Анализ архивных данных, собранных миссией «Кассини-Гюйгенс», привёл к неожиданному открытию: структура защитного магнитного пузыря Сатурна оказалась куда более причудливой, чем предполагалось ранее. Выяснилось, что стремительное вращение планеты-гиганта способно кардинальным образом трансформировать окружающее её космическое пространство, бросая вызов устоявшимся представлениям о магнитосферах планет.
В исследовании, обнародованном на страницах Nature Communications, приняли участие доктор Лисия Рэй и доктор Сара Бэдман из Ланкастерского университета, а также доктор Крис Арридж, чья научная карьера прежде была связана с этим же учебным заведением. Полученные результаты подкрепляют давнюю гипотезу о том, что у массивных планет с высокой скоростью вращения, подобных Сатурну, собственное движение играет более весомую роль в формировании магнитосферы, нежели потоки солнечного ветра.
Сама миссия «Кассини», реализованная совместными усилиями НАСА, Европейского космического агентства (ЕКА) и Итальянского космического агентства (ASI), была нацелена на всестороннее изучение Сатурна — его колец, многочисленных спутников и окружающей плазменной среды. Аппарат находился на орбите газового гиганта на протяжении 2004–2017 годов, что обеспечило уникальный массив наблюдений, который продолжает приносить плоды и поныне.
Вращение Сатурна переписывает сценарий взаимодействия с солнечным ветром
Солнечный ветер, представляющий собой непрерывный поток заряженных частиц, испускаемых Солнцем, постоянно бомбардирует планеты. Магнитосфера же служит своеобразным щитом — областью пространства, где магнитное поле планеты отражает эти частицы. Однако в приполярных зонах существуют воронкообразные каналы, известные как каспы, через которые солнечное вещество получает возможность напрямую проникать в атмосферу.
Группа учёных обратилась к наблюдениям, регистрировавшимся аппаратом «Кассини» в период с 2004 по 2010 год, чтобы с высокой точностью установить локализацию каспов Сатурна. Сопоставив полученные координаты с земными аналогами, исследователи обнаружили разительное отличие. Оказалось, что мощное вращение Сатурна буквально «сдвигает» касп с околополуденных позиций в сторону вечерних. В среднем этот канал смещается во второй половине дня — между 13:00 и 15:00 по местному времени, а в отдельных случаях границы проникновения частиц достигают 20:00.
Столь заметный сдвиг к сумеркам — явное указание на то, что скорость вращения планеты способна фундаментально видоизменять облик её космического окружения. Это, в свою очередь, влечёт за собой серьёзные последствия для моделирования магнитного пересоединения, процессов ускорения частиц до высоких энергий и природы интенсивных полярных сияний Сатурна.
«Этот результат позволяет нам продвигаться вперёд, вооружившись новыми и усовершенствованными теориями о том, каким образом планетарные магнитосферы взаимодействуют с солнечным ветром», — подчёркивает доктор Лисия Рэй.
Ключевое различие между Землёй и Сатурном кроется в динамике их вращения. Наша планета совершает оборот за 24 часа, и форма земной магнитосферы определяется главным образом равновесием между напором солнечного ветра и собственным магнитным полем Земли. Именно поэтому земной касп располагается практически вблизи полуденного меридиана.
Сатурн же демонстрирует принципиально иную картину. Его сутки длятся всего 10,7 часа, а магнитосфера планеты дополнительно насыщена ионизированным веществом, источником которого служит спутник Энцелад. Совокупность высокой скорости вращения и обилия заряженного материала приводит к тому, что давление магнитного поля планеты и её быстро вращающегося диска ионизированной плазмы уравновешивает давление солнечного ветра. Именно эти силы, как полагают исследователи, объясняют, почему каспы Сатурна смещены к послеполуденным и вечерним часам гораздо сильнее, чем аналогичные структуры на Земле.
Архив «Кассини» продолжает раскрывать тайны газового гиганта
Сделанное открытие способно углубить понимание механизмов, порождающих яркие полярные сияния Сатурна, а также уточнить представления о процессах, протекающих в его магнитосфере. Как поясняет доктор Рэй, расположение каспов во второй половине дня напрямую влияет на интерпретацию свечения в атмосфере планеты и на предсказание зон, где происходит магнитное пересоединение — взрывной процесс, генерирующий частицы с энергиями в киловольтах и выше. «Это также открывает богатое поле для научной работы, которую по-прежнему можно вести с использованием данных „Кассини» спустя более восьми лет после завершения миссии», — добавляет исследовательница.