Veteran astronom je odkril, da Saturnov ogromen obročni sistem segreva zgornjo atmosfero planeta, kar je pojav, ki ga v našem sončnem sistemu še nismo videli. Z analizo 40-letnih ultravijoličnih podatkov iz več vesoljskih misij, vključno z Nasinim vesoljskim teleskopom Hubble, sondo Cassini, Voyagerjem 1 in 2 ter Mednarodnim ultravijoličnim raziskovalcem, so raziskovalci ugotovili, da delci ledenih obročev, ki padajo na Saturnovo atmosfero, povečujejo toploto. To odkritje brez primere ne le odkriva nepričakovano interakcijo med planetom in njegovimi obroči, ampak tudi odpira možnost uporabe teh informacij za napovedovanje obstoja Saturnu podobnih obročnih sistemov okoli eksoplanetov.

Dež ledenih delcev vpliva na vreme velikanskega planeta

Planet saturn Preprosto prepoznaven po čudovitem sistemu obročev, ki ga je mogoče zlahka videti skozi majhen teleskop. Astronomi so zdaj odkrili, da prstani niso tako kul, kot se zdijo. Delci ledenih obročev padajo na Saturnovo atmosfero. Zaradi tega se zgornja atmosfera segreva. Zbrala je 40 let vredna opazovanja Saturna, pridobljena od štirih NASA Planetna misija, da pride do tega zaključka. Vesoljski teleskop Hubble Opazovanja so bila uporabljena za sestavljanje vseh dokazov, zbranih v ultravijolični svetlobi. Te rezultate je mogoče uporabiti za ugotavljanje, ali podobni sistemi obročev obkrožajo planete, ki krožijo okoli drugih zvezd. Njihovi obroči bodo predaleč, da bi jih videli, toda spektroskopija planetov v ultravijolični svetlobi bo morda dala namige.

Hubblov pogled na Saturn 12. septembra 2021 kaže hitre in ekstremne barvne spremembe pasov na severni polobli planeta, kjer je bila zgodnja jesen. Pasovi so različni med Hubblovimi opazovanji v letih 2019 in 2020. Zlasti Saturnovo ikonično šesterokotno nevihto, ki jo je leta 1981 prvič odkrilo vesoljsko plovilo Voyager 2, je bilo leta 2020 težko razločiti, vendar je leta 2021 spet jasno vidna. Hubblova slika Saturna zajame planet po zimi na južni polobli, kar je razvidno iz motno modre barve južnega tečaja. Zasluge: NASA, ESA, A.I. Simon (NASA-GSFC) in MH Wong (UC Berkeley); Obdelava slike: Pogan (STScI)

Vesoljski teleskop Hubble odkrije Saturnove obroče, ki segrevajo njegovo atmosfero

Skrivnost se skriva na očeh že 40 let. Toda potreben je bil vpogled izkušenega astronoma, da je z opazovanjem Saturna z Nasinim vesoljskim teleskopom Hubble to združil in se v enem letu upokojil. cassini test, poleg tega Voyager 1 in 2 Vesoljsko plovilo in upokojeni Mednarodni ultravijolični raziskovalec Cilj.

Odkritje: Saturnov ogromen sistem obročev segreva zgornjo atmosfero velikanskega planeta. Ta pojav v Osončju še ni bil viden. Gre za nepričakovano interakcijo med Saturnom in njegovimi obroči, ki bi potencialno lahko zagotovila orodje za napovedovanje, ali imajo tudi planeti okoli drugih zvezd sisteme obročev, kot je spektakularni Saturn.

Glavni dokaz je presežek ultravijoličnega sevanja, ki ga vidimo kot spektralne črte Saturnovega vročega vodika. Vzdušje, Izbruh sevanja pomeni, da nekaj onesnažuje in segreva zgornjo atmosfero od zunaj.

Najbolj verjetna razlaga je, da je to segrevanje posledica deževnih delcev ledenih obročev, ki padajo na Saturnovo atmosfero. To je lahko posledica vpliva mikroskopskih meteoritov, bombardiranja delcev sončnega vetra, sončnega ultravijoličnega sevanja ali elektromagnetnih sil, ki dvigujejo električno nabit prah. Vse to se zgodi pod vplivom Saturnovega gravitacijskega polja, ki vleče delce na planet. ko NASA cassini Sonda je ob koncu svoje misije leta 2017 padla v Saturnovo atmosfero, izmerila atmosferske komponente in potrdila, da iz obročev pada veliko delcev.

“Čeprav je počasno razpadanje obročev dobro znano, je njegov učinek na atomski vodik na planetu presenetljiv. Od sonde Cassini smo že vedeli za učinek obročev. Vendar pa smo malo vedeli o vsebnosti atomskega vodika. Nisem vem,” je dejal Lotfi Ben-Jaffel z Inštituta za astrofiziko v Parizu in Lunarnega in planetarnega laboratorija Univerze v Arizoni, avtor prispevka, objavljenega 30. marca. Planetary Science Journal,

