Ученые впервые за десятилетия раскрыли тайну вращения Сатурна

Ученые впервые детально проследили, как северные сияния на Сатурне воздействуют на атмосферу планеты и порождают иллюзию изменения скорости ее вращения. Исследование, проведенное с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, позволило разгадать загадку, десятилетиями ставившую астрономов в тупик. Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics (JGRSP).

Все началось в 2004 году, когда аппарат Cassini передал на Землю данные, буквально озадачившие научное сообщество. Измерения указывали на то, что скорость вращения Сатурна со временем меняется. Это выглядело крайне необычно: планеты попросту не способны заметно ускоряться или замедляться за столь короткие промежутки времени.

В 2021 году команда исследователей под руководством Тома Сталларда из Университета Нортумбрии выдвинула объяснение. Выяснилось, 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 природа этих загадочных ветров оставалась неизвестной.

Чтобы докопаться до сути явления, ученые обратились к телескопу Джеймса Уэбба. Он непрерывно наблюдал северное полярное сияние Сатурна на протяжении полного сатурнианского дня. Исследователи анализировали инфракрасное излучение иона H₃⁺ — молекулы, служащей индикатором температуры в верхней атмосфере газового гиганта.

Новые наблюдения оказались примерно в десять раз точнее всех предыдущих измерений. Они позволили составить самые детальные на сегодняшний день карты температур и распределения заряженных частиц в области полярных сияний. Именно благодаря этому ученые впервые обнаружили локальные зоны нагрева и охлаждения атмосферы.

Анализ выявил четкий механизм: 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 самоподдерживающийся 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 далеко за пределами изучения Сатурна. Оно демонстрирует, что атмосфера и магнитосфера планеты могут быть тесно связаны и постоянно обмениваться энергией. Исследователи предполагают, что подобные процессы могут происходить и на других планетах — как в Солнечной системе, так и за ее пределами.