Атмосферная тайна Сатурна объясняется новыми данными Кассини из NASA

Новое картографирование верхней атмосферы планеты-гиганта показывает вероятную причину, по которой она такая горячая. Верхние слои в атмосфере газовых гигантов – Сатурн, Юпитер, Уран и Нептун – горячие, как и у Земли. Но в отличие от Земли, Солнце слишком далеко от этих внешних планет, чтобы объяснить высокие температуры. Их источник тепла был одной из давних загадок планетарной науки.

Новый анализ данных с космического корабля NASA “Кассини” находит жизнеспособное объяснение того, что так сильно нагревает верхние слои Сатурна и, возможно, других газовых гигантов: полярные сияния на северном и южном полюсах планеты. Электрические токи, вызванные взаимодействиями между солнечными ветрами и заряженными частицами от спутников Сатурна, разжигают полярные сияния и нагревают верхнюю атмосферу. (Как и в случае с северным сиянием Земли, изучение полярных сияний говорит ученым о том, что происходит в атмосфере планеты.)

Работа, опубликованная вчера, 6 апреля 2020 года в журнале “Природная астрономия”, является пока наиболее полным отображением как температуры, так и плотности верхней атмосферы газового гиганта – региона, который плохо изучен.

Создавая полную картину того, как тепло циркулирует в атмосфере, ученые лучше понимают, как электрические токи Авроры нагревают верхние слои атмосферы Сатурна и ведут ветры. Глобальная система ветра может распределять эту энергию, которая первоначально откладывается около полюсов в экваториальные области, нагревая их вдвое по сравнению с температурами, ожидаемыми только от солнечного нагрева.

“Результаты жизненно важны для нашего общего понимания планетарных верхних слоев атмосферы и являются важной частью наследия Кассини”, – сказал автор Томми Коскинен, член команды Cassini по ультрафиолетовому спектрофотографу (UVIS). – “Они помогают решить вопрос о том, почему верхняя часть атмосферы настолько горячая, а остальная часть атмосферы – из-за большого расстояния от Солнца – холодная”.

Управляемый Лабораторией реактивного движения NASA в Южной Калифорнии, Кассини был орбитальным аппаратом, который наблюдал Сатурн более 13 лет, прежде чем исчерпал запас топлива. Миссия погрузила его в атмосферу планеты в сентябре 2017 года, в частности, чтобы защитить ее спутник Энцелад, который, как обнаружил Кассини, мог содержать условия, подходящие для жизни. Но перед погружением Кассини выполнил 22 сближения с орбитой Сатурна, финальный полет был под названием Гранд Финал.

Именно во время Гранд Финала были собраны ключевые данные для новой температурной карты атмосферы Сатурна. В течение шести недель Кассини нацеливалась на несколько ярких звезд в созвездиях Ориона и Большой Пес, когда они миновали Сатурн. Когда космический корабль наблюдал, как звезды поднимаются и садятся за гигантскую планету, ученые проанализировали, как изменился свет звезды, когда он проходил через атмосферу.

Измерение плотности атмосферы дало ученым информацию, необходимую им для определения температуры. (Плотность уменьшается с высотой, а скорость снижения зависит от температуры.) Они обнаружили, что температура достигает максимума вблизи полярных сияний, что указывает на то, что полярные сияния нагревают верхнюю атмосферу.

И измерения плотности, и температуры вместе помогли ученым определить скорость ветра. Понимание верхней атмосферы Сатурна, где планета встречается с космосом, является ключом к пониманию космической погоды и ее влияния на другие планеты в нашей солнечной системе и экзопланеты вокруг других звезд.