Журналист: Новостной сайт «Новости Космоса»
На этом изображении показана асимметричная температурная структура, обнаруженная в статье, как она наблюдалась с помощью JWST. Они смещаются из того места, где потоки втекают на планету и уносятся из нее, но в конечном итоге именно ветры, зависящие от температурного смещения, и являются движущей силой этих течей. Авторы и права: НАСА/ЕКА/CSA, Том Сталлард (Университет Нортумбрии), Мелина Тевено, Макарена Гарсия Марин (STScI/ЕКА).
На протяжении многих лет планета-гигант Сатурн, казалось, совершала нечто, противоречащее законам физики: измерения его вращения, ключевого параметра для газовых гигантов, демонстрировали изменчивость во времени. Создавалось впечатление, будто планета то ускоряла, то замедляла своё собственное вращение, что ставило астрономов в тупик. Однако, как сообщается на портале «Новости Космоса», исследователи, работающие с данными космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), наконец-то смогли разгадать эту многолетнюю загадку.
Новое исследование, опубликованное в престижном Журнале геофизических исследований: космическая физика, указывает на то, что впечатляющие полярные сияния Сатурна играют здесь первостепенную роль. Учёные выяснили, что именно эти сияния, порождённые солнечным циклом, запускают сложный каскад процессов, включающий генерацию тепла, формирование мощных ветров и возникновение электрических токов. Вся эта динамика, в свою очередь, приводит к тому, что измеряемая скорость вращения Сатурна может различаться в зависимости от выбранного метода наблюдения, создавая иллюзию его непостоянства.
Тайна коммутатора Сатурна
Корни этой загадки уходят на несколько десятилетий в прошлое, однако особую остроту она приобрела после того, как в 2004 году зонд НАСА «Кассини» зафиксировал постепенное, но отчётливое изменение скорости вращения планеты. Этот феномен, получивший название «тайна коммутатора Сатурна», было крайне сложно объяснить с точки зрения классической астрофизики, ведь планета не может просто так менять свой момент вращения за столь короткие промежутки времени.
Ещё в 2021 году группа исследователей под руководством профессора Тома Сталларда из Университета Нортумбрии выдвинула альтернативную гипотезу. Их работа показала, что собственное вращение Сатурна, скорее всего, оставалось стабильным. Проблема, по их мнению, крылась в том, что электрические сигналы, генерируемые полярными сияниями планеты, воздействовали на ветры в её верхних слоях атмосферы. Эти ветры, в свою очередь, изменяли те самые сигналы, которые учёные традиционно использовали для измерения периода вращения газового гиганта. Однако тогда один ключевой вопрос оставался без ответа: что же именно приводило в движение эти загадочные атмосферные ветры?
Джеймс Уэбб нанёс на карту аврору Сатурна
Чтобы найти окончательный ответ, профессор Сталлард вместе с коллегами из научных учреждений Великобритании и Соединённых Штатов обратились к возможностям космического телескопа Джеймса Уэбба. Команда провела беспрецедентное наблюдение за северной областью полярных сияний Сатурна на протяжении всего сатурнианского дня. Благодаря невероятному уровню детализации, который обеспечивает JWST, исследователям удалось составить точную карту этих явлений и проследить их эволюцию.
огло быть связано с инструментами окна.
Исследователи сосредоточились на инфракрасном свете, излучаемом молекулой, рассеиваемой как катион триводорода. Эта молекула находится в верхних слоях атмосферы Сатурна и служит индикатором температуры. Анализируя его свечение, команда создала самые сложные карты температуры и плотности заряженных частиц в авроральной области Сатурна.
Повышение точности было впечатляющим. Предыдущие измерения имели погрешность примерно в 50 градусов по Цельсию, что затруднило обнаружение тонких изменений. Наблюдения JWST были примерно в десять раз точнее, чем обнаруженные впервые местные особенности нагревания и охлаждения.
Самоподдерживающийся планетарный климатический двигатель
Новые данные точно соответствуют предсказаниям компьютерных моделей, разработанных более десяти лет назад. Однако модели работали только в том случае, если исходная температура нагрева находилась именно там, где наиболее сильные авроральные частицы входят в атмосферу Сатурна.
Результаты показывают, что полярное сияние Сатурна делает гораздо больше, чем просто создает ослепительное световое шоу.
Энергия, популярная полярным сиянием, нагревает область печи с атмосферой. Этот нагрев включает ветры, которые затем рисуют электрические токи. Эти токи помогают питать самополярное сияние, которое продолжает нагревать атмосферу и поддерживать весь цикл.
Ведущий исследователь профессор Том Сталлард сказал: «То, что мы видим, по сути, является планетарным тепловым насосом». Полярное сияние Сатурна нагревает его атмосферу, создает ветер, ветер создает потоки, питающие полярные сияния, и так продолжается. Система питается сама.
"На протяжении всей эволюции мы знали, что с видимой скоростью передачи сигнала Сатурна происходит что-то странное, но мы не могли это объяснить. Затем мы представляем, что его двигают атмосферные ветры, но мы еще не знали, почему эти ветры существуют. Эти новые наблюдения, ставшие возможными благодаря JWST, наконец, предоставили нам доказательства, необходимые для того, чтобы замкнуть эту петлю».
Последствия за поведение Сатурна
Это открытие может иметь значение далеко за пределами одной планеты.
Исследователи нашли доказательства того, что атмосфера и магнитосфера Сатурна сильно связаны. Магнитосфера — это обширная область космоса, образованная магнитным полем планеты. Геометрия в атмосфере, по-видимому, влияет на состояние магнитосферы, в то время как магнитосфера возвращает энергию обратно в атмосферу.
Продолжающийся обмен информацией может помочь объяснить, почему процесс остается стабильным в течение длительного периода времени.
Согласно наблюдениям, подобная взаимосвязь может меняться и на других планетах.
Профессор Сталлард добавил: «Этот результат меняет наше представление о планетарных атмосферах в целом. Если атмосферные условия планеты могут вытеснять потоки в окружающую космическую среду, то понимание того, что происходит в стратосферах других миров, может отражать взаимодействия, о которых мы еще даже не подозревали».
Международное исследование
Космический телескоп Джеймса Уэбба — ведущая в мире космическая научная обсерватория. Эскоп предназначен для изучения объектов Солнечной системы, изучения планет, вращения вокруг дальних звезд, а также изучения происхождения и эволюции Вселенной. Уэбб — это международный проект, возглавляемый НАСА в партнёрстве с ЕКА (Европейскими космическими агентствами) и CSA (Канадскими космическими агентствами).
Исследование было проведено исследователями из Университета Нортумбрии совместно с сотрудниками Бостонского университета, Университета Лестера, Университета Аберистуита, Университета Рединга, Имперского колледжа Лондона, Университета Ланкастера и Лабораторий прикладной физики Университета Джонса Хопкинса. Финансирование исследования было предоставлено Советом по науке и технологиям (STFC).