長年、土星は不可能なことをしているように見えた。自転速度を変えているのだ。まるで巨大惑星が秘密裏にオリンピックのスピードスケートのトライアルに向けてトレーニングしているかのようだ。この不可解な結果に科学者たちは頭を悩ませたが、おそらく無重力状態でそうしていたのだろう。今、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）を使った研究者たちは、ついに謎を解明したと発表した。そして犯人は、当然ながら壮観な光のショーだった。

この新たな発見は、『Journal of Geophysical Research: Space Physics』に掲載された。それによると、土星のオーロラは熱、風、電流を含む強力なサイクルを駆動し、測定方法によって惑星の自転速度が異なって見える可能性があるという。この謎は数十年前に遡るが、2004年にNASAのカッシーニ探査機が土星の自転速度が徐々に変化していることを示唆したことで再び注目を集めた。この結果は説明が難しかった。なぜなら、惑星は短い時間スケールで自転速度を変えたりしないからだ。まるであなたの叔母がパイナップルピザに対する意見を変えないのと同じように。

2021年、ノーサンブリア大学のトム・スタラード教授が率いるチームは別の説明を提案した。土星の自転は実際には変化していなかったのだ。代わりに、惑星のオーロラに関連する電気信号が、土星の上層大気の風の影響を受け、科学者が自転を推定するために使っていたオーロラ信号を変える電流を生成していたのだ。その研究は誤解を招く測定結果を説明したが、大きな疑問が一つ残った。その大気の風を駆動しているものは何なのか？

調査のため、スタラードと同僚たちはジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡に目を向け、土星の北極オーロラ領域を土星の一日中連続して観測した。チームは、土星の上層大気で形成され、自然の温度指標として機能する分子、三水素陽イオンが放出する赤外線に焦点を当てた。その輝きを分析することで、土星のオーロラ領域内の温度と荷電粒子密度の最も詳細な地図を作成した。精度の向上は劇的だった。以前の測定では約50度の誤差があったが、JWSTの観測は約10倍正確で、科学者は初めて局所的な加熱と冷却のパターンを特定できた。

新しいデータは、10年以上前に開発されたコンピュータモデルからの予測と密接に一致した。しかし、モデルが機能したのは、大気加熱の源が最も強いオーロラ粒子が土星の大気に入る場所に正確に位置している場合のみだった。結果は、土星のオーロラが単に見事な光のショーを生み出す以上のことをしていることを示している。それは本質的に惑星のヒートポンプなのだ。オーロラによって堆積されたエネルギーが大気の特定の領域を加熱し、風を生成し、それが電流を生み出す。その電流はオーロラ自体に電力を供給し、大気を加熱し続け、サイクル全体を維持する。

主任研究者のトム・スタラード教授は次のように述べている。「私たちが見ているのは、本質的に惑星のヒートポンプです。土星のオーロラは大気を加熱し、大気は風を駆動し、風はオーロラに電力を供給する電流を生成し、そしてそれが続く。システムは自己充足的です。」彼はさらに、JWSTによって可能になったこれらの新しい観測が、数十年にわたって科学者を悩ませてきた謎を解明するために必要な証拠をようやく提供したと付け加えた。

この発見は、単一の惑星を超えた重要性を持つかもしれない。研究者たちは、土星の大気と磁気圏（惑星の磁場によって形作られる広大な宇宙領域）が密接に結びついており、大気中の活動が磁気圏の状態に影響を与え、磁気圏がエネルギーを大気にフィードバックしている証拠を発見した。この継続的な交換は、プロセスが長期間にわたって安定している理由を説明するのに役立つかもしれない。そして研究者によれば、同様の相互作用が他の惑星でも発生する可能性があるという。「もし惑星の大気条件が磁気圏に電流を駆動できるなら、それは他の惑星でも起こり得る」