40 лет данных Сатурна раскрывают невиданное ранее кольцевое явление

Ученые сопоставили архивные наблюдения Сатурна и обнаружили, что обширная система колец планеты нагревает ее верхнюю атмосферу — явление, которое раньше не наблюдалось нигде в Солнечной системе.

Чтобы прийти к такому выводу, потребовалось собрать воедино наблюдения за ультрафиолетовым светом в ходе четырех планетарных миссий НАСА. Сюда входили 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 Международного ультрафиолетового исследователя, запущенного в 1978 году, и космического телескопа Хаббла.

Из показаний, предоставленных зондом «Кассини», ученые знают, что частицы в кольцах Сатурна медленно падают на планету. Неожиданным стало 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. Но ничего не знали о содержании атомарного водорода».

Использование измерений, сделанных с помощью спектрографа изображений с высоким разрешением космического телескопа Хаббла (STIS) для связывания архивных данных воедино стало ключом к открытию. Точные наблюдения STIS использовались для калибровки архивных данных, полученных «Кассини» и кораблями «Вояджер». Полученное изображение выявило избыток УФ-излучения в виде спектральной линии горячего водорода в атмосфере Сатурна, что указывает на нагрев атмосферы.

Для ученых лучшим объяснением нагрева атмосферы Сатурна был постоянный дождь из ледяных частиц, падающих на планету из колец, притягиваемых гравитационным притяжением.

«Все управляется кольцевыми частицами, падающими каскадом в атмосферу на определенных широтах», — сказал Бен-Джаффель. «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. Если они слишком далеко для наблюдения, можно использовать ультрафиолетовую спектроскопию планеты, чтобы указать на их присутствие.

«Мы только в начале этого кругового воздействия на верхние слои атмосферы планеты», — сказал Бен-Джаффель. «В конечном итоге хотим получить 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».

Исследование было опубликовано в Planetary Science Journal.