Планету Сатурн легко узнать по ее богатой системе колец, которые можно легко увидеть в небольшой телескоп. Однако, несмотря на простоту наблюдений, у планеты была своя тайна. Оказалось, что обширная система колец Сатурна нагревает верхнюю атмосферу планеты-гиганта. Это явление никогда прежде не наблюдалось в Солнечной системе. Такое неожиданное взаимодействие между Сатурном и его кольцами, может предоставить инструмент для предсказания того, есть ли у планет вокруг других звезд крупные системы колец, подобные Сатурну.
Эта тайна скрывается на виду уже 40 лет. Потребовалась проницательность опытного астронома, чтобы собрать все это вместе в течение года, используя наблюдения Сатурна с космического телескопа Hubble и вышедшего из эксплуатации зонда Кассини, в дополнение к космическим кораблям "Вояджер-1" и "Вояджер-2".
Контрольным свидетельством является избыток ультрафиолетового излучения, наблюдаемого в виде спектральной линии горячего водорода в атмосфере Сатурна. Всплеск радиации означает, что что-то загрязняет и нагревает верхние слои атмосферы извне.
Наиболее правдоподобное объяснение состоит в том, что этот нагрев вызывают частицы ледяных колец, падающие дождем на атмосферу Сатурна. Это может быть связано с воздействием микрометеоритов, бомбардировкой частицами солнечного ветра, солнечным ультрафиолетовым излучением или электромагнитными силами, собирающими электрически заряженную пыль. Все это происходит под воздействием гравитационного поля Сатурна, втягивающего частицы внутрь планеты. Когда зонд NASA "Кассини" погрузился в атмосферу Сатурна в конце своей миссии в 2017 году, он измерил состав атмосферы и подтвердил, что многие частицы падают из колец.
Автором неожиданного открытия стал Лотфи Бен-Джаффель из Института астрофизики в Париже и Лунной и планетарной лаборатории Аризонского университета. Подробности своей работы он опубликовал в Planetary Science Journal.
Вывод Бен-Джаффеля потребовал объединения архивных наблюдений ультрафиолетового света из четырех космических миссий, изучавших Сатурн. Сюда входят наблюдения двух зондов NASA Voyager, которые пролетели мимо Сатурна в 1980-х годах и измерили избыток УФ-излучения. В то время астрономы не придали значения измерения, посчитав их за шум в детекторах. Миссия Cassini, прибывшая к Сатурну в 2004 году, также собрала УФ-данные об атмосфере (за несколько лет). Дополнительные данные поступили от Hubble и IUE (Международное ультрафиолетовое исследование), которое было запущено в 1978 году и представляло собой международное сотрудничество между NASA, ESA и Советом по научным и инженерным исследованиям Соединенного Королевства.
Но нерешенный вопрос заключался в том, могут ли все данные быть иллюзорными или вместо этого отражать истинное явление на Сатурне. Ключом к сборке головоломки стало решение Бен-Джаффеля использовать измерения спектрографа изображений космического телескопа Hubble (STIS). Его точные наблюдения Сатурна использовались для калибровки архивных данных УФ-излучения всех четырех других космических миссий, которые наблюдали Сатурн. Он сравнил наблюдения Сатурна в УФ-диапазоне STIS с распределением света от нескольких космических миссий и инструментов.
УФ-данные за четыре десятилетия охватывают несколько солнечных циклов и помогают астрономам изучать сезонные эффекты Солнца на Сатурне. Собрав воедино все разнообразные данные и откалибровав их, Бен-Джаффель обнаружил, что нет никакой разницы в уровне УФ-излучения. В любое время, в любом месте на планете мы можем следить за уровнем УФ-излучения. Это указывает на постоянный "ледяной дождь" из колец Сатурна как на лучшее объяснение.
Сейчас теория была только сформулирована и подтверждена, но в дальнейшем эти данные можно будет использовать для проверки других систем планетарных колец. Потенциально может родиться новый метод обнаружения колец у экзопланет.