Новый анализ данных космического корабля НАСА Кассини находит жизнеспособное объяснение того, что держит верхние слои Сатурна и, возможно, других газовых гигантов такими горячими: полярные сияния на северном и южном полюсах планеты. Электрические токи, вызванные взаимодействием между солнечным ветром и заряженными частицами спутников Сатурна, вызывают полярные сияния и нагревают верхние слои атмосферы. (Как и в случае с северным сиянием Земли, изучение полярных сияний показывает ученым, что происходит в атмосфере планеты.)
Работа, опубликованная сегодня в журнале Nature Astronomy, представляет собой наиболее полное отображение как температуры, так и плотности верхней атмосферы газового гиганта – области, которая плохо изучена.
"Для понимания динамики действительно требуется глобальный взгляд. Этот набор данных – первый раз, когда мы смогли взглянуть на верхние слои атмосферы от полюса к полюсу, а также увидеть, как температура изменяется с глубиной ", – сказала Зара Браун, ведущий автор исследования и аспирантка Лунного университета Аризоны. и планетная лаборатория.
Создав полную картину того, как тепло циркулирует в атмосфере, ученые лучше понимают, как полярные электрические токи нагревают верхние слои атмосферы Сатурна и вызывают ветры. Глобальная ветровая система может распределять эту энергию, которая изначально откладывается около полюсов в сторону экваториальных областей, нагревая их до удвоенных температур, ожидаемых только от солнечного нагрева.
«Результаты имеют жизненно важное значение для нашего общего понимания верхних слоев атмосферы планеты и являются важной частью наследия Кассини», – сказал соавтор исследования Томми Коскинен, член команды Cassini’s Ultraviolet Imaging Spectograph. «Они помогают ответить на вопрос, почему верхние слои атмосферы такие горячие, а остальная часть атмосферы – из-за большого расстояния от Солнца – холодная."
Управляемый Лабораторией реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, Кассини был орбитальным аппаратом, который наблюдал за Сатурном более 13 лет, прежде чем исчерпал запас топлива. Миссия погрузила его в атмосферу планеты в сентябре 2017 года, отчасти чтобы защитить ее спутник Энцелад, который, как обнаружил Кассини, может содержать условия, подходящие для жизни. Но перед тем как совершить погружение, Кассини выполнил 22 сверхмалых орбиты Сатурна, заключительный тур, названный Гранд Финалом.
Именно во время грандиозного финала были собраны ключевые данные для новой температурной карты атмосферы Сатурна. В течение шести недель Кассини нацелился на несколько ярких звезд в созвездиях Ориона и Большого Пса, когда они проходили за Сатурном. Когда космический корабль наблюдал, как звезды поднимаются и заходят за гигантской планетой, ученые проанализировали, как изменился звездный свет при прохождении через атмосферу.
Измерение плотности атмосферы дало ученым информацию, необходимую для определения температуры.
Плотность уменьшается с высотой, и скорость уменьшения зависит от температуры. Они обнаружили, что пик температуры приходится на полярные сияния, что указывает на то, что полярные электрические токи нагревают верхние слои атмосферы.
Совместные измерения плотности и температуры помогли ученым определить скорость ветра.
Понимание верхних слоев 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.
"Несмотря на то, что были обнаружены тысячи экзопланет, только планеты в нашей солнечной системе могут быть изучены с такой детальностью. «Благодаря Кассини у нас есть более подробная картина верхних слоев атмосферы Сатурна прямо сейчас, чем у любой другой гигантской планеты во Вселенной», – сказал Браун.
Миссия Кассини-Гюйгенс – совместный проект НАСА, Европейского космического агентства и Итальянского космического агентства. Лаборатория реактивного движения НАСА, или JPL, подразделение Калифорнийского технологического института в Пасадене, управляет миссией Управления научной миссии НАСА в Вашингтоне.
JPL спроектировал, разработал и собрал орбитальный аппарат Кассини.