Ничто не может оставаться в секрете вечно, и эта потусторонняя тайна ускользала от астрономов в течение четырех десятилетий. Фирменная система колец Сатурна нагревает верхние слои атмосферы планеты. По данным НАСА, это явление никогда не наблюдалось в Солнечной системе, и неожиданное взаимодействие между Сатурном и его огромными кольцами может стать инструментом для прогнозирования того, есть ли у планет вокруг других звезд кольцевые системы, подобные системе Сатурна.
Результаты исследования были опубликованы 30 марта в журнале Planetary Science.
Доказательством того, что Сатурн раскрыл свои секреты, является избыток ультрафиолетового излучения, который виден как спектральная линия горячего водорода в атмосфере Сатурна. Этот всплеск излучения указывает на то, что что-то нагревает и загрязняет верхнюю атмосферу планеты извне.
Согласно статье, наиболее вероятным объяснением является то, что частицы ледяного кольца, падающие на атмосферу Сатурна, вызывают этот нагрев. Этот поток частиц может быть вызван несколькими причинами, включая падение микрометеоритов, бомбардировку частицами солнечного ветра, солнечное ультрафиолетовое излучение или электромагнитные силы, поднимающие электрически заряженную пыль. Кроме того, гравитационное поле Сатурна притягивает частицы к планете, пока все это происходит.
В 2017 году зонд НАСА "Кассини" погрузился в атмосферу Сатурна и измерил составляющие атмосферы, подтвердив, что многие частицы действительно падают внутрь с колец. В новом открытии использовались данные "Кассини" в дополнение к наблюдениям космического телескопа НАСА "Хаббл", космических аппаратов "Вояджер-1 и 2" и вышедшего из эксплуатации Международного ультрафиолетового исследователя.
"Хотя медленный распад колец хорошо известен, его влияние на атомарный водород планеты является неожиданностью. Благодаря зонду "Кассини" мы уже знали о влиянии колец. Однако мы ничего не знали о содержании атомарного водорода", - сказал в своем заявлении астроном и соавтор исследования Лотфи Бен-Яффель из Института астрофизики в Париже и Лунной и планетарной лаборатории.
"Все движется благодаря кольцевым частицам, каскадами попадающим в атмосферу на определенных широтах. Они модифицируют верхнюю атмосферу, изменяя ее состав", - говорит Бен-Джаффель. "Кроме того, происходят столкновения с атмосферными газами, которые, вероятно, нагревают атмосферу на определенной высоте".
Чтобы прийти к такому выводу, Бен-Яффель собрал архивные наблюдения в ультрафиолетовом свете (УФ), полученные в ходе четырех различных космических миссий, изучавших окольцованную планету. В течение 40 лет астрономы отвергали результаты этих наблюдений, считая их шумом в детекторах. К 2004 году, когда на Сатурн прибыла миссия "Кассини", она также собирала данные об атмосфере в ультрафиолетовом диапазоне в течение нескольких лет. Некоторые из дополнительных данных, раскрывающих секреты, поступили от Хаббла и Международного ультрафиолетового исследователя - международного проекта НАСА, Европейского космического агентства и Совета по научным и инженерным исследованиям Соединенного Королевства, запущенного в 1978 году.
Среди десятилетий накопленных данных оставался нерешенным вопрос, может ли все это быть иллюзией или отражать реальное явление на Сатурне.
Ключевым оказалось решение Бен-Джаффеля использовать измерения, сделанные спектрографом изображений космического телескопа Хаббла (STIS). Эти точные наблюдения Сатурна помогли откалибровать архивные ультрафиолетовые данные всех четырех других космических миссий, наблюдавших Сатурн. Он сравнил УФ-наблюдения Сатурна с помощью STIS с распределением света от множества космических миссий и инструментов.
"Когда все было откалибровано, мы ясно увидели, что спектры согласуются во всех миссиях. Это стало возможным потому, что у нас есть одна и та же точка отсчета, полученная от Хаббла, о скорости передачи энергии из атмосферы, измеряемой на протяжении десятилетий", - сказал Бен-Джаффель. "Для меня это был настоящий сюрприз. Я просто построил график различных данных о распределении света вместе, а потом понял: вау - это одно и то же".
Сорок лет данных об ультрафиолетовом излучении охватывают несколько солнечных циклов и помогают астрономам изучать сезонное влияние Солнца на Сатурн. Сведение этих данных воедино и их калибровка помогли Бен-Джаффелю обнаружить отсутствие разницы в уровне ультрафиолетового излучения. За уровнем ультрафиолетового излучения можно следить "в любое время, в любом положении на планете", что указывает на постоянный ледяной дождь, идущий из колец Сатурна, как на лучшее объяснение.
Среди дальнейших целей этого исследования - посмотреть, как его можно применить к планетам, вращающимся вокруг других звезд.