Астрономы годами знали, что в верхних слоях атмосферы Сатурна есть вода, но они не были точно уверены, откуда она взялась. Новые наблюдения показали, что вода падает на Сатурн и идет с колец планеты.
«Сатурн - первая планета, демонстрирующая значительное взаимодействие между ее атмосферой и кольцевой системой», - сказал Джеймс О'Донохью, научный сотрудник Университета Лестера и автор новой статьи, опубликованной в журнале Nature. «Основным эффектом кольцевого дождя является то, что он действует, чтобы« погасить »ионосферу Сатурна, сильно уменьшив плотность электронов в регионах, в которые он падает».
Используя обсерваторию Кека, О'Донохью и группа исследователей обнаружили заряженные частицы воды, падающие с колец планеты в атмосферу Сатурна. Они также обнаружили, что протяженность кольцевого дождя намного больше, и он падает на большие площади планеты, чем считалось ранее. Работа показывает, что дождь влияет на состав и температурную структуру частей верхней атмосферы Сатурна.
О'Донохью сказал, что влияние кольца на электронные плотности важно, потому что оно объясняет, почему в течение многих десятилетий наблюдения показали, что электронные плотности необычно низки на некоторых широтах в Сатурне.
«Оказывается, что основной движущей силой ионосферной среды и климата Сатурна в обширном пространстве планеты являются кольцевые частицы, расположенные над головой на 20000 километров», - сказал Кевин Бэйнс, соавтор статьи, из Лаборатории реактивного движения. «Кольцевые частицы влияют на то, какие виды частиц находятся в этой части температуры воздуха».
В начале 80-х годов с космического корабля НАСА «Вояджер» были видны две-три темные полосы на Сатурне, и ученые предположили, что вода могла литься в эти полосы с колец. Затем астрономы, использующие инфракрасную обсерваторию ЕКА, обнаружили присутствие незначительных количеств воды в атмосфере Сатурна еще в 1997 году, но не смогли найти объяснения, почему она была там и как она туда попала.
Затем в 2011 году наблюдения с космической обсерваторией Гершеля определили, что ледяной лед от гейзеров Энцелада образовал гигантское кольцо водяного пара вокруг Сатурна.
Но полосы, видимые Voyager, снова не были видны до 2011 года, когда команда наблюдала планету с помощью NIRSPEC, обсерватории Кека, спектрографа ближнего инфракрасного диапазона, который сочетает в себе широкий диапазон длин волн с высоким спектральным разрешением, позволяя наблюдателям четко видеть едва различимые излучения от яркие части Сатурна.
Эффект кольцевого дождя возникает в ионосфере Сатурна (Земля имеет аналогичную ионосферу), где заряженные частицы образуются, когда нейтральная атмосфера подвергается воздействию потока энергичных частиц или солнечного излучения. Когда ученые отслеживали характер выбросов определенной молекулы водорода, состоящей из трех атомов водорода (а не двух обычных), они ожидали увидеть равномерное инфракрасное свечение всей планеты.
Вместо этого они наблюдали серию светлых и темных полос с рисунком, имитирующим кольца планеты. Магнитное поле Сатурна «отображает» богатые водой кольца и безводные промежутки между кольцами в атмосферу планеты.
Они предположили, что заряженные частицы воды из колец планеты притягиваются к планете магнитным полем Сатурна и нейтрализуют светящиеся ионы трехатомного водорода. Это оставляет большие «тени» в том, что иначе было бы инфракрасным свечением всей планеты. Эти тени покрывают от 30 до 43 процентов поверхности верхней атмосферы планеты от 25 до 55 градусов широты. Это значительно большая площадь, чем предлагается изображениями Voyager.
И Земля, и Юпитер имеют очень равномерно светящуюся экваториальную область. Ученые ожидали, что этот паттерн тоже будет в Сатурне, но вместо этого они увидели разительные различия в разных широтах.
«Там, где Юпитер светится равномерно в своих экваториальных областях, у Сатурна есть темные полосы, в которые падает вода, затемняя ионосферу», - сказал Том Сталлард, один из соавторов газеты в Лестере. «Сейчас мы также пытаемся исследовать эти особенности с помощью инструмента на космическом корабле НАСА Кассини». Если мы добьемся успеха, Кассини может позволить нам более детально рассмотреть то, как вода удаляет ионизированные частицы, такие как любые изменения высоты или эффекты, которые происходят со временем суток ».
Источники: Обсерватория Кека
, Природа.
