Сияние Сатурна может объяснить странно жаркую верхнюю атмосферу планеты

Измерения, полученные аппаратом НАСА Кассини, показывают, что верхняя атмосфера Сатурна, где сияют его полярные сияния, является наиболее горячей и эта находка может помочь решить давнюю загадку о внешних планетах.

Верхняя атмосфера Сатурна намного жарче, чем ученые ожидали, основываясь на расстоянии планеты от Солнца. На самом деле все газовые планеты-гиганты - Сатурн, Юпитер, Уран и Нептун - имели холодную верхнюю атмосферу около 150 Кельвинов (–123 ° по Цельсию). Но данные космического корабля Voyager, который пролетал мимо внешних планет в 1970-х и 1980-х годах, показали удивительно жаркие верхние атмосферы от 400 до 600 Кельвинов (от 125 до 325 ° C).

Ученые-планетологи называют это несоответствие «энергетическим кризисом». Что-то впрыскивает дополнительную энергию в атмосферу газовых гигантов, но никто не знал, что.

«Попытка объяснить, почему эти температуры так высоки, давно стала целью в планетарной физике атмосферы», - говорит планетолог Рон Вервак из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса.

Данные Кассини могут указывать на ответ. После 13-летнего полета вокруг Сатурна Кассини завершил свою миссию, совершив серию провалов между планетой и ее кольцами, прежде чем погрузиться в атмосферу Сатурна в сентябре 2017 года. Во время этих последних действий аппарат исследовал верхнюю атмосферу планеты, наблюдая звезды на заднем плане. Измерение количества звездного света, который блокирует атмосфера, показало Брауну и коллегам, насколько плотной является атмосфера в разных точках, что является ключом к ее температуре.

Используя 30 из этих звездных измерений, 22 из которых были получены за последние шесть недель миссии Кассини, команда картировала атмосферные температуры Сатурна по всей планете и на разных глубинах.

«Для внешних планет это беспрецедентный набор данных», - говорит планетолог Томми Коскинен, также из Университета Аризоны.

Атмосфера была самой горячей около 60 ° северной широты и 60 ° южной широты - примерно там, где появляются светящиеся сияния Сатурна. Полярные сияния - это яркие огни, которые вспыхивают, когда заряженные частицы от Солнца взаимодействуют с магнитосферой планеты, областью, определяемой магнитным полем планеты. В отличие от видимых сияний Земли, полярные сияния Сатурна светятся в основном в ультрафиолетовом свете.

Свет полярных сияний сам по себе не излучает много тепла, но сопровождается электрическими токами, которые могут генерировать тепло, как провода в тостере. Этот процесс, называемый джоулевым нагревом, также происходит в атмосфере Земли.

Если полярные сияния Юпитера, Урана и Нептуна также совпадают с дополнительным нагревом, тогда полярные сияния могут раскрыть тайну горячей атмосферы в Солнечной системе. По словам Брауна, такой же процесс может происходить даже на экзопланетах.

Вервак, который работал с набором данных Voyager, но не участвовал в новой работе, считает, что это исследование знаменует «большой шаг в нашем понимании» этих горячих верхних атмосфер, пишет Science News.

«Настоящим тестом на то, правы ли они, будет, когда вы отправитесь на Уран или Нептун, чьи магнитосферы сложнее, чем у Сатурна», - говорит он. «Возможность увидеть, как наше понимание, полученное от исследования Сатурна "держится", когда мы доберемся до этих более сложных систем, будет действительно ключом к знанию, подошли ли мы к этой проблеме или нет».