Górne warstwy atmosfer gazowych olbrzymów – Saturna, Jowisza, Urana i Neptuna – są gorące, tak samo jak na Ziemi. Jednak w przeciwieństwie do Ziemi, Słońce jest za daleko od nich oddalone, aby odpowiadać za tak wysokie temperatury. Źródło tego ciepła stanowiło do niedawna jedną z największych tajemnic planetologii.
Najnowsze analizy danych zebranych przez sondę Cassini pozwoliły odkryć sensowne wyjaśnienie wysokich temperatur rejestrowanych w górnych warstwach atmosfery Saturna (a możliwe, że także pozostałych gazowych olbrzymow). Mogą za nimi stać zorze na północnych i południowych biegunach tych planet. Prądy elektryczne wzbudzane przez interakcje wiatru słonecznego z naładowanymi cząsteczkami z księżyców Saturna, prowokują powstawanie zórz i ogrzewanie górnych warstw atmosfery.
Artykuł naukowy opublikowany wczoraj w periodyku Nature Astronomy stanowi próbę stworzenia najdokładniejszej jak dotąd mapy temperatur i gęstości górnych warstw atmosfery gazowych olbrzymów – obszaru dotąd słabo poznanego.
Zrozumienie dynamiki wymaga globalnego spojrzenia. Stworzony przez nas zbiór danych stanowi pierwsze w historii spojrzenie na górne warstwy atmosfery od bieguna do bieguna, uwzględniające zmiany temperatur wraz z głębokością – mówi Zarah Brown, główna autorka opracowania i studentka na Uniwersytecie Arizony.
Opisując jak ciepło krąży w atmosferze, naukowcy są w stanie lepiej zrozumieć jak prądy elektryczne związane z zorzami ogrzewają górne warstwy atmosfery Saturna i napędzają wiatry. Globalne układy wiatrów mogą roznosić tę energię, która początkowo znajduje się w pobliżu biegunów, w kierunku rejonów równikowych, rozgrzewając ją do poziomów dwukrotnie wyższych niż te, których spodziewalibyśmy się po samym ogrzewaniu przez Słońce.
Jeżeli jeszcze nie miałeś/aś okazji posłuchać najnowszego odcinka mojego podcastu, to możesz go nadrobić tutaj:
Uzyskane przez nas wyniki są kluczowe dla naszej ogólnej wiedzy o górnych warstwach atmosfer planetarnych i stanowią istotny element dziedzictwa sondy Cassini – mówi współautor artykułu Tommi Koskinen z zespołu Cassini. Zebrane przez nas dane pozwalają nam zrozumieć dlaczego najwyższe warstwy atmosfery są tak gorące, podczas gdy reszta atmosfery – ze względu na dużą odległość od Słońca – jest zimna.
Sonda Cassini obserwowała Saturna z orbity przez ponad 13 lat. Jej misja zakończyła się we wrześniu 2017 r. wlotem w atmosferę planety. Naukowcy podjęli decyzję o zniszczeniu sondy, aby chronić Enceladusa, który według wielu badań może pod lodową powierzchnią posiadać warunki sprzyjające powstaniu życia. Tuż przed zakończeniem misji, sonda Cassini wykonała 22 niezwykle bliskie okrążenia planety.
Właśnie podczas tego Wielkiego Finału zebrano najważniejsze dane umożliwiające stworzenie mapy temperatur atmosfery Saturna. Przez sześć tygodni, sonda Cassini obserwowała kilka jasnych gwiazd w Orionie i Wielkim Psie, które chowały się za Saturnem. Gdy sonda obserwowała wschody i zachody tych gwiazd za gazowym olbrzymem, naukowcy analizowali zmiany pochodzącego z nich promieniowania przechodzącego przez atmosferę planety.
Mierząc gęstość atmosfery, naukowcy uzyskali informacje potrzebne do ustalenia jej temperatury. Gęstość atmosfery maleje wraz z wysokością, a tempo spadku gęstości zależy od atmosfery. Okazało się, że temperatury są najwyższe w pobliżu zórz, co wskazywało, że to prądy wzbudzane przez zorze rozgrzewają górne warstwy atmosfery.
Pomiary gęstości i temperatury atmosfery pomogły naukowcom ustalić prędkość wiatrów. Zrozumienie górnej atmosfery Saturna, gdzie planeta przechodzi w przestrzeń kosmiczną, pozwala nam zrozumieć pogodę kosmiczną i jej wpływ na inne planety Układu Słonecznego jak i planety krążące wokół innych gwiazd.