Международная группа астрономов с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» раскрыла многолетнюю загадку аномального вращения Сатурна. Данные, полученные в ходе наблюдений, указывают на существование уникального планетарного теплового двигателя, работающего за счет полярных сияний газового гиганта. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics.
Проблема динамики вращения Сатурна оставалась нерешенной на протяжении двух десятилетий. В 2004 году американский космический аппарат «Кассини» зафиксировал странное явление: скорость вращения планеты вокруг своей оси периодически менялась. Поскольку крупные небесные тела не могут замедлять или ускорять свое вращение за столь короткие промежутки времени, ученые предположили наличие системной ошибки в методах измерений. Скорость вращения газовых гигантов традиционно определяют по периодичности их радиоизлучения, связанного с магнитным полем.
В 2021 году группа исследователей под руководством профессора Тома Сталларда из Нортумбрийского университета выяснила, что физическая скорость вращения Сатурна остается стабильной. Искажения в регистрируемые сигналы вносили мощные ветры в верхних слоях атмосферы планеты. Эти ветры генерировали электрические токи, которые сдвигали фазу электромагнитного излучения, ассоциирующегося с полярными сияниями. Однако до последнего времени оставалось неизвестным, что именно заставляет эти атмосферные потоки двигаться с такой силой.
Для поиска ответа на этот вопрос астрономы использовали инфракрасные приборы телескопа «Джеймс Уэбб». В течение полных сатурнианских суток исследователи непрерывно наблюдали за областью северного полярного сияния планеты. В центре внимания ученых оказался катион триводорода – молекула, которая образуется в верхних слоях атмосферы Сатурна и служит точным индикатором локальной температуры. Благодаря высокой чувствительности телескопа погрешность измерений удалось снизить до пяти градусов Цельсия, что примерно в десять раз точнее данных, получаемых приборами предыдущих поколений.
Полученные температурные карты подтвердили математические модели, созданные более десяти лет назад. Выяснилось, что полярные сияния Сатурна не просто представляют собой световое шоу, а выступают в роли глобального теплового насоса. Энергия, поступающая из космоса при формировании полярных сияний, локально разогревает атмосферу. Этот перепад температур порождает сильные ветры, которые, в свою очередь, генерируют электрические токи. Токи уходят обратно в магнитосферу и подпитывают те самые полярные сияния, замыкая непрерывный самоподдерживающийся цикл.
По мнению авторов работы, обнаруженный механизм тесной взаимосвязи между атмосферой и магнитосферой Сатурна заставляет пересмотреть устоявшиеся представления о газовых гигантах. Подобные процессы энергообмена могут происходить и на других планетах, включая экзопланеты за пределами Солнечной системы. Понимание этих механизмов позволит точнее моделировать климат и геомагнитные условия на далеких космических объектах.
