Объединенная команда миссий НАСА при помощи космических телескопов Джеймс Уэбб и Хаббл получила новые составные изображения Сатурна, которые раскрывают ранее незаметные детали его атмосферы. Ученые обнаружили, что совместные наблюдения в видимом и инфракрасном диапазонах позволяют впервые проследить трехмерную структуру газового гиганта: от глубоких облаков до разреженных верхних слоев, выявив долгоживущие струйные течения, остатки гигантских бурь и природу полярных сияний. Результаты исследования были опубликованы в рамках программы мониторинга OPAL (для данных Хаббл) и в материалах, предоставленных по усмотрению директора (для Уэбба), с демонстрацией изображений, сделанных в августе 2024 года и несколькими месяцами позже.
Два самых мощных космических телескопа в истории человечества — «Хаббл» и «Джеймс Уэбб» — объединили свои усилия, чтобы взглянуть на Сатурн по-новому. Работая в дополняющих друг друга диапазонах длин волн, эти обсерватории предоставили ученым беспрецедентную возможность увидеть газового гиганта не просто как планету с полосами облаками, а как сложную, взаимосвязанную трехмерную систему. Если «Хаббл» фиксирует тончайшие цветовые вариации в отраженном солнечном свете, демонстрируя знакомую глазу красоту полос и туманов, то инфракрасное зрение «Уэбба» проникает сквозь внешние слои, позволяя заглянуть на разную глубину атмосферы.
Такой подход дает исследователям возможность буквально «снимать слои» с атмосферы Сатурна, подобно луковице, разделяя процессы, происходящие в глубоких облаках и в верхних разреженных слоях. Эти наблюдения служат логичным продолжением наследия миссии НАСА «Кассини», которая изучала систему Сатурна с 1997 по 2017 год, дополняя ее данные новыми спектральными «окнами».
На недавно опубликованных изображениях запечатлены уникальные особенности, формирующие облик планеты. На снимке «Уэбба» отчетливо видно долгоживущее струйное течение, известное как «ленточная волна», которое извивается в северных средних широтах под воздействием атмосферных волн, обычно незаметных для наблюдателя. Чуть ниже этой структуры различимо небольшое пятно — остаток грандиозной «Великой весенней бури», бушевавшей в 2010–2012 годах.
Кроме того, в южном полушарии Сатурна «Уэбб» зафиксировал россыпь других штормов. Все эти образования являются отражением мощнейших ветров и волн, скрытых под видимым облачным покровом, что превращает Сатурн в естественную лабораторию для изучения гидродинамики в экстремальных условиях.
Оба телескопа также сумели запечатлеть знаменитый шестиугольник Сатурна — устойчивое струйное течение на северном полюсе, впервые обнаруженное «Вояджером» в 1981 году. На снимках видны его острые края, которые остаются одним из самых интригующих погодных явлений во всей Солнечной системе. Его сохранение на протяжении десятилетий подчеркивает удивительную стабильность крупномасштабных атмосферных процессов на планетах-гигантах. Учитывая текущее положение планеты, эти снимки, вероятно, являются последними детализированными изображениями шестиугольника, которые ученые смогут получить вплоть до 2040-х годов, т.к. северный полюс планеты скоро погрузится в 15-летнюю зимнюю тьму.
Особый интерес вызывают полярные области на инфракрасных снимках «Уэбба». Полюса Сатурна выглядят отчетливо серо-зелеными на длине волны около 4,3 микрона. Ученые предполагают, что эта характерная особенность может объясняться наличием слоя высотных аэрозолей, рассеивающих свет по-разному в высоких широтах.
Альтернативным объяснением служат полярные сияния: заряженные молекулы, взаимодействуя с магнитным полем планеты, создают светящиеся пятна. «Хаббл» и «Уэбб» продолжают традицию изучения полярных сияний в Солнечной системе, ранее они уже исследовали впечатляющие сияния Юпитера, подтвердили наличие сияний Урана и впервые обнаружили их у Нептуна.
Кольца Сатурна, состоящие из сильно отражающего свет водяного льда, на инфракрасном снимке «Уэбба» выглядят чрезвычайно яркими, контрастируя с более приглушенным видом на изображении «Хаббла». На снимках видны тонкие структурные различия: кольцо F (самое внешнее) предстает тонким и четким в исполнении «Уэбба», тогда как «Хаббл» показывает его лишь слегка светящимся. Интересно, что на снимке «Хаббла» заметны тени от колец, падающие на планету, что обусловлено разницей в угле освещения в момент съемки.
Эти наблюдения, проведенные с интервалом в 14 недель в 2024 году, застали Сатурн в переходный период от северного лета к равноденствию 2025 года. По мере того как планета будет смещаться к южной весне, а затем и к южному лету в 2030-х годах, ученые ожидают, что «Хаббл» и «Уэбб» получат все более качественные изображения южного полушария.
Долгосрочная программа «Хаббла» OPAL (Наследие атмосфер внешних планет) уже позволила собрать бесценные данные об эволюции штормов, полосчатых структур и сезонных изменениях. Теперь к этому добавляются мощные инфракрасные возможности «Уэбба», расширяющие возможности исследователей в области измерения структуры атмосферы и динамических процессов.
Объединенные данные «Хаббла» и «Уэбба» позволили создать многогранную картину атмосферы Сатурна, где видимый свет раскрывает цветовую динамику, а инфракрасный скрытую структуру и химический состав на разных высотах.
Вместе с историческими данными «Кассини» эти наблюдения формируют непрерывный временной ряд, который демонстрирует, как сезонные изменения и мощные атмосферные волны управляют погодой на планете, превращая Сатурн в ключевую лабораторию для понимания гидродинамики планет-гигантов. Совместная работа двух телескопов подчеркивает, что только комбинируя наблюдения в разных диапазонах, ученые могут составить полную историю функционирования такой сложной системы, какой является Сатурн.