«Джеймс Уэбб» помог раскрыть многолетнюю загадку Сатурна
Самый мощный на сегодня космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) помог раскрыть загадку, годами ставившую в тупик ученых: почему кажется, что скорость вращения Сатурна меняется?
Окольцованная планета удивила исследователей в 2004-м. Тогда зонд «Кассини» измерил скорость ее вращения — и выдал невероятные результаты: гигант словно то ускорялся, то замедлялся.
Очевидно, что такого быть не может, и парадоксальное явление — следствие ошибки измерения. В 2021 году она получила объяснение: наблюдаемые изменения вызваны ветрами в верхних слоях атмосферы, которые генерируют электрические токи, создающие обманчивый сигнал полярного сияния.
Тогда встал закономерный следующий вопрос: что же служит причиной этих ветров? Ответ на него дало исследование в Journal of Geophysical Research: Space Physics, в основу которого легли наблюдения JWST.
Наблюдения за северной полярной областью велись непрерывно в течение полных сатурнианских суток. Это позволило получить детальные данные, которые были недоступны ни одному предыдущему инструменту.
Анализируя инфракрасное свечение трехатомного катиона водорода H3+, который образуется в верхней атмосфере Сатурна и служит своего рода природным термометром, ученые впервые создали карты высокого разрешения, отображающие как температуру, так и плотность частиц в области полярного сияния.
Детализация получилась выдающейся. Раньше погрешности измерений составляли около 50 градусов Цельсия — то есть были сопоставимы с теми различиями, которые исследователи пытались уловить, и к тому же выводились путем усреднения по обширным областям. Новые данные JWST оказались в десять раз точнее, что позволило команде впервые проследить мельчайшие детали нагрева и охлаждения в полярном регионе Сатурна.
Обнаружилось, что наблюдаемые картины распределения температуры и плотности поразительно точно совпадают с предсказаниями компьютерных моделей, сделанными более десяти лет назад. Но это совпадение достигается только в том случае, если источник тепла расположен точно в той области, где основные потоки частиц, вызывающих полярное сияние, входят в атмосферу.
Это означает, что полярное сияние Сатурна — не просто зрелищное явление. Оно сильно нагревает атмосферу в определенном месте. Локальный нагрев порождает ветры, которые, в свою очередь, генерируют электрические токи, ответственные за само полярное сияние. А сияние снова нагревает атмосферу, замыкая цикл.
«По сути, мы наблюдаем планетарный тепловой насос. Полярное сияние Сатурна нагревает атмосферу, атмосфера порождает ветры, ветры создают токи, которые питают полярное сияние, и так далее. Система сама себя подпитывает. Много лет мы видели что-то странное со скоростью вращения Сатурна, но не могли этого объяснить. Затем мы показали, что это вызвано атмосферными ветрами, но причина самих ветров оставалась неизвестной. Новые наблюдения, ставшие возможными благодаря JWST, наконец дали нам недостающее звено», — говорит профессор Том Столлард, ведущий автор исследования.
Стабильность эффекта можно объяснить двусторонним характером связи: атмосферные процессы влияют на состояние магнитосферы Сатурна, а та возвращает энергию обратно в систему.
«Этот результат меняет наше представление о планетных атмосферах в целом. Если условия в атмосфере планеты могут генерировать токи, уходящие в окружающее космическое пространство, то, изучая стратосферы других миров, мы, возможно, обнаружим взаимодействия, о которых пока даже не подозреваем», — подытожил Столлард.
