsrate eines Planeten schlecht definiert ist, da sich viele Planeten wahrscheinlich nicht gleichmäßig drehen. Zum Beispiel stellen heiße Jupiter zonale Strömungen dar, sollte also die Rotationsrate des Planeten unter Berücksichtigung der Strömungen gemessen werden oder nicht?

Wir wissen nicht einmal, ob es in Gasriesen einen festen Kern gibt, also sollte die Frage nach der Rotationsrate lauten: „Gibt es eine Möglichkeit, das Rotationsratenprofil eines Planeten zu messen?“ und die Antwort ist ja, aber es ist wirklich schwierig. Dies ist beispielsweise eines der langfristigen Ziele der Juno-Mission. Indem Sie den Druck, die Dichte und die Zusammensetzung der Atmosphäre bei verschiedenen Radien messen, können Sie versuchen, ein allgemeines Zirkulationsmodell zu erstellen , das Ihnen die lokale Geschwindigkeit und damit die Rotationsrate liefert. Natürlich wird das Bild schwieriger, wenn man magnetische Felder betrachtet.