Przez lata Saturn wydawał się robić coś niemożliwego: zmieniać swoją prędkość obrotową, jakby gigantyczna planeta potajemnie trenowała do olimpijskich prób szybkiego łyżwiarstwa. Ten zastanawiający wynik pozostawił naukowców drapiących się po głowach, zapewne w zerowej grawitacji. Teraz badacze korzystający z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) twierdzą, że w końcu rozwiązali zagadkę, a winowajcą jest, naturalnie, spektakularny pokaz świetlny.

Nowe odkrycia, opublikowane w Journal of Geophysical Research: Space Physics, ujawniają, że zorza polarna Saturna napędza potężny cykl obejmujący ciepło, wiatry i prądy elektryczne, które mogą sprawić, że planeta będzie wydawać się wirować z różnymi prędkościami w zależności od tego, jak to mierzysz. Zagadka sięga dziesięcioleci, ale zyskała nową uwagę po tym, jak sonda Cassini NASA w 2004 roku zasugerowała, że prędkość obrotowa Saturna stopniowo się zmienia – wynik trudny do wyjaśnienia, ponieważ planety nie zmieniają po prostu swoich prędkości obrotowych w krótkich skalach czasowych, podobnie jak opinia twojej ciotki na temat pizzy z ananasem.

W 2021 roku zespół kierowany przez profesora Toma Stallarda z Northumbria University zaproponował inne wyjaśnienie: obrót Saturna tak naprawdę się nie zmieniał. Zamiast tego sygnały elektryczne związane z zorzą polarną planety były zakłócane przez wiatry w górnej atmosferze Saturna, generując prądy elektryczne, które zmieniały sygnał zorzowy używany przez naukowców do szacowania obrotu planety. Chociaż to badanie wyjaśniało mylące pomiary, pozostało jedno główne pytanie: co napędzało te wiatry atmosferyczne?

Aby to zbadać, Stallard i współpracownicy sięgnęli po Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, obserwując północny region zorzowy Saturna nieprzerwanie przez cały dzień saturnowy. Zespół skupił się na świetle podczerwonym emitowanym przez cząsteczkę znaną jako kation triwodoru, która tworzy się w górnej atmosferze Saturna i służy jako naturalny wskaźnik temperatury. Analizując jej blask, stworzyli najbardziej szczegółowe mapy temperatur i gęstości naładowanych cząstek w regionie zorzowym Saturna, jakie kiedykolwiek powstały. Poprawa dokładności była dramatyczna: wcześniejsze pomiary miały niepewności rzędu 50 stopni Celsjusza, ale obserwacje JWST były około dziesięciokrotnie dokładniejsze, co pozwoliło naukowcom po raz pierwszy zidentyfikować lokalne wzorce ogrzewania i chłodzenia.

Nowe dane ściśle odpowiadały przewidywaniom modeli komputerowych opracowanych ponad dekadę temu. Modele działały jednak tylko wtedy, gdy źródło ogrzewania atmosferycznego znajdowało się dokładnie tam, gdzie najsilniejsze cząstki zorzowe wchodzą w atmosferę Saturna. Wyniki wskazują, że zorza polarna Saturna robi znacznie więcej niż tylko tworzy olśniewający pokaz świetlny – jest to zasadniczo planetarna pompa ciepła. Energia dostarczana przez zorzę ogrzewa określone regiony atmosfery, generując wiatry, które następnie tworzą prądy elektryczne. Te prądy pomagają zasilać samą zorzę, która kontynuuje ogrzewanie atmosfery i podtrzymuje cały cykl.

Główny badacz, profesor Tom Stallard, powiedział: „To, co widzimy, to zasadniczo planetarna pompa ciepła. Zorza polarna Saturna ogrzewa jego atmosferę, atmosfera napędza wiatry, wiatry wytwarzają prądy zasilające zorzę i tak dalej. System sam się napędza.” Dodał, że te nowe obserwacje, możliwe dzięki JWST, w końcu dostarczają dowodów potrzebnych do zamknięcia pętli tajemnicy, która nurtowała naukowców od dziesięcioleci.

Odkrycie może mieć znaczenie wykraczające daleko poza jedną planetę. Naukowcy znaleźli dowody na to, że atmosfera Saturna i magnetosfera – ogromny region kosmosu ukształtowany przez pole magnetyczne planety – są ze sobą ściśle powiązane, a aktywność w atmosferze wpływa na warunki w magnetosferze, podczas gdy magnetosfera przekazuje energię z powrotem do atmosfery. Ta ciągła wymiana może pomóc wyjaśnić, dlaczego proces pozostaje stabilny przez długie okresy – i, według badaczy, podobne interakcje mogą zachodzić na innych planetach. „Jeśli warunki atmosferyczne planety mogą napędzać prądy w przestrzeń kosmiczną” – powiedział Stallard – „to może to mieć wpływ na to, jak rozumiemy atmosfery planet w całym Układzie Słonecznym.”