Ученые впервые подробно проследили, как северные сияния на Сатурне влияют на атмосферу планеты и создают иллюзию изменения скорости ее вращения. Исследование с использованием космического телескопа Джеймса Уэбба помогло решить загадку, которая десятилетиями ставила астрономов в тупик. Работа опубликована в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics (JGRSP).
Проблема возникла после наблюдений аппарата Cassini в 2004 году. Полученные данные указывали, что скорость вращения Сатурна со временем меняется. Это выглядело странно, поскольку планеты не могут заметно ускоряться или замедляться за столь короткие промежутки времени.
В 2021 году группа исследователей под руководством Тома Сталларда из Университета Нортумбрии предложила объяснение. Оказалось, что меняется не само вращение планеты, а электрические сигналы, связанные с полярными сияниями. На них воздействуют ветры в верхних слоях атмосферы, из-за чего расчеты скорости вращения оказываются искаженными. Однако происхождение этих ветров оставалось неизвестным.
Чтобы разобраться в механизме явления, ученые использовали телескоп Джеймса Уэбба. Он непрерывно наблюдал северное полярное сияние Сатурна в течение полного сатурнианского дня. Исследователи анализировали инфракрасное излучение иона H₃⁺ — молекулы, которая служит индикатором температуры в верхней атмосфере газового гиганта.
Новые наблюдения оказались примерно в десять раз точнее предыдущих измерений. Они позволили составить самые детальные карты температур и распределения заряженных частиц в области полярных сияний. Благодаря этому ученые впервые обнаружили локальные зоны нагрева и охлаждения атмосферы.
Анализ показал, что энергия, поступающая во время полярных сияний, нагревает определенные участки атмосферы. Возникающий температурный контраст запускает ветры, которые создают электрические токи. Эти токи, в свою очередь, поддерживают сами сияния, формируя замкнутый цикл.
«По сути, мы наблюдаем планетарный тепловой насос. Сияния нагревают атмосферу, атмосфера создает ветры, ветры порождают токи, которые подпитывают сияния. Система поддерживает сама себя», — объяснил Сталлард.
По словам авторов работы, открытие имеет значение не только для Сатурна. Оно показывает, что атмосфера и магнитосфера планеты могут быть тесно связаны и постоянно обмениваться энергией. Исследователи предполагают, что подобные процессы могут происходить и на других планетах Солнечной системы и за ее пределами.
Ранее физики нашли возможный след темной материи в столкновении черных дыр.