Jarenlang leek Saturnus iets onmogelijks te doen: zijn rotatiesnelheid veranderen, alsof de reuzenplaneet in het geheim trainde voor de Olympische schaatswedstrijden. Dat verwarrende resultaat liet wetenschappers hoofdkrabbend achter, vermoedelijk in gewichtloze toestand. Nu zeggen onderzoekers die de James Webb Ruimtetelescoop (JWST) gebruiken dat ze het mysterie eindelijk hebben opgelost, en de boosdoener is, uiteraard, een spectaculaire lichtshow.

De nieuwe bevindingen, gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research: Space Physics, onthullen dat Saturnus' aurora een krachtige cyclus aandrijft van hitte, winden en elektrische stromen die de planeet kan laten lijken alsof hij met verschillende snelheden draait, afhankelijk van hoe je het meet. De puzzel dateert van tientallen jaren geleden, maar kreeg hernieuwde aandacht nadat NASA's Cassini-ruimtevaartuig in 2004 suggereerde dat Saturnus' rotatiesnelheid geleidelijk veranderde – een resultaat dat moeilijk te verklaren was omdat planeten niet zomaar hun rotatiesnelheid veranderen op korte tijdschalen, net zomin als je tante van mening verandert over ananaspizza.

In 2021 stelde een team onder leiding van professor Tom Stallard van de Northumbria University een andere verklaring voor: Saturnus' rotatie veranderde niet echt. In plaats daarvan werden elektrische signalen gekoppeld aan de aurora van de planeet beïnvloed door winden in de bovenste atmosfeer van Saturnus, waardoor elektrische stromen ontstonden die het aurorale signaal veranderden dat wetenschappers gebruikten om de rotatie van de planeet te schatten. Hoewel die studie de misleidende metingen verklaarde, bleef één grote vraag over: wat dreef die atmosferische winden?

Om dat te onderzoeken, richtten Stallard en collega's zich op de James Webb Ruimtetelescoop en observeerden ze het noordelijke aurorale gebied van Saturnus continu gedurende een volledige Saturnusdag. Het team richtte zich op infrarood licht uitgezonden door een molecuul bekend als triwaterstofkation, dat zich vormt in de bovenste atmosfeer van Saturnus en dient als een natuurlijke temperatuurindicator. Door de gloed ervan te analyseren, maakten ze de meest gedetailleerde kaarten ooit van temperaturen en geladen deeltjesdichtheden in het aurorale gebied van Saturnus. De verbetering in nauwkeurigheid was dramatisch: eerdere metingen hadden onzekerheden van ruwweg 50 graden Celsius, maar JWST's waarnemingen waren ongeveer tien keer preciezer, waardoor wetenschappers voor het eerst lokale patronen van verwarming en afkoeling konden identificeren.

De nieuwe gegevens kwamen nauw overeen met voorspellingen van computermodellen die meer dan tien jaar geleden waren ontwikkeld. De modellen werkten echter alleen als de bron van de atmosferische verwarming zich precies bevond waar de sterkste aurorale deeltjes de atmosfeer van Saturnus binnendringen. De resultaten geven aan dat Saturnus' aurora veel meer doet dan alleen een oogverblindende lichtshow creëren – het is in wezen een planetaire warmtepomp. Energie die door de aurora wordt afgezet, verwarmt specifieke delen van de atmosfeer, genereert winden, die vervolgens elektrische stromen creëren. Die stromen helpen de aurora zelf van stroom te voorzien, die de atmosfeer blijft verwarmen en de hele cyclus in stand houdt.

Hoofdonderzoeker professor Tom Stallard zei: "Wat we zien is in wezen een planetaire warmtepomp. Saturnus' aurora verwarmt zijn atmosfeer, de atmosfeer drijft winden aan, de winden produceren stromen die de aurora van stroom voorzien, en zo gaat het maar door. Het systeem voedt zichzelf." Hij voegde eraan toe dat deze nieuwe waarnemingen, mogelijk gemaakt door JWST, eindelijk het bewijs leveren om de cirkel te sluiten van een mysterie dat wetenschappers tientallen jaren heeft verbijsterd.

De ontdekking kan betekenis hebben die verder gaat dan één planeet. Onderzoekers vonden bewijs dat Saturnus' atmosfeer en magnetosfeer – het uitgestrekte gebied in de ruimte gevormd door het magnetisch veld van de planeet – nauw met elkaar verbonden zijn, waarbij activiteit in de atmosfeer de omstandigheden in de magnetosfeer beïnvloedt, terwijl de magnetosfeer energie terugvoert naar de atmosfeer. Deze voortdurende uitwisseling zou kunnen helpen verklaren waarom het proces stabiel blijft over lange perioden – en volgens de onderzoekers kunnen soortgelijke interacties ook op andere planeten voorkomen. "Als de atmosferische omstandigheden van een planeet stromen kunnen aandrijven die de ruimte in gaan,"