Дослідники з Університету Нортумбрії використали найпотужніший космічний телескоп, який коли-небудь створювався, щоб відповісти на одне з найдавніших запитань планетології — чому Сатурн обертається з різною швидкістю залежно від того, як її вимірювати?
Сигнали полярних сяйв Сатурна
Сатурн уже багато років залишається загадкою для науковців. Дані, отримані космічним апаратом Cassini NASA у 2004 році, свідчили про те, що швидкість обертання планети з часом повільно змінювалася — проте це не мало бути можливим, оскільки планета не може просто прискорювати чи уповільнювати своє обертання.
У 2021 році дослідження під керівництвом Тома Сталларда, професора планетної астрономії в Університеті Нортумбрії, показало, що ця загадка насправді зовсім не пов’язана з обертанням Сатурна. Натомість видимі зміни були спричинені вітрами у верхніх шарах атмосфери планети, які генерували електричні струми, що створювали оманливий сигнал полярного сяйва.
Однак ці висновки поставили перед дослідницькою групою ще одне запитання: якщо причиною цього ефекту були атмосферні вітри, то що ж саме спричиняло ці вітри? Нове дослідження, проведене професором Сталлардом та його колегами з Великої Британії та США, нарешті надало перші прямі докази відповіді на це питання.
За допомогою космічного телескопа James Webb команда безперервно спостерігала за північною полярною зоною Сатурна — аналогом північного сяйва на Землі — впродовж цілого сатурніанського дня, отримуючи детальні вимірювання, які були просто неможливі за допомогою будь-якого попереднього приладу.
Детальні температурні карти полярних областей
Аналізуючи інфрачервоне випромінювання молекули, відомої як катіон тригідрогену, яка утворюється у верхніх шарах атмосфери Сатурна і виконує роль природного термометра, науковці змогли скласти перші карти високої роздільної здатності, що відображають як температуру, так і щільність частинок у зоні полярних сяйв Сатурна.
Магазин від Universe Space Tech
Комплект журналів Місяць, Сонце та Юпітер & Сатурн
До товаруРівень деталізації був надзвичайним. Попередні вимірювання мали похибку близько 50 градусів Цельсія, що приблизно дорівнювало різниці, яку вчені намагалися виявити, й були отримані шляхом об’єднання великих ділянок гарячого полярного сяйва. Нові дані телескопа виявилися вдесятеро точнішими за попередні вимірювання, що дозволило команді науковців вперше скласти карту найдрібніших деталей нагрівання та охолодження у зоні полярних сяйв Сатурна.
Команда виявила, що ці температурні та щільнісні характеристики надзвичайно добре збігаються з прогнозами, зробленими за допомогою комп’ютерних моделей понад десять років тому, але лише за умови, що джерело тепла розташоване саме там, де основні випромінювання полярного сяйва потрапляють в атмосферу.
Планетарний тепловий насос
Це означає, що полярне сяйво Сатурна — не просто візуальне явище, а активне нагрівання атмосфери в конкретному місці. Це локальне нагрівання викликає вітри, які, своєю чергою, генерують електричні струми, відповідальні за полярне сяйво. Потім полярне сяйво знову нагріває атмосферу, підтримуючи весь цикл.
Головний дослідник, професор Том Сталлард, зазначив: «Те, що ми спостерігаємо, по суті, є планетарним тепловим насосом. Полярне сяйво Сатурна нагріває його атмосферу, атмосфера породжує вітри, вітри створюють течії, які живлять полярне сяйво, і так далі. Система самопідтримується».
Протягом десятиліть вчені знали, що з видимою швидкістю обертання Сатурна відбувається щось дивне, але не могли цього пояснити. Потім вони показали, що це спричиняють атмосферні вітри, але все ще не знали, чому ці вітри існують. Ці нові спостереження, які стали можливими завдяки телескопу ім. Джеймса Вебба, нарешті дають нам докази, необхідні для того, щоб замкнути це коло.
Взаємодія між атмосферою та магнітосферою
Ці висновки мають також більш широке значення. Дослідження свідчать про те, що процеси, які відбуваються в атмосфері Сатурна, безпосередньо впливають на умови в навколишній магнітосфері — величезній області космосу, сформованій магнітним полем планети, — яка повертає енергію назад у систему. Ця двостороння взаємодія між атмосферою та магнітосферою може допомогти пояснити, чому цей ефект є настільки стабільним і тривалим.
Професор Сталлард додав: «Цей результат змінює наше уявлення про атмосфери планет у цілому. Якщо атмосферні умови планети можуть спричиняти виникнення потоків у навколишньому космічному просторі, то розуміння того, що відбувається у стратосферах інших світів, може виявити взаємодії, про які ми навіть не уявляли».
Космічний телескоп James Webb — це провідна обсерваторія для космічних досліджень. Webb розгадує таємниці нашої Сонячної системи, заглядає за її межі до далеких світів навколо інших світил, а також досліджує загадкові структури та походження нашого Всесвіту і наше місце в ньому. Телескоп James Webb — це міжнародна програма, яку очолює NASA спільно зі своїми партнерами: ESA (Європейською космічною агенцією) та CSA (Канадською космічною агенцією).
За матеріалами phys.org
