Долгие годы Сатурн, казалось, делал невозможное: менял свою скорость вращения, словно гигантская планета тайно готовилась к олимпийским соревнованиям по скоростному бегу на коньках. Этот озадачивающий результат заставлял учёных чесать затылки, предположительно, в невесомости. Теперь исследователи, использующие космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), заявляют, что наконец разгадали тайну, и виновником, естественно, оказалось впечатляющее световое шоу.

Новые результаты, опубликованные в Journal of Geophysical Research: Space Physics, показывают, что сатурнианское сияние управляет мощным циклом, включающим тепло, ветры и электрические токи, которые могут заставить планету казаться вращающейся с разной скоростью в зависимости от того, как вы её измеряете. Загадка восходит к десятилетиям, но получила новое внимание после того, как в 2004 году космический аппарат НАСА «Кассини» предположил, что скорость вращения Сатурна постепенно меняется — результат, который было трудно объяснить, потому что планеты не меняют свою скорость вращения за короткие промежутки времени, примерно как мнение вашей тёти об ананасовой пицце.

В 2021 году команда под руководством профессора Тома Стэлларда из Нортумбрийского университета предложила другое объяснение: вращение Сатурна на самом деле не менялось. Вместо этого электрические сигналы, связанные с сиянием планеты, подвергались воздействию ветров в верхней атмосфере Сатурна, генерируя электрические токи, которые изменяли сигнал сияния, используемый учёными для оценки вращения планеты. Хотя это исследование объяснило вводящие в заблуждение измерения, оставался один главный вопрос: что вызывало эти атмосферные ветры?

Чтобы выяснить это, Стэллард и его коллеги обратились к космическому телескопу Джеймса Уэбба, наблюдая северную область сияния Сатурна непрерывно в течение целого сатурнианского дня. Команда сосредоточилась на инфракрасном свете, излучаемом молекулой, известной как трёхатомный катион водорода, которая образуется в верхней атмосфере Сатурна и служит естественным индикатором температуры. Анализируя его свечение, они создали самые детальные карты температур и плотностей заряженных частиц в области сияния Сатурна. Улучшение точности было впечатляющим: более ранние измерения имели погрешность около 50 градусов Цельсия, но наблюдения JWST были примерно в десять раз точнее, что позволило учёным впервые выявить локализованные паттерны нагрева и охлаждения.

Новые данные хорошо совпали с предсказаниями компьютерных моделей, разработанных более десяти лет назад. Однако модели работали только в том случае, если источник атмосферного нагрева находился именно там, где самые сильные частицы сияния входят в атмосферу Сатурна. Результаты показывают, что сияние Сатурна делает гораздо больше, чем просто создаёт ослепительное световое шоу — это, по сути, планетарный тепловой насос. Энергия, выделяемая сиянием, нагревает определённые области атмосферы, генерируя ветры, которые затем создают электрические токи. Эти токи помогают питать само сияние, которое продолжает нагревать атмосферу и поддерживать весь цикл.

Ведущий исследователь профессор Том Стэллард сказал: «То, что мы видим, по сути, является планетарным тепловым насосом. Сияние Сатурна нагревает его атмосферу, атмосфера создаёт ветры, ветры производят токи, которые питают сияние, и так далее. Система питает сама себя». Он добавил, что эти новые наблюдения, ставшие возможными благодаря JWST, наконец предоставляют доказательства, необходимые для завершения цикла загадки, которая озадачивала учёных десятилетиями.

Открытие может иметь значение далеко за пределами одной планеты. Исследователи нашли доказательства того, что атмосфера и магнитосфера Сатурна — обширная область космоса, формируемая магнитным полем планеты — тесно связаны, причём активность в атмосфере влияет на условия в магнитосфере, в то время как магнитосфера возвращает энергию обратно в атмосферу. Этот постоянный обмен может помочь объяснить, почему процесс остаётся стабильным в течение длительных периодов — и, по словам исследователей, подобные взаимодействия могут происходить и на других планетах. «Если условия атмосферы планеты могут создавать токи, уходящие в магнитосферу...»