На протяжении десятилетий Сатурн разыгрывал перед учеными странную шутку: в зависимости от метода измерений казалось, что гигантская планета вращается с разной скоростью, чего никогда не должно быть для твердого тела. Теперь, благодаря космическому телескопу Джеймса Уэбба, исследователи раскрыли причину этой иллюзии. Ею оказался самоподдерживающийся цикл, обусловленный собственными полярными сияниями Сатурна.
Загадка зародилась еще в 2004 году, когда аппарат «Кассини» показал, что скорость вращения Сатурна меняется со временем. Позже ученые предположили, что измеряемый сигнал исходит не из ядра планеты, а из верхних слоев атмосферы, где ветры генерируют электрические токи, создающие обманчивый сигнал полярного сияния. Но что же вызывало сами ветры? Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи направили JWST на северное полярное сияние Сатурна и наблюдали за ним непрерывно в течение целых сатурнианских суток.
Ключом к прорыву стала молекула триводородного катиона (H₃⁺), которая светится в инфракрасном диапазоне и действует как естественный термометр. Данные Уэбба, оказавшиеся примерно в десять раз точнее предыдущих измерений, позволили впервые выявить тонкие структуры нагрева и охлаждения. Самые горячие области точно совпали с местами, где энергия полярного сияния поступает в атмосферу. «По сути, мы наблюдаем планетарный тепловой насос, — объяснил ведущий автор исследования Том Сталлард из Университета Нортумбрии. — Полярное сияние Сатурна нагревает его атмосферу, атмосфера порождает ветры, ветры создают течения, которые питают полярное сияние. Система подпитывает себя сама».
Открытие выявляет глубокую двустороннюю связь между атмосферой планеты и ее магнитосферой: энергия не просто перетекает из космоса в атмосферу, но и сама атмосфера помогает контролировать то, что происходит в космосе вокруг планеты. Это может изменить подход к изучению других газовых гигантов в Солнечной системе и за ее пределами. Исследование опубликовано в журнале JGR Space Physics.
