Що робить атмосферу Сатурна такою гарячою?

Верхні шари атмосфер газових гігантів Сатурна, Юпітера, Урана і Нептуна гарячі, як і Земля. Але на відміну від Землі, Сонце знаходиться занадто далеко від цих зовнішніх планет, щоб пояснити високі температури. Джерело їх тепла було однією з найбільших загадок планетарної науки.

Про це розповідають в Університеті Аризони.

Новий аналіз даних з космічного корабля "Кассіні" надає життєздатне пояснення того, що підтримує верхні шари Сатурна та, можливо, інших газових гігантів, такими гарячими: аврори на північному та південному полюсах планети. Електричні струми, викликані взаємодією між сонячним вітром та зарядженими частинками місяців Сатурна, запалюють аврори та нагрівають верхню атмосферу. (Як з північними сяйвами Землі, вивчення аврор говорить вченим, що відбувається в атмосфері планети.)

Робота, яка була опублікована 6 квітня в Nature Astronomy, є найповнішим картуванням як температури, так і щільності верхніх шарів атмосфери газового гіганта - регіону, який недостатньо вивчений.

"Розуміння динаміки дійсно вимагає глобального погляду. Цей набір даних вперше дозволяє нам подивитися на верхню атмосферу від полюса до полюса, а також бачити, як температура змінюється з глибиною", - сказала Зарах Браун, провідний автор дослідження і аспірант Місячної та планетарної лабораторії Університету Аризони.

Побудувавши повне уявлення про те, як тепло циркулює в атмосфері, вчені зможуть краще зрозуміти, як електричні струми аврори нагрівають верхні шари атмосфери Сатурна та управляють вітрами. Глобальна система вітрів може розподіляти цю енергію, яка спочатку осідає біля полюсів, у напрямку до екваторіальних областей, нагріваючи їх до температур, вдвічі більших, ніж очікувані від нагрівання сонця.

"Результати є життєвоважливими для нашого загального розуміння верхніх атмосфер планет і є важливою частиною спадщини Кассіні", - сказав співавтор дослідження Томмі Коскінен, член команди Ультрафіолетового візуального спектрографа Кассіні. "Вони допомагають вирішити питання, чому верхня частина атмосфери така гаряча, тоді як решта атмосфери - через велику відстань від Сонця - холодна".

Керований Лабораторією реактивного руху НАСА в Південній Каліфорнії, Кассіні був орбітальним апаратом, який спостерігав за Сатурном більше 13 років, перш ніж вичерпати свої запаси палива. Місія занурила його в атмосферу планети у вересні 2017 року, частково для захисту місяця Енцелад, який, як виявив Кассіні, може містити придатні для життя умови. Але перед тим, як зануритися, Кассіні здійснив 22 ультра-близькі оберти навколо Сатурна, заключний з яких назвали "Гранд фінал".

Саме під час Гранд Фіналу були зібрані ключові дані для нової температурної карти атмосфери Сатурна. Протягом шести тижнів Кассіні націлювався на кілька яскравих зірок у сузір'ях Оріона та Каніс-Майора, коли вони проходили за Сатурном. Коли космічний корабель спостерігав, як зірки сходять і заходять за гігантську планету, вчені проаналізували, як змінювалося світло зірок, проходячи крізь атмосферу.

Вимірювання того, наскільки щільною є атмосфера, надало вченим необхідну інформацію для знаходження температур. Щільність зменшується з висотою (над поверхнею планети), а швидкість зниження залежить від температури. Вони виявили, що температура сягає піку біля аврор, що свідчить про те, що електричні струми аврор нагрівають верхню атмосферу.

Вимірювання щільності та температури одночасно допомогли вченим визначити швидкість вітру. Розуміння верхніх шарів атмосфери Сатурна, де планета зустрічається з космосом, є ключовим для розуміння космічної погоди та її впливу на інші планети нашої Сонячної системи та екзопланети навколо інших зірок.

"Навіть незважаючи на те, що було знайдено тисячі екзопланет, тільки планети в нашій Сонячній системі можуть бути вивчені так детально. Завдяки Кассіні ми маємо більш детальну картину верхньої атмосфери Сатурна зараз, ніж будь-якої іншої планети-гіганта у Всесвіті", - сказала Браун.

Читайте ще цікаві новини про космос.