Исследование показало, что высотные ветры Сатурна генерируют необычайное полярное сияние
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 вихревыми 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).
Инфракрасное изображение Сатурна, показывающее полярное сияние на его южном полюсе, полученное космическим аппаратом Кассини. Авторы и права: НАСА, Кассини, команда VIMS, Аризонский университет, Лестерский университет, Лаборатория реактивного движения, АСИ
Это открытие меняет представление ученых о планетарных полярных сияниях и отвечает на одну из первых загадок, поднятых зондом НАСА «Кассини», который достиг 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.
Лестер, доктор философии. Исследователь Нахид Чоудхури является членом Планетарной научной группы Школы 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 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 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 волнительно 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 генерируется 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 занимается измерением 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 вулканический спутник 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 некоторымСамые ранние теории о полярном сиянии Земли. 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 общей 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.
Планетарные исследования в Университете Лестера охватывают всю нашу Солнечную систему и не только.
Исследователи из Лестера являются участниками миссии «Юнона», состоящей из глобальной группы астрономов, наблюдающих за массивным соседом Сатурна, Юпитером, и ведут наблюдения за внешними планетами Солнечной системы с помощью недавно запущенного космического телескопа Джеймса Уэбба. Лестер также играет ведущую роль в науке и приборостроении на спутнике Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) Европейского космического агентства (ЕКА), который должен быть запущен в конце 2022 года.
«Управляемые погодой полярные сияния Сатурна модулируют колебания магнитного поля и радиоизлучения», опубликовано в Geophysical Research Letters.
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
