Планетологи обнаружили, что кольца Сатурна нагревают его атмосферу
Сатурн известен своими кольцами, которые можно увидеть в обычный телескоп. Теперь, используя наблюдения, собранные за 40 лет, ученые обнаружили, что кольца планеты могут быть не такими спокойными, как кажутся, раскрывая невиданное ранее взаимодействие между Сатурном и его системой колец.
Ученые сопоставили архивные наблюдения Сатурна и обнаружили, что обширная система колец планеты нагревает ее верхнюю атмосферу — явление, которое ранее не наблюдалось нигде в Солнечной системе.
Чтобы прийти к такому выводу, потребовалось собрать воедино наблюдения за ультрафиолетовым (УФ) светом в ходе четырех планетарных миссий НАСА.
Ученые собрали данные космических аппаратов «Вояджер-1» и «Вояджер-2», пролетевших мимо Сатурна в 1980-х годах, которые измеряли избыток УФ-излучения, который в то время считался шумом, а также данные миссии «Кассини», которая прибыла к Сатурну в 2004 году и собирала данные об УФ-излучении в течение нескольких лет.
Дополнительные данные поступили от International Ultraviolet Explorer, запущенного в 1978 году, и космического телескопа Хаббл.
Из информации, предоставленной зондом «Кассини», ученые уже знали, что частицы в кольцах Сатурна медленно падают на планету. Что было неожиданным, так это то, как распад колец повлиял на уровень атомарного водорода на планете. Атомарный водород выглядит как отдельные атомы, а не молекулы, что делает его чрезвычайно реакционноспособным.
«Хотя медленный распад колец хорошо известен, его влияние на атомарный водород планеты вызывает удивление», — сказал Лофти Бен-Джаффель, ведущий автор исследования. «От зонда Кассини мы уже знали о влиянии колец. Однако мы ничего не знали о содержании атомарного водорода».
Использование измерений с высоким разрешением с помощью спектрографа изображений космического телескопа Хаббл (STIS) для связывания архивных данных воедино стало ключом к открытию.
Точные наблюдения STIS использовались для калибровки архивных данных «Кассини» и «Вояджер». Полученное изображение выявило избыток УФ-излучения в виде спектральной линии горячего водорода в атмосфере Сатурна, что указывает на нагрев атмосферы.
Кольца кажутся намного темнее, чем тело планеты, потому что они отражают гораздо меньше ультрафиолетового солнечного света. Над кольцами и темной экваториальной областью выпуклость Лаймана-альфа выглядит как протяженная (30 градусов) широтная полоса, которая на 30 процентов ярче окружающих областей. Небольшая часть южного полушария видна между кольцами и экваториальной областью, но она более тусклая, чем северное полушарие. К северу от области выпуклости (верхняя правая часть изображения) яркость диска постепенно уменьшается в зависимости от широты в направлении области яркого полярного сияния, которая здесь показана для справки (не в масштабе). Темное пятно внутри области полярного сияния представляет собой след оси вращения планеты. Считается, что частицы ледяных колец, выпадающие дождем в атмосферу на определенных широтах, и сезонные эффекты вызывают нагрев атмосферы, который заставляет водород в верхних слоях атмосферы отражать больше солнечного света Лайман-альфа в области выпуклости. Это неожиданное взаимодействие между кольцами и верхними слоями атмосферы в настоящее время подробно исследуется с целью определения новых диагностических инструментов для оценки наличия у отдаленных экзопланет протяженных кольцевых систем, подобных Сатурну.
Для ученых лучшим объяснением нагрева атмосферы Сатурна был постоянный дождь из ледяных частиц, падающих на планету из ее колец, притягиваемых гравитационным притяжением.
«Все управляется кольцевыми частицами, падающими каскадом в атмосферу на определенных широтах», — говорят ученые. «Они модифицируют верхние слои атмосферы, изменяя состав».
Есть надежда, что неожиданное взаимодействие между Сатурном и его кольцами можно будет использовать, чтобы определить, обладают ли экзопланеты, вращающиеся вокруг других звезд, кольцевыми системами, подобными Сатурну.
Хотя они слишком далеко, чтобы увидеть их с помощью современных телескопов, можно было бы использовать ультрафиолетовую спектроскопию планеты, чтобы указать на их присутствие.
«В конечном итоге мы хотим иметь глобальный подход, который даст реальную характеристику атмосфер далеких миров. Одна из целей этого исследования — увидеть, как мы можем применить его к планетам, вращающимся вокруг других звезд» — делают вывод ученые.
Исследование было опубликовано в Planetary Science Journal.