|
Многолетняя тайна Сатурна
|
|
|
|
Исследователи из Университета Нортумбрии использовали самый мощный из когда-либо созданных космических телескопов, чтобы ответить на одну из самых давних загадок в планетологии — почему Сатурн вращается с разной скоростью в зависимости от того, как вы его измеряете? Результаты, опубликованные в журнале Geophysical Research: Space Physics, впервые раскрывают сложные закономерности распределения тепла и электрически заряженных частиц в полярном сиянии Сатурна и показывают, что вся система управляется самоподдерживающейся петлей обратной связи, питаемой собственным северным сиянием планеты.
|
|
|
|
Сатурн уже много лет вызывает недоумение у ученых. Измерения, проведенные космическим аппаратом НАСА "Кассини" в 2004 году, показали, что скорость вращения планеты медленно меняется с течением времени, хотя это не должно было быть возможным, поскольку планета не может просто ускорить или замедлить свое вращение.
|
|
|
|
В 2021 году исследование, проведенное под руководством Тома Сталларда, профессора планетарной астрономии Университета Нортумбрии, показало, что загадка на самом деле вовсе не связана с вращением Сатурна. Вместо этого, очевидные изменения были вызваны ветрами в верхних слоях атмосферы планеты, которые создавали электрические токи, которые создавали вводящий в заблуждение сигнал полярного сияния.
|
|
|
|
Однако результаты исследования поставили перед исследовательской группой еще один вопрос: если атмосферные ветры были ответственны за этот эффект, то что вызывало эти ветры?
|
|
|
|
|
|
|
Новое исследование, проведенное профессором Сталлардом и его коллегами из Великобритании и США, дало первые прямые доказательства ответа на этот вопрос.
|
|
|
|
Используя космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), команда ученых непрерывно наблюдала северное полярное сияние Сатурна — эквивалент северного сияния Земли — в течение целого сатурнианского дня, проводя детальные измерения, которые были просто невозможны ни с одним из предыдущих приборов.
|
|
|
|
Проанализировав инфракрасное свечение молекулы под названием тригидроген-катион, которая образуется в верхних слоях атмосферы Сатурна и действует как естественный термометр, исследователи смогли составить первые карты температуры и плотности частиц в области полярных сияний Сатурна с высоким разрешением.
|
|
|
|
Уровень детализации был исключительным. Предыдущие измерения имели погрешность около 50 градусов по Цельсию, что примерно соответствовало различиям, которые пытались обнаружить ученые, и были получены путем объединения обширных областей горячего полярного сияния. Новые данные JWST оказались в десять раз точнее предыдущих измерений, что позволило команде впервые составить карту мельчайших деталей нагрева и охлаждения в области полярных сияний Сатурна.
|
|
|
|
Команда обнаружила, что эти характеристики температуры и плотности удивительно хорошо согласуются с прогнозами, сделанными компьютерными моделями более десяти лет назад, но только в том случае, если источник тепла расположен именно там, где основные полярные сияния попадают в атмосферу.
|
|
|
|
Это означает, что полярное сияние Сатурна — это не просто визуальное проявление, оно активно нагревает атмосферу в определенном месте. Это локальное нагревание приводит в движение ветры, которые, в свою очередь, генерируют электрические токи, ответственные за полярное сияние. Затем полярное сияние снова нагревает атмосферу, поддерживая весь цикл.
|
|
|
|
Ведущий исследователь, профессор Том Сталлард, сказал: "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.
|
|
|
|
"В течение десятилетий мы знали, что с видимой скоростью вращения Сатурна происходит что-то странное, но мы не могли этого объяснить. Затем мы показали, что это вызвано атмосферными ветрами, но мы все еще не знали, почему эти ветры существуют. Эти новые наблюдения, ставшие возможными благодаря JWST, наконец-то дают нам доказательства, необходимые для того, чтобы замкнуть этот круг".
|
|
|
|
Полученные результаты также имеют более широкое значение. Исследование предполагает, что происходящее в атмосфере Сатурна напрямую влияет на условия в окружающей его магнитосфере — обширной области пространства, формируемой магнитным полем планеты, — которая, в свою очередь, возвращает энергию в систему. Эта двусторонняя связь между атмосферой и магнитосферой может помочь объяснить, почему эффект настолько стабилен и продолжителен.
|
|
|
|
Профессор Сталлард добавил: "Этот результат меняет наши представления об атмосферах планет в целом. Если атмосферные условия планеты могут вызывать потоки в окружающем космическом пространстве, то понимание того, что происходит в стратосферах других миров, может выявить взаимодействия, которые мы пока даже не представляли".
|
|
|
|
Космический телескоп Джеймса Уэбба - крупнейшая в мире научная обсерватория в области космонавтики. "Уэбб" разгадывает тайны нашей Солнечной системы, заглядывает в далекие миры, вращающиеся вокруг других звезд, и исследует таинственные структуры и происхождение нашей Вселенной, а также наше место в ней. Webb - это международная программа, возглавляемая НАСА совместно со своими партнерами, ESA (Европейским космическим агентством) и CSA (Канадским космическим агентством).
|
|
|
|
Исследование было проведено исследователями из Университета Нортумбрии совместно с сотрудниками Бостонского университета, Лестерского университета, Аберистуитского университета, Университета Рединга, Имперского колледжа Лондона, Ланкастерского университета и Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса. Исследование было проведено при поддержке Совета по научно-техническому обеспечению (STFC).
|
|
|
|
Источник
|
