I åratal verkade Saturnus göra något omöjligt: ändra sin rotationshastighet, som om jätteplaneten i hemlighet tränade för olympiska skridskoförsök. Det förbryllande resultatet fick forskare att klia sig i huvudet, förmodligen i tyngdlöshet. Nu säger forskare som använder James Webb Space Telescope (JWST) att de äntligen har löst mysteriet, och boven är naturligtvis en spektakulär ljusshow.

De nya rönen, publicerade i Journal of Geophysical Research: Space Physics, avslöjar att Saturnus norrsken driver en kraftfull cykel som involverar värme, vindar och elektriska strömmar som kan få planeten att verka snurra i olika hastigheter beroende på hur man mäter. Gåtan går tillbaka decennier men fick förnyad uppmärksamhet efter att NASA:s rymdsond Cassini 2004 antydde att Saturnus rotationshastighet gradvis förändrades – ett resultat som var svårt att förklara eftersom planeter inte bara ändrar sin rotationshastighet på korta tidsskalor, ungefär som din mosters åsikt om ananaspizza.

2021 föreslog ett team lett av professor Tom Stallard vid Northumbria University en annan förklaring: Saturnus rotation förändrades inte egentligen. Istället påverkades elektriska signaler kopplade till planetens norrsken av vindar i Saturnus övre atmosfär, vilket genererade elektriska strömmar som ändrade den norrskenssignal forskarna använde för att uppskatta planetens rotation. Medan den studien förklarade de missvisande mätningarna återstod en stor fråga: Vad drev dessa atmosfäriska vindar?

För att undersöka saken vände sig Stallard och kollegor till James Webb Space Telescope och observerade Saturnus norra norrskensregion kontinuerligt under en hel Saturnusdag. Teamet fokuserade på infrarött ljus som emitteras av en molekyl känd som trivätekatjon, som bildas i Saturnus övre atmosfär och fungerar som en naturlig temperaturindikator. Genom att analysera dess glöd skapade de de mest detaljerade kartorna någonsin över temperaturer och laddade partikeltätheter inom Saturnus norrskensregion. Förbättringen i noggrannhet var dramatisk: tidigare mätningar hade osäkerheter på cirka 50 grader Celsius, men JWST:s observationer var ungefär tio gånger mer precisa, vilket gjorde det möjligt för forskare att för första gången identifiera lokaliserade mönster av uppvärmning och avkylning.

De nya data stämde väl överens med förutsägelser från datormodeller utvecklade för över ett decennium sedan. Modellerna fungerade dock bara om källan till den atmosfäriska uppvärmningen var placerad exakt där de starkaste norrskenspartiklarna tränger in i Saturnus atmosfär. Resultaten indikerar att Saturnus norrsken gör mycket mer än att skapa en bländande ljusshow – det är i huvudsak en planetarisk värmepump. Energi som deponeras av norrskenet värmer specifika regioner av atmosfären, genererar vindar, som sedan skapar elektriska strömmar. Dessa strömmar hjälper till att driva själva norrskenet, som fortsätter att värma atmosfären och upprätthålla hela cykeln.

Ledande forskaren professor Tom Stallard sade: ”Vad vi ser är i huvudsak en planetarisk värmepump. Saturnus norrsken värmer dess atmosfär, atmosfären driver vindar, vindarna producerar strömmar som driver norrskenet, och så fortsätter det. Systemet matar sig självt.” Han tillade att dessa nya observationer, möjliggjorda av JWST, äntligen ger de bevis som behövs för att sluta cirkeln kring ett mysterium som har förbryllat forskare i decennier.

Upptäckten kan ha betydelse långt bortom en enda planet. Forskare fann bevis för att Saturnus atmosfär och magnetosfär – den enorma rymdregionen som formas av planetens magnetfält – är nära sammankopplade, med aktivitet i atmosfären som påverkar förhållandena i magnetosfären medan magnetosfären matar energi tillbaka till atmosfären. Detta pågående utbyte kan hjälpa till att förklara varför processen förblir stabil under långa perioder – och enligt forskarna kan liknande interaktioner förekomma på andra planeter också. ”Om en planets atmosfäriska förhållanden kan driva strömmar ut i