Исследователи из Университета Нортумбрии использовали самый мощный космический телескоп, когда-либо созданный, чтобы ответить на один из самых древних вопросов планетологии — почему Сатурн вращается с разной скоростью в зависимости от того, как ее измерять?
Сигналы полярных сияний Сатурна
Сатурн уже много лет остается загадкой для учёных. Данные, полученные космическим аппаратом Cassini NASA в 2004 году, свидетельствовали о том, что скорость вращения планеты со временем медленно изменялась — однако это было невозможно, поскольку планета не может просто ускорять или замедлять свое вращение.
В 2021 году исследование под руководством Тома Сталларда, профессора планетной астрономии в Университете Нортумбрии, показало, что эта загадка действительно не связана с вращением Сатурна. Видимые изменения были вызваны ветрами в верхних слоях атмосферы планеты, которые генерировали электрические токи, создававшие обманчивый сигнал полярного сияния.
Однако эти выводы поставили перед исследовательской группой ещё один вопрос: если причиной этого эффекта были атмосферные ветры, то что же именно вызывало эти ветры? Новое исследование, проведённое профессором Сталлардом и его коллегами из Великобритании и США, наконец-то предоставило первые прямые доказательства ответа на этот вопрос
С помощью космического телескопа James Webb команда непрерывно наблюдала за северной полярной зоной Сатурна — аналогом северного сияния на Земле — в течение целого сатурнианского дня, получая подробные измерения, которые были просто невозможны с помощью любого предыдущего прибора.
Подробные температурные карты полярных областей
Анализируя инфракрасное излучение молекулы, известной как катион тригидрогена, образующейся в верхних слоях атмосферы Сатурна и выполняющего роль природного термометра, ученые смогли составить первые карты высокого разрешения, отражающие как температуру, так и плотность частиц в зоне полярных сияний.
Уровень детализации был потрясающим. Предыдущие измерения имели погрешность около 50 градусов Цельсия, что примерно соответствовало разнице, которую ученые пытались обнаружить, и были получены путем объединения обширных участков горячего полярного сияния. Новые данные телескопа оказались в десять раз точнее предыдущих измерений, что позволило команде ученых впервые составить карту мельчайших деталей нагрева и охлаждения в зоне полярных сияний Сатурна.
Команда обнаружила, что эти температурные и плотностные характеристики очень хорошо совпадают с прогнозами, сделанными с помощью компьютерных моделей более десяти лет назад, но только при условии, что источник тепла расположен именно там, где основные излучения полярного сияния попадают в атмосферу.
Планетарный тепловой насос
Это значит, что полярное сияние Сатурна — не просто визуальное явление, а активное нагревание атмосферы в конкретном месте. Этот локальный нагрев вызывает ветры, которые, в свою очередь, генерируют электрические токи, ответственные за полярное сияние. Затем полярное сияние снова нагревает атмосферу, поддерживая весь цикл.
Главный исследователь, профессор Том Сталлард, отметил: «То, что мы наблюдаем, по сути, является планетарным тепловым насосом. Полярное сияние Сатурна нагревает его атмосферу, атмосфера порождает ветры, ветры создают течения, питающие полярное сияние, и так далее. Система самоподдерживается».
В течение десятилетий ученые знали, что с видимой скоростью вращения Сатурна происходит нечто странное, но не могли этого объяснить. Затем они показали, что это вызывают атмосферные ветры, но все еще не знали, почему эти ветры существуют. Эти новые наблюдения, которые стали возможны благодаря телескопу им. Джеймса Уэбба, наконец дают нам доказательства, необходимые для того, чтобы замкнуть этот круг.
Взаимодействие между атмосферой и магнитосферой
Эти выводы имеют более широкое значение. Исследования свидетельствуют о том, что происходящие в атмосфере Сатурна процессы непосредственно влияют на условия в окружающей магнитосфере — огромной области космоса, сформированной магнитным полем планеты, — которая возвращает энергию обратно в систему. Это двустороннее взаимодействие между атмосферой и магнитосферой может помочь объяснить, почему этот эффект настолько стабильный и длительный.
Профессор Сталлард добавил: «Этот результат меняет наше представление об атмосферах планет в целом. Если атмосферные условия планеты могут повлечь за собой возникновение потоков в окружающем космическом пространстве, то понимание того, что происходит в стратосферах других миров, может выявить взаимодействия, о которых мы даже не представляли».
Космический телескоп James Webb — это ведущая обсерватория для космических исследований. Webb раскрывает тайны нашей Солнечной системы, заглядывает за ее пределы к далеким мирам вокруг других звезд, а также исследует загадочные структуры и происхождение нашей Вселенной и наше место в ней. Телескоп Джеймса Уэбба — это международная программа, которую возглавляет NASA совместно со своими партнерами: ESA (Европейским космическим агентством) и CSA (Канадским космическим агентством).
По материалам phys.org
