На новых изображениях Сатурна разглядели смену времён года и тёплый полярный вихрь

Планетологи обнаружили, что в конце северного лета на Сатурне холодает, поскольку всепланетные массы воздуха меняют направление с приближением осени. Новые наблюдения также позволили взглянуть на северный полюс Сатурна и увидеть там колоссальный тёплый вихрь из углеводородных газов. Однако вскоре полюс начнёт погружаться во тьму полярной зимы.


Отчёт о погоде на шестой по удалённости от Солнца планете подготовили благодаря новым снимкам с космического телескопа «Джеймс Уэбб» (англ. James Webb Space Telescope, JWST). Их проанализировали учёные из Университета Лестера и их коллеги. Выводы позволили по-новому взглянуть на смену времён года на массивной планете, известной своими ледяными кольцами.

У Сатурна, как и у Земли, наклонная ось, а потому также происходит смена времён года. Только Сатурну требуется чуть меньше 30 лет, чтобы совершить полный оборот вокруг Солнца, так что сезоны там длятся по 7,5 земных лет. Но лето сейчас в северных полушариях на обеих планетах подходит к концу. Земля приближается к северному осеннему равноденствию в сентябре 2023-го. А Сатурн — к северному осеннему равноденствию в 2025-м. В результате на северные полюса обеих планет придут пропорционально длительные полярные зимы.

На JWST есть сложный многозадачный прибор среднего инфракрасного диапазона MIRI. MIRI — это и камера, и спектрограф, которые фиксируют инфракрасное излучение среднего и дальнего действия в диапазоне от 5 до 28 микрон. В приборе также есть коронографы для наблюдения за экзопланетами, то есть телескопические приспособления, которые блокируют прямой свет, позволяя рассмотреть соседние объекты. Учёные из Университета Лестера использовали MIRI для изучения атмосферы Сатурна, измеряя температуру, содержание газа и наблюдая облачность в верхних слоях атмосферы, то есть в стратосфере. Прибор MIRI расщепляет инфракрасный свет на составляющие его длины волн, позволяя учёным увидеть разнообразие химических веществ.

Изображения скомпоновали, объединив несколько длин волн. С северного полюса наблюдалось яркое тепловое излучение. Тёплый северный полярный циклон шириной 1500 км над северным полюсом впервые заметили с помощью космического зонда «Кассини» (Cassini orbiter). Циклон окружён областью тёплых газов, называемой северополярным стратосферным вихрем (NPSV), который сформировался сатурнианской весной и сохранялся на протяжении всего северного лета.

Тёплые вихри в стратосфере Сатурна нагревались солнечным теплом в течение долгого тамошнего лета. По мере приближения осеннего равноденствия северный полярный стратосферный вихрь в 2025 году начнёт остывать и исчезнет, когда северное полушарие погрузится в осеннюю тьму.

«Играясь» со спектрами в средней инфракрасной области, учёные заметили, что распределение стратосферных температур и газов в этот конкретный момент сезонного цикла Сатурна сильно отличалось от того, которое наблюдала миссия «Кассини» в течение зимы и весны. На Сатурне в северных широтах зимой происходит стратосферная циркуляция с относительно высокими температурами. При этом воздух с избытком углеводородов, таких как этан и ацетилен, опускается сверху. Ранее сделали вывод, что воздух поднимается в южных широтах, пересекает экватор и опускается в северных.

Снимки со спектрометра MIRI, полученные в ноябре 2022 года, показали, что стратосферная циркуляция изменилась на противоположную, и между 10 и 40 часами северной широты наблюдаются прохладные температуры и низкое содержание углеводородов. Процесс предполагает подъём воздуха, бедного углеводородами, летом, с последующим движением на юг.


— Ли Флетчер, профессор планетологии из Школы физики и астрономии Университета Лестера.

Сатурн выбрали для наблюдений, чтобы проверить возможности JWST. Оливер Кинг, аспирант Школы физики и астрономии Лестера, объяснил, что эта большая яркая планета создаёт проблемы для MIRI с его небольшим полем обзора. То есть MIRI может видеть лишь небольшую область Сатурна за один раз, так что исследователи рискуют перегрузить датчики — планета слишком яркая по сравнению с обычными объектами, для изучения которых предназначен JWST.

Профессор Флетчер добавил, что подобные наблюдения за Сатурном планетологи начали более 8 лет назад. Поэтому, когда в конце 2022 года поступили первые данные, это, безусловно, стало кульминацией цикла наблюдений: учёные из Лестера собралась у экрана компьютера, изумляясь качеству новых данных.

Ни один космический аппарат прежде не применяли для исследования позднего лета и осени на севере Сатурна. Поэтому исследование имеет шансы стать отправной точкой, и у JWST есть шансы послужить для этого и в следующем десятилетии.