Astronomowie od lat wiedzą, że w górnej atmosferze Saturna jest woda, ale nie byli pewni, skąd ona pochodzi. Nowe obserwacje wykazały, że na Saturna pada woda i płynie ona z pierścieni planety.
„Saturn jest pierwszą planetą, która wykazuje znaczącą interakcję między atmosferą a układem pierścieniowym” - powiedział James O’Donoghue, podyplomowy badacz na Uniwersytecie w Leicester i autor nowego artykułu opublikowanego w czasopiśmie Nature. „Głównym efektem deszczu pierścieniowego jest to, że„ gasi ”jonosferę Saturna, znacznie zmniejszając gęstość elektronów w regionach, w których spada.”
Korzystając z obserwatorium Keck, O’Donoghue i zespół naukowców odkryli naładowane cząsteczki wody spadające z pierścieni planety do atmosfery Saturna. Odkryli również, że zasięg deszczu pierścieniowego jest znacznie większy i spada na większe obszary planety, niż wcześniej sądzono. Praca ujawnia, że deszcz wpływa na skład i strukturę temperaturową części górnej atmosfery Saturna.
O'Donoghue powiedział, że wpływ pierścienia na gęstość elektronów jest ważny, ponieważ wyjaśnia, dlaczego przez wiele dziesięcioleci obserwacje wykazały, że gęstości elektronów są niezwykle niskie na niektórych szerokościach geograficznych na Saturnie.
„Okazuje się, że głównym czynnikiem napędzającym jonosferyczne środowisko i klimat Saturna na rozległych obszarach planety są cząstki pierścieniowe znajdujące się w odległości 120 000 mil [200 000 km] nad głową” - powiedział Kevin Baines, współautor artykułu z Jet Propulsion Laboratory. „Cząsteczki pierścienia wpływają na to, które gatunki cząstek znajdują się w tej części temperatury atmosferycznej.”
Na początku lat osiemdziesiątych zdjęcia ze statku kosmicznego Voyager NASA pokazały dwa do trzech ciemnych pasm na Saturnie, a naukowcy wysnuli teorię, że woda mogła zalewać te pasma z pierścieni. Następnie astronomowie korzystający z Obserwatorium Podczerwieni ESA odkryli obecność śladowych ilości wody w atmosferze Saturna w 1997 roku, ale tak naprawdę nie mogli znaleźć wyjaśnienia, dlaczego to tam było i jak się tam dostało.
Następnie w 2011 r. Obserwacje z obserwatorium kosmicznego Herschela wykazały, że lód wodny z gejzerów na Enceladus utworzył gigantyczny pierścień pary wodnej wokół Saturna.
Ale pasma widoczne przez Voyagera pojawiły się ponownie dopiero w 2011 roku, kiedy zespół obserwował planetę za pomocą NIRSPEC Kerk Observatory, spektrografu bliskiej podczerwieni, który łączy szerokie spektrum fal z wysoką rozdzielczością spektralną, pozwalając obserwatorom wyraźnie zobaczyć subtelne emisje z jasne części Saturna.
Efekt deszczu pierścieniowego występuje w jonosferze Saturna (Ziemia ma podobną jonosferę), gdzie naładowane cząstki powstają, gdy w przeciwnym razie neutralna atmosfera zostanie wystawiona na przepływ cząstek energetycznych lub promieniowanie słoneczne. Kiedy naukowcy wyśledzili wzór emisji konkretnej cząsteczki wodoru składającej się z trzech atomów wodoru (zamiast zwykłych dwóch), spodziewali się, że zobaczą jednolity blask podczerwieni na całej planecie.
Zamiast tego zaobserwowali szereg jasnych i ciemnych pasm o wzorze naśladującym pierścienie planety. Pole magnetyczne Saturna „mapuje” bogate w wodę pierścienie i wolne od wody szczeliny między pierścieniami w atmosferze planety.
Przypuszczali, że naładowane cząsteczki wody z pierścieni planety są przyciągane w kierunku planety przez pole magnetyczne Saturna i neutralizują świecące jony wodoru trójatomowego. Pozostawia to duże „cienie” w czymś, co w innym przypadku byłoby blaskiem podczerwieni obejmującym całą planetę. Te cienie pokrywają 30 do 43 procent górnej powierzchni planety od około 25 do 55 stopni szerokości geograficznej. Jest to znacznie większy obszar niż sugerują zdjęcia z Voyager.
Zarówno Ziemia, jak i Jowisz mają bardzo równomiernie świecący region równikowy. Naukowcy oczekiwali również tego wzoru na Saturnie, ale zamiast tego dostrzegli dramatyczne różnice na różnych szerokościach geograficznych.
„Tam, gdzie Jowisz świeci równomiernie na swoich obszarach równikowych, Saturn ma ciemne pasma, w których wpada woda, zaciemniając jonosferę” - powiedział Tom Stallard, jeden ze współautorów artykułu w Leicester. „Próbujemy teraz również zbadać te funkcje za pomocą instrumentu statku kosmicznego Cassini NASA. Jeśli nam się powiedzie, Cassini może pozwolić nam bardziej szczegółowo zobaczyć, w jaki sposób woda usuwa zjonizowane cząstki, takie jak wszelkie zmiany wysokości lub efekty, które pojawiają się wraz z porą dnia ”.
Źródła: Obserwatorium Kecka
, Natura.
