Hubble знайшов кільця Сатурна, які нагрівають його атмосферу

Таємниця ховалася на виду 40 років. Але знадобилася проникливість досвідченого астронома, щоб зібрати все це разом протягом року, використовуючи спостереження Сатурна з космічного телескопа Хаббла NASA та зонда Cassini, що вийшов з експлуатації, на додаток до космічних кораблів Voyager 1 і 2 і місії «Міжнародний ультрафіолетовий дослідник», що вийшла на пенсію..

Відкриття: велика система кілець Сатурна нагріває верхні шари атмосфери гігантської планети. Явище ніколи раніше не спостерігалося в Сонячній системі. Це несподівана взаємодія між Сатурном і його кільцями, яка потенційно може стати інструментом для передбачення того, чи планети навколо інших зірок також мають чудові кільцеві системи, схожі на Сатурн.

Показовим доказом є надлишок ультрафіолетового випромінювання, яке видно як спектральна лінія гарячого водню в атмосфері Сатурна. Підйом радіації означає, що щось забруднює та нагріває верхні шари атмосфери ззовні.

Найбільш вірогідним поясненням є те, що частинки крижаних кілець, що падають на атмосферу Сатурна, викликають це нагрівання. Це може бути спричинено впливом мікрометеоритів, бомбардуванням частинками сонячного вітру, сонячним ультрафіолетовим випромінюванням або електромагнітними силами, що збирають електрично заряджений пил. Все це відбувається під дією гравітаційного поля Сатурна, яке притягує частинки до планети. Коли зонд NASA Cassini занурився в атмосферу Сатурна наприкінці своєї місії у 2017 році, він виміряв складові атмосфери та підтвердив, що з кілець падає багато частинок.

«Хоча повільний розпад кілець добре відомий, його вплив на атомарний водень планети є несподіванкою. Зі зонда «Кассіні» ми вже знали про вплив кілець. Однак ми нічого не знали про вміст атомарного водню», — сказав Лотфі Бен-Джаффель з Інституту астрофізики в Парижі та Місячно-планетарної лабораторії Університету Аризони, автор статті, опублікованої 30 березня в Planetary Science Journal.

«Усе відбувається завдяки кільцевим частинкам, які каскадом потрапляють в атмосферу на певних широтах. Вони модифікують верхні шари атмосфери, змінюючи склад», — сказав Бен-Джаффель. «А потім у вас також є процеси зіткнення з атмосферними газами, які, ймовірно, нагрівають атмосферу на певній висоті».

Висновок Бен-Джаффеля вимагав об’єднати архівні дані ультрафіолетового світла (УФ) чотирьох космічних місій, які вивчали Сатурн. Це включає спостереження з двох зондів НАСА «Вояджер», які пролетіли повз Сатурн у 1980-х роках і виміряли надлишок ультрафіолету. У той час астрономи відкинули вимірювання як шум у детекторах. Місія Cassini, яка прибула на Сатурн у 2004 році, також збирала УФ-дані про атмосферу (протягом кількох років). Додаткові дані надійшли від Хаббла та Міжнародного ультрафіолетового дослідника, який був запущений у 1978 році та був результатом міжнародної співпраці між NASA, ESA (Європейським космічним агентством) і Науково-технічною дослідницькою радою Сполученого Королівства.

Але питання полягало в тому, чи всі дані можуть бути ілюзорними, чи натомість вони відображають справжнє явище на Сатурні.

Ключем до складання головоломки стало рішення Бен-Джаффеля використати вимірювання спектрографа зображень космічного телескопа Хаббла (STIS). Його точні спостереження за Сатурном були використані для калібрування архівних УФ-даних усіх чотирьох інших космічних місій, які спостерігали за Сатурном. Він порівняв УФ-спостереження Сатурна STIS з розподілом світла від багатьох космічних місій і інструментів.

«Коли все було відкалібровано, ми чітко побачили, що спектри узгоджені в усіх місіях. Це стало можливим, оскільки ми маємо ту саму точку відліку, від Хаббла, щодо швидкості передачі енергії з атмосфери, виміряної протягом десятиліть», — Бен. – сказав Яффель. «Для мене це було справді несподіванкою. Я просто побудував різні дані розподілу світла разом, а потім зрозумів, нічого собі – це те саме».

Чотири десятиліття УФ-даних охоплюють кілька сонячних циклів і допомагають астрономам вивчати сезонний вплив Сонця на Сатурн. Об’єднавши всі різноманітні дані та відкалібрувавши їх, Бен-Джаффель виявив, що немає різниці в рівні УФ-випромінювання. «У будь-який час, у будь-якому місці на планеті ми можемо стежити за рівнем УФ-випромінювання», — сказав він. Це вказує на постійний «льодовий дощ» з кілець Сатурна як найкраще пояснення.

«Ми лише на початку дослідження впливу кільцевих характеристик на верхні шари атмосфери планети. Згодом ми хочемо мати глобальний підхід, який би дав реальну інформацію про атмосфери віддалених світів. Однією з цілей цього дослідження є подивіться, як ми можемо застосувати це до планет, що обертаються навколо інших зірок. Назвіть це пошуком «екзо-кілець».

Космічний телескоп Хаббл – це проєкт міжнародного співробітництва NASA та ESA. Телескопом керує Центр космічних польотів імені Годдарда НАСА в Грінбелті, штат Меріленд. Науковий інститут космічного телескопа (STScI) у Балтіморі проводить наукові операції Хаббла. STScI управляється для NASA Асоціацією університетів з дослідження астрономії у Вашингтоні, округ Колумбія