Ученые объяснили, почему атмосфера Сатурна такая горячая

Анализ данных, собранных автоматической межпланетной станцией "Кассини" в 2017 году, позволил ученым объяснить причину необычно высокой температуры верхних слоев атмосферы Сатурна. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Орбитальный аппарат "Кассини" — совместный проект НАСА, Европейского космического агентства и Итальянского космического агентства — наблюдал Сатурн в течение 13 лет, до тех пор, пока не исчерпал запас топлива.

Но перед тем как прекратить свою работу, "Кассини" выполнил 22 сверхблизких пролета в верхних слоях атмосферы Сатурна. Этот, завершающий этап работы миссии, начавшийся 26 апреля 2017 года и закончившийся 15 сентября, получил название Grand Finale ("Большой финал").

Газовые гиганты — Сатурн, Юпитер, Уран и Нептун — находятся значительно дальше от Солнца, чем Земля. Но верхние слои их атмосферы, такие же нагретые, как у нашей планеты. Источник этого тепла долгое время был одной из центральных загадок науки о планетах.

В течение шести недель этапа Grand Finale "Кассини" нацеливался на несколько ярких звезд в созвездиях Ориона и Большой Пес, когда их можно было наблюдать сквозь атмосферу Сатурна. Ученые проанализировали, как менялся свет звезд, когда он проходил через газовую оболочку планеты, и по полученным данным была составлена карта распределения температур в верхних слоях атмосферы газового гиганта, позволившая исследователям ответить на вопрос, почему она такая горячая.

Ученые обнаружили, что плотность атмосферы Сатурна уменьшается с высотой, а градиент снижения плотности зависит от температуры. При этом температурные максимумы располагаются вблизи полюсов планеты.

Анализ данных космического корабля "Кассини" показывает, что причина этого — электрические токи, вызванные взаимодействием между солнечным ветром и заряженными частицами от спутников Сатурна. Эти токи создают эффект, аналогичный земным полярным сияниям.

Построив полную картину атмосферной циркуляции, ученые поняли, что электрические токи нагревают верхние слои атмосферы в полярных областях Сатурна. Затем глобальная система ветров распределяет тепловую энергию, накопившуюся у полюсов по всей планете. За счет этого температура атмосферы у экватора вдвое выше по сравнению с температурой, ожидаемой только от солнечного нагрева.

Совместный анализ измерений плотности и температуры атмосферы позволил ученым выяснить скорость ветра и построить общую модель атмосферы Сатурна.

"Понимание динамики атмосферы требует общего взгляда. Этот набор данных — первый случай, когда мы смогли взглянуть на верхнюю атмосферу Сатурна от полюса до полюса, а также увидеть, как температура меняется с глубиной", — приводятся в пресс-релизе слова первого автора статьи Зары Браун (Zarah Brown) из Аризонского университета в США.

"Результаты исследования важны для общего понимания процессов в верхних частях атмосфер планет и являются важной составляющей наследия "Кассини", — добавляет еще один автор исследования Томми Коскинен (Tommi Koskinen), работавшей в проекте "Кассини" в группе по ультрафиолетовой визуализации. — Они помогают решить вопрос о том, почему верхняя часть атмосферы Сатурна горячая, а остальная ее часть — холодная, как и должна быть атмосфера планеты, находящейся на большом расстоянии от Солнца".

Несмотря на то, что детальные наблюдения верхней атмосферы были проведены только для одной планеты из группы газовых гигантов, ученые считают, что их выводы можно распространить и на другие гигантские планеты Солнечной системы.