Иллюзия вращения – Как телескоп JWST раскрыл 20-летнюю загадку Сатурна

Десятилетиями Сатурн сбивал астрофизиков с толку. Данные показывали немыслимое: газовый гигант будто бы постоянно менял скорость вращения. Классическая физика утверждала, что для целой планеты такие перепады невозможны, а учёные сомневались в базовых методах изучения космоса.

Разгадать 20-летнюю аномалию помогли светящиеся молекулы и космический телескоп JWST. Оказалось, что фокус со скоростью — это масштабная оптическая иллюзия, которую запускают полярные сияния Сатурна.

«Годами мы видели сбои в скорости вращения планеты, но разводили руками, — рассказывает Том Столлард, профессор Нортумбрийского университета и ведущий автор исследования. — Позже выяснилось, что всё дело в атмосферных ветрах. Но кто их разгоняет? Именно JWST дал нам железобетонные доказательства и раскрыл механизм этой погодной машины».

Поиск невидимого двигателя

История началась в 2004 году. Зонд NASA Cassini передал на Землю сенсационные цифры: Сатурн то ускорялся, то замедлялся.

Планеты не умеют произвольно жать на тормоз или газ без внешнего вмешательства, поэтому физикам пришлось искать другое объяснение. Со временем появилась рабочая гипотеза.

Учёные предположили, что сигнал, по которому измеряли скорость вращения, шёл не от массивного ядра газового гиганта, а от верхних слоёв его атмосферы.

Мощные высотные ветры порождали электрические токи, те создавали фальшивый сигнал полярного сияния, а он уже идеально имитировал сдвиги в скорости Сатурна. Оставался один вопрос — что изначально спровоцировало появление мощных ветров?

За ответом обратились к обсерватории JWST. Телескоп на протяжении целых сатурнианских суток непрерывно смотрел на северное полярное сияние планеты. Главным маркером для астрофизиков стал ион триводорода (H??).

В инфракрасном свете эта молекула ярко светится и работает как идеальный природный термометр. Наблюдая за её излучением, команда Столларда составила точнейшие карты температуры и плотности частиц на полюсах гиганта.

Прошлые телескопы ошибались на внушительные 50 °C, из-за чего общая картина размывалась и скрывала закономерности. Аппаратура JWST сработала в десять раз точнее.

На новых картах чётко проявились зоны нагрева и охлаждения: пиковые скачки температуры идеально совпали с участками, где полярные сияния пробивали атмосферу своей колоссальной энергией.

«Мы увидели грандиозный планетарный тепловой насос. Сияния греют атмосферу, она рождает ветры, ветры запускают токи, а токи снова питают сияния. Идеальный вечный двигатель, который сам себя поддерживает», — объясняет профессор Столлард.

Значение открытия для изучения экзопланет

Разгадка аномалии Сатурна меняет правила для всей астрофизики.

Теперь окончательно ясно: магнитосфера и атмосфера планеты не существуют порознь, они связаны тесной двусторонней связью. Энергия не просто пассивно сыплется из космоса на поверхность.

Атмосфера сама активно участвует в регулировании процессов на орбите. Это открытие способно концептуально изменить подходы астрофизиков к тому, как они расшифровывают сигналы от других газовых гигантов — причём как в нашей Солнечной системе, так и далеко за её пределами.

Новые данные перевёрнут и методы изучения экзопланет, где аналогичная погодная механика может определять климат.

Том Столлард уверен: «Раз атмосфера умеет генерировать космические токи вокруг собственной планеты, значит, пристальное изучение стратосферы чужих миров поможет выявить те взаимодействия, о которых мы раньше даже не подозревали».

Источник: dzen.ru