To je sestavljena slika, ki prikazuje Saturnovo izboklino Lyman-alfa, emisijo vodika, ki so jo med letoma 1980 in 2017 zaznale tri ločene NASA-ine misije, in sicer Voyager 1, Cassini in vesoljski teleskop Hubble, neprekinjen in nepričakovan dodatek. Hubblova skoraj ultravijolična slika, pridobljena leta 2017 med poletjem Saturna na severni polobli, je uporabljena kot referenca za skico planetove emisije Lyman-alfa. Obroči so videti temnejši od telesa planeta, ker odbijajo veliko manj ultravijolične sončne svetlobe. Nad obroči in temnim ekvatorialnim območjem je izboklina Lyman-alpha videti kot razširjen (30°) zemljepisni pas, ki je 30 odstotkov svetlejši od okoliških regij. Majhen del južne poloble je viden med obroči in ekvatorialnim območjem, vendar je temnejši kot na severni polobli. Severno od območja izbokline (zgornji desni del slike) se svetlost diska postopoma zmanjšuje glede na zemljepisno širino proti svetlemu območju aurore, prikazanemu tukaj za referenco (ne v merilu). Temna lisa znotraj območja aurore predstavlja odtis vrtilne osi planeta.
Menijo, da padavine ledenih delcev na atmosfero na določenih zemljepisnih širinah in sezonski učinki vodijo do atmosferskega segrevanja, ki odbija več sončne svetlobe Lyman-alfa v zgornje atmosfersko območje vodikove izbokline. To nepričakovano interakcijo med prstanom in zgornjo atmosfero zdaj poglobljeno preiskujejo, da bi ugibali, ali imajo oddaljeni eksoplanete razširjene sisteme obročev, podobne Saturnu.
Zasluge: NASA, ESA, Lotfi Ben-Jeffel (IAP in LPL)

“Vse poganjajo obročasti delci, ki se gibljejo v atmosferi na določenih zemljepisnih širinah. Spreminjajo zgornjo atmosfero in spreminjajo sestavo,” je dejal Ben-Juffel. “In potem imate tudi kolateralne procese z atmosferskimi plini, ki morda segrejejo atmosfero na določeno nadmorska višina.”

Ben-Jeffelov zaključek je zahteval zbiranje arhivskih opazovanj ultravijolične svetlobe (UV) iz štirih vesoljskih misij, ki so preučevale Saturn. Vključuje dve opazovanju NASA-ine sonde Voyager, ki je leta 1980 preletela Saturn in izmerila presežek UV. Takrat so astronomi meritve zavrnili kot šum v detektorjih. Misija Cassini, ki je prispela na Saturn leta 2004, je zbrala tudi UV podatke o atmosferi (več let). Dodatni podatki so prišli od Hubbla in Mednarodnega ultravijoličnega raziskovalca, ki je bil izstreljen leta 1978 in je bil mednarodno sodelovanje med obema. NASA, ESA ,evropska vesoljska agencija) in Svet za raziskave znanosti in inženiringa Združenega kraljestva.

Toda pomembno vprašanje je bilo, ali so lahko vsi podatki zavajajoči ali namesto tega odražajo resničen pojav na Saturnu.

Ključ do dodajanja uganke je bila Ben-Zefelova odločitev, da uporabi meritve iz Hubblovega vesoljskega teleskopa Imaging Spectrograph (STIS). Njegova natančna opazovanja Saturna so bila uporabljena za kalibracijo arhivskih UV podatkov štirih drugih vesoljskih misij, ki so opazovale Saturn. Primerjali so STIS UV opazovanja Saturna s porazdelitvijo svetlobe iz več vesoljskih misij in instrumentov.

“Ko je bilo vse umerjeno, smo jasno videli, da so spektri dosledni v vseh misijah. To je bilo mogoče, ker imamo eno samo referenčno točko, od Hubbla, na hitrost prenosa energije iz atmosfere, merjeno v desetletjih,” Ben-Juffel rekel. “Zame je bilo res presenetljivo. Pravkar sem skupaj narisal različne podatke o porazdelitvi svetlobe, potem pa sem ugotovil, vau – enako je.

Štiri desetletja UV-podatkov zajemajo več sončnih ciklov in pomagajo astronomom pri preučevanju sezonskih učinkov Sonca na Saturn. Ben-Jeffel je z združitvijo vseh različnih podatkov in njihovo kalibracijo ugotovil, da ni razlike v ravneh UV-sevanja. “Kadar koli v času, na katerem koli mestu na planetu lahko opazujemo ravni UV sevanja,” je dejal. Kot najboljšo razlago kaže na enakomeren “ledeni dež” iz Saturnovih obročev.

“Smo na začetku označevanja učinkov tega obroča na zgornjo atmosfero planeta. Končno želimo globalni pristop, ki bo ustvaril resnične podpise o atmosferi na oddaljenih svetovih. Eden od ciljev te študije je ugotoviti, ali lahko kako o uporabi tega na planetih, ki krožijo okoli drugih zvezd. Imenujte to odkritje ‘ekso-obročev’.”

Literatura: Lotfi Ben-Jaffel, Julian I. Moses, Robert A. West, Claus-Michael A, Eric T. Bradley, John T. Clark, J.B. Holberga in “Enigmatično obilje atomskega vodika v Saturnovi zgornji atmosferi” Gilde E. Ballester, 30. marec 2023, na voljo tukaj. Planetary Science Journal,
DOI: 10.3847/psj/acaf78

Vesoljski teleskop Hubble je projekt mednarodnega sodelovanja med Naso in Eso. Nasin center za vesoljske polete Goddard v Greenbeltu v Marylandu upravlja teleskop. Znanstveni inštitut za vesoljski teleskop (STSCI) v Baltimoru izvaja Hubblove znanstvene operacije. STScI za Naso upravlja Konzorcij univerz za raziskave v astronomiji v Washingtonu, D.C.