Телескоп «Уэбб» раскрыл многолетнюю загадку «странного» вращения Сатурна

Измерения, проведенные космическим аппаратом NASA «Кассини» в 2004 году, показали, что скорость вращения планеты медленно меняется с течением времени, хотя это нарушает все известные законы, поскольку планета не может просто ускорить или замедлить свое вращение. Ученые предположили, что на самом деле сигнал искажался процессами в атмосфере. 

Все о Сатурне: из чего состоит, сколько лететь и другие факты о «Властелине колец»

В 2021 году группа исследователей под руководством Тома Стэлларда из Нортумбрийского университета (Великобритания) подтвердила это, показав, что за иллюзию ответственны ветры в верхних слоях атмосферы, генерирующие электрические токи. Однако вопрос о том, что порождает их, оставался открытым. 

В новом исследовании эта же команда ученых использовала космический телескоп «Джеймс Уэбб» для непрерывного наблюдения северного полярного сияния Сатурна – эквивалента северного сияния на Земле. Сбор данных велся в течение полного сатурнианского дня (около 10,5 часа). На основе них исследователи впервые смогли построить высокодетальные карты нагрева и охлаждения в этой области. Точность новых измерений оказалась в 10 раз выше, чем во время предыдущих.

Выяснилось, что характеристики температуры и плотности удивительно хорошо согласуются с прогнозами, сделанными компьютерными моделями более 10 лет назад, но только при условии, что источник тепла расположен именно в месте входа основного потока заряженных частиц, вызывающих полярное сияние. Это означает, что полярное сияние Сатурна не просто светится, а активно нагревает атмосферу в локальной области. 

«То, что мы наблюдаем, по сути, является планетарным тепловым насосом. Полярное сияние Сатурна нагревает его атмосферу, атмосфера управляет ветрами, ветры создают потоки, которые питают полярное сияние, и так далее. Система питает сама себя», — пояснил Стаэллард.

Полученные результаты не только объясняют многолетнюю загадку, но и имеют более широкое значение. Они показывают прямую двустороннюю связь между атмосферой планеты и ее магнитосферой — обширной областью, формируемой магнитным полем. Это открывает новые перспективы для изучения других планет – как внутри, так и за пределами Солнечной системы.

Ранее телескопы «Уэбб» и «Хаббл» получили самые точные изображения Сатурна. На новых снимках исследователи детально рассмотрели, как ведут себя облака планеты, ее «шестиугольный» атмосферный вихрь, кольца и полюса. 

Иллюстрация NASA/ESA/CSA, Tom Stallard (Northumbria University), Melina Thévenot, Macarena Garcia Marin (STScI/ESA).