Źródło zdjęcia: NASA
Kiedy statek kosmiczny Voyager przeleciał obok Saturna w 1980/81, taktował zegary równikowych wiatrów planet z prędkością 1700 km / h. Chociaż wiatry równikowe zwolniły, inne strumienie dalej od równika nadal poruszają się z tą samą prędkością. Doprowadziło to astronomów do przekonania, że spowolnienie ma coś wspólnego ze zmianą pór roku na Saturnie.
Saturn, jedna z najbardziej wietrznych planet, ostatnio miał nieoczekiwaną i dramatyczną zmianę pogody: jego wiatry równikowe zmniejszyły się z szybkiego 1700 km / h podczas lotów kosmicznych Voyager w latach 1980-81 do skromnego 990 km / h od 1996 do 2002. To spowolnienie na wietrze zostało wykryte przez hiszpańsko-amerykański zespół naukowców, w tym Richarda Frencha z Wellesley College w Massachusetts, którzy donieśli o swoich odkryciach w czasopiśmie Nature z 5 czerwca. (5 czerwca 2003 r., T. 423, s. 623–625)
Używając zdjęć Kosmicznego Teleskopu Hubble'a (HST) pierścieniowej gigantycznej planety, naukowcy (A. Sanchez-Lavega, S. Perez-Hoyos, JF Rojas i R. Hueso z Universidad Pais Vasco w Bilbao, Hiszpania oraz francuski z Wellesley College ), zmierzył ruchy cech chmur i systemów burzowych na gigantycznej planecie z pierścieniami.
„Jedną z głównych tajemnic nauk atmosferycznych jest to, dlaczego gigantyczne planety Jowisz i Saturn - ogromne sfery złożone głównie z wodoru i helu - mają naprzemienny wzór wiatrów wschód-zachód, które zmieniają się w zależności od szerokości geograficznej”, wyjaśnia francuski. „W przeciwieństwie do wiatrów na planetach lądowych, takich jak Ziemia, które są napędzane głównie przez światło słoneczne, wiatry na gigantycznych planetach mają dodatkowe źródło energii w cieple, które ucieka z ich głębokich wnętrz. Chociaż siła tego wewnętrznego ciepła jest zaledwie ułamkiem światła słonecznego na Ziemi, wiatry gigantycznych planet są dziesięć razy silniejsze niż wiatry ziemskie ”.
Rola wewnętrznych źródeł energii w podtrzymywaniu tych silnych wiatrów na gigantycznych planetach oraz zrozumienie, dlaczego osiąga się maksymalną prędkość na równiku, stanowią główne wyzwanie dla teorii ruchu atmosferycznego na planetach i gwiazdach.
Obecnie istnieją dwa zupełnie różne wyjaśnienia dotyczące systemu dżetów na gigantycznych planetach. Z jednej strony uważa się, że wiatry rozprzestrzeniają się bardzo głęboko w głąb planety, pobierając ciepło uwalniane z planety, aby napędzać ich ruchy. Z drugiej strony cyrkulacja atmosferyczna jest modelowana jak na planetach ziemskich, napędzana przez ciepło słoneczne osadzone w płytkiej górnej warstwie atmosferycznej. Oba wyjaśnienia mają ważne wady i żadne z nich nie może uwzględniać silnych wiatrów równikowych.
Jednym ze sposobów przetestowania tych modeli jest analiza długoterminowego zachowania wiatrów poprzez pomiar ich wrażliwości na zmiany ilości światła słonecznego z powodu efektów sezonowych lub innych czynników. Wcześniejsze badania wykazały, że wiatry Jowisza są dość stabilne i niewrażliwe na zmiany sezonowe, ale niewiele wiadomo o Saturnie, którego wyciszone cechy chmur są znacznie trudniejsze do zmierzenia.
Korzystając z możliwości wysokiej rozdzielczości kamery planetarnej Wide Field na pokładzie HST, hiszpańsko-amerykański zespół był w stanie śledzić wystarczającą liczbę elementów chmur w Saturnie, aby zmierzyć prędkość wiatru na szerokim zakresie szerokości geograficznych. Wiatry równikowe mierzone w latach 1996-2001 są tylko w połowie tak silne, jak w latach 1980–81, kiedy statek kosmiczny Voyager odwiedził planetę. Przeciwnie, wietrzne strumienie daleko od równika pozostały stabilne i wykazują silną półkulistą symetrię, której nie znaleziono w Jowiszu.
Naukowcy twierdzą, że różne zachowania wiatrów Saturna mogą być prostym wyjaśnieniem. Długi cykl sezonowy w atmosferze Saturna (jeden rok Saturna to około trzydziestu lat ziemskich) i równikowe zacienianie przez gigantyczne pierścienie planety mogą tłumaczyć nagłe spowolnienie wiatrów równikowych. Zamiast być przywiązanym do głębokiego wnętrza Saturna, napędzanego głównie ciepłem wewnętrznym, wiatry równikowe mogą być po części zjawiskiem płytkiej powierzchni, na które wpływ mają również sezonowe zmiany światła słonecznego. W rzeczywistości obszar równikowy Saturna był lokalizacją gigantycznych układów burzowych, takich jak te obserwowane w 1990 i 1994 r. Burze te mogły wywołać silne zmiany dynamiczne, być może powodujące obserwowane osłabienie wiatrów równikowych.
Inną możliwością jest to, że wiatry mierzone przez zespół znajdują się na wyższych wysokościach, gdzie prędkość wiatru prawdopodobnie spadnie. W artykule poświęconym naturze zespół zauważa, że nierównoległe wiatry Saturna pozostały niezmienione w tym okresie, przypominając pod tym względem Jowisza, co sugeruje, że wiatry te mogą być głębiej zakorzenione.
Nowe obserwacje HST zespołu hiszpańsko-amerykańskiego są planowane na koniec tego roku. Nowe dane i obrazowanie w wysokiej rozdzielczości, które ma uzyskać orbita Cassini NASA-ESA, która ma dotrzeć na Saturna w połowie 2004 r., Pozwoli im i innym naukowcom dowiedzieć się, czy obecny przebieg wiatru będzie się utrzymywał, czy zmieni w trakcie kursu cyklu sezonowego Saturna. W obu przypadkach, zauważa francuski, „wyniki te będą ważnymi testami naszego teoretycznego zrozumienia wiatrów na gigantycznych planetach”.
Oryginalne źródło: Wellesley College News Release
