Ученые-планетологи уже давно исследуют причины значительно более высокой температуры верхних слоев атмосферы Сатурна по сравнению с ожидаемой, и теперь предполагают, что нагрев связан с электрическими токами, возникающими во время полярных сияний.
Согласно расчетам, температура верхних слоев атмосферы Сатурна не должна превышать 150 К (минус 123 °C). Тем не менее, данные, полученные в 1970-1980-х годах космическими аппаратами Voyager, показавшие, что она значительно теплее, чем предполагалось, оказались еще более удивительными: зафиксированная температура достигала 400-600 К (плюс 125-325 °C).
Солнце расположено на значительном расстоянии и не может обеспечить необходимый для этого уровень энергии. В связи с этим, она должна поступать из альтернативного источника, который пока что остается нераскрытым. Планетолог из Аризонского университета Зара Браун (Zarah Brown) и ее коллеги предложили свое толкование проблемы «энергетического кризиса» Сатурна. Их статья опубликована в журнале Nature Astronomy.
Для анализа были применены данные, полученные с зонда Cassini, проводившего исследования Сатурна, его колец и спутников на протяжении примерно 13 лет. В 2017 году, после завершения миссии, аппарат, совершая серию все более узких траекторий спустился в густую атмосферу газового гиганта — и, разумеется, погиб. Однако в процессе он собирал и передавал на Землю бесценную информацию о плотности и температуре атмосферы.
Зара Браун и ее коллеги применили полученные данные для построения трехмерной карты, отображающей распределение температуры и плотности атмосферы на разных высотах и в различных областях Сатурна. Исследование выявило, что наиболее сильный нагрев верхних слоев атмосферы наблюдается выше 60-й северной и южной широты. Специалисты также отметили, что в этих областях формируются кольца полярных сияний газового гиганта.
Магнитосфера Сатурна значительно превосходит по мощности земную, а полярные сияния, наблюдаемые на этой планете, отличаются большей энергией и преимущественно испускают излучение в ультрафиолетовой области спектра. Само по себе это излучение не обладает достаточной энергией, однако сопутствующие ему электрические токи в атмосфере – вполне способны к этому.
Такие же процессы наблюдаются и на нашей планете, но в гораздо более скромных размерах: по закону Джоуля — Ленца, атмосферные потоки вызывают выделение тепла, которое затем распространяется из областей полярных сияний в другие регионы. Подобные же процессы, вероятно, нагревают атмосферы других газовых гигантов, расположенных далеко от Солнца: Юпитера, Урана и Нептуна.