Ученые нашли невиданный ранее механизм, подпитывающий огромные полярные сияния на Сатурне

Космические ученые Лестера обнаружили невиданный ранее механизм, подпитывающий огромные планетарные полярные сияния на Сатурне.

Сатурн уникален среди наблюдаемых на сегодняшний день планет тем, что некоторые из его полярных сияний генерируются закрученными ветрами в его собственной атмосфере, а не только из окружающей магнитосферы планеты.

На всех остальных наблюдаемых планетах, в том числе и на Земле, полярные сияния формируются только мощными токами, поступающими в атмосферу планеты из окружающей магнитосферы.

Они вызваны либо взаимодействием с заряженными частицами Солнца (как на Земле), либо вулканическим материалом, извергнутым с Луны, вращающейся вокруг планеты (как на Юпитере и Сатурне).

Это открытие меняет представление ученых о планетарных полярных сияниях и дает ответ на одну из первых загадок, поднятых зондом НАСА «Кассини», достигшим Сатурна в 2004 году: почему мы не можем легко измерить продолжительность дня на кольцеобразной планете?

Когда он впервые прибыл на Сатурн, Кассини попытался измерить общую скорость вращения планеты, которая определяет продолжительность ее дня, отслеживая «импульсы» радиоизлучения из атмосферы Сатурна.

К большому удивлению тех, кто проводил измерения, они обнаружили, что скорость изменилась за два десятилетия с тех пор, как последний космический корабль, пролетевший мимо планеты, — «Вояджер-2», также управляемый НАСА, — в 1981 году.

Лестерский доктор наук Нахид Чоудхури является членом группы планетарных наук в Школе физики и астрономии и соответствующим автором исследования, опубликованного в Geophysical Research Letters. Он сказал:

«Внутренняя скорость вращения Сатурна должна быть постоянной, но в течение десятилетий исследователи показывали, что многочисленные периодические свойства, связанные с планетой — те самые измерения, которые мы использовали на других планетах, чтобы понять скорость внутреннего вращения, такие как радиоизлучение — имеют тенденцию к меняться со временем. Более того, в северном и южном полушариях наблюдаются независимые периодические особенности, которые сами по себе меняются в течение сезона на планете.

«Наше понимание физики недр планет говорит нам, что истинная скорость вращения планеты не может измениться так быстро, поэтому на Сатурне должно происходить что-то уникальное и странное.

С момента появления миссии НАСА «Кассини» было выдвинуто несколько теорий, пытающихся объяснить механизмы, лежащие в основе этих наблюдаемых периодических явлений.

Это исследование представляет собой первое обнаружение фундаментального двигателя, расположенного в верхних слоях атмосферы планеты, который продолжает генерировать как наблюдаемые планетарные периоды, так и полярные сияния.

«Очень приятно иметь возможность дать ответ на один из самых давних вопросов в нашей области. Это, вероятно, вызовет некоторое переосмысление того, как локальные атмосферные погодные эффекты на планете влияют на создание полярных сияний не только в нашей собственной Солнечной системе, но и за ее пределами».

Астрономы и планетологи из Университета Лестера провели исследование вместе с коллегами из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL), Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) и университетов Висконсин-Мэдисон, Бостон и Ланкастер, а также Империал и Университет. Колледжи, Лондон, чтобы решить многолетний вопрос.

Они измерили инфракрасное излучение верхних слоев атмосферы газового гиганта с помощью обсерватории Кека на Гавайях и нанесли на карту различные потоки ионосферы Сатурна, расположенные намного ниже магнитосферы, в течение месяца в 2017 году.

Эта карта, совмещенная с известным импульсом радиополярных сияний Сатурна, показала, что значительная часть полярных сияний планеты создается вихревой структурой погоды в ее атмосфере и отвечает за наблюдаемую переменную скорость вращения планеты.

Исследователи полагают, что система управляется энергией термосферы Сатурна, а ветры в ионосфере наблюдаются со скоростью от 0,3 до 3,0 километров в секунду.

Доктор Том Сталлард, адъюнкт-профессор планетарной астрономии Лестерского университета, добавил:

«Университет Лестера уже давно участвует в измерении последствий этого нового открытия — мы наблюдали, как пульсирующие полярные сияния и колеблющиеся силовые линии магнитного поля, уходящие в космос, подчеркивают явно изменяющуюся скорость вращения.

В течение двух десятилетий наши исследователи вместе с более широким научным сообществом размышляли о том, что может быть движущей силой этих странных периодических явлений.

«На протяжении многих лет на научных собраниях велись ночные дискуссии о том, может ли быть причиной вулканическая луна Энцелад, или взаимодействие с плотной атмосферой луны Титана, или, возможно, взаимодействие с яркими кольцами Сатурна.

Но в последнее время многие исследователи сосредоточились на возможности того, что причиной этой изменчивости являются верхние слои атмосферы Сатурна.

«Этот поиск нового типа полярного сияния восходит к некоторым из самых ранних теорий о земном полярном сиянии. Теперь мы знаем, что полярные сияния на Земле вызваны взаимодействием с потоком заряженных частиц, исходящих от Солнца.

Но мне нравится, что название Aurora Borealis происходит от «Рассвета Северного Ветра». Эти наблюдения показали, что на Сатурне есть настоящее северное сияние — первое в истории северное сияние, движимое ветрами в атмосфере планеты».

Доктор Кевин Бейнс, соавтор исследования из Лаборатории реактивного движения и Калифорнийского технологического института и член научной группы Кассини, добавил:

«Наше исследование, убедительно определив происхождение загадочной изменчивости радиоимпульсов, устраняет большую часть путаницы в отношении скорости вращения Сатурна и продолжительности дня на Сатурне».

Из-за переменных скоростей вращения, наблюдаемых на Сатурне, ученые не могли использовать регулярные импульсы радиоизлучения для расчета общей скорости внутреннего вращения. К счастью, учеными «Кассини» был разработан новый метод с использованием вызванных гравитацией возмущений в сложной системе колец Сатурна, который теперь кажется наиболее точным средством измерения основного периода вращения планеты, который был определен в 2019 году как 10 часов 33 минуты. и 38 секунд.