Saturns berømte sekskant kan tårne ​​sig op over skyerne

Den langlivede internationale Cassini-mission har afsløret et overraskende træk, der dukker op ved Saturns nordlige pol, når det nærmer sig sommertid:en opvarmning, vortex i stor højde med en sekskantet form, beslægtet med den berømte sekskant set dybere nede i Saturns skyer. Dette tyder på, at sekskanten i lavere højde kan påvirke, hvad der sker ovenover, og at det kunne være en tårnhøj struktur, der spænder over hundreder af kilometer i højden.

Da Cassini ankom til det saturniske system i 2004, den sydlige halvkugle nød sommeren, mens den nordlige var midt om vinteren. Rumfartøjet spionerede en bred, varm, højhøjdehvirvel ved Saturns sydlige pol, men ingen på planetens nordpol.

En ny langtidsundersøgelse har nu set de første glimt af en nordlig polar hvirvel, der dannes højt i atmosfæren, da Saturns nordlige halvkugle nærmede sig sommertid. Denne varme hvirvel sidder hundredvis af kilometer over skyerne, i et lag af atmosfære kendt som stratosfæren, og afslører en uventet overraskelse.

"Kanterne af denne nyfundne hvirvel ser ud til at være sekskantede, præcist matchende et berømt og bizart sekskantet skymønster, ser vi dybere ned i Saturns atmosfære, " siger Leigh Fletcher fra University of Leicester, Storbritannien, hovedforfatter til den nye undersøgelse.

"Mens vi forventede at se en vortex af en slags ved Saturns nordpol, efterhånden som det blev varmere, dens form er virkelig overraskende. Enten har en sekskant opstået spontant og identisk i to forskellige højder, en lavere i skyerne og en høj i stratosfæren, eller sekskanten er i virkeligheden en tårnhøj struktur, der spænder over et lodret rækkevidde på flere hundrede kilometer."

Saturns skyniveauer er vært for størstedelen af ​​planetens vejr, herunder den allerede eksisterende nordpolære sekskant. Denne funktion blev opdaget af NASAs Voyager-rumfartøj i 1980'erne og er blevet undersøgt i årtier; det er en langvarig bølge, der potentielt er knyttet til Saturns rotation, en type fænomen, der også ses på Jorden i strukturer som Polar Jet Stream.

Dens egenskaber blev afsløret i detaljer af Cassini, som observerede det i flere bølgelængder - fra det ultraviolette til det infrarøde - ved hjælp af instrumenter inklusive dets Composite Infrared Spectrometer (CIRS). Imidlertid, i starten af ​​missionen kunne dette instrument ikke kigge længere op i den nordlige stratosfære, som havde temperaturer omkring -158 grader Celsius - omkring 20 grader for kolde til pålidelige CIRS infrarøde observationer - hvilket efterlod disse højere højdeområder relativt uudforskede i mange år.

"Et saturnår strækker sig over cirka 30 jordår, så vintrene er lange, "tilføjer medforfatter Sandrine Guerlet fra Laboratoire de Météorologie Dynamique, Frankrig.

"Saturn begyndte først at dukke op fra dybet af den nordlige vinter i 2009, og gradvist varmes op, efterhånden som den nordlige halvkugle nærmede sig sommertid."

En mærkelig proces i spil i Saturns atmosfære fremskyndede denne opvarmning:da luft sank ved nordpolen, den øvre sekskant blev varmere hurtigt og transporten af ​​luft nedad gjorde overflod af flere mindre arter mere koncentreret. Den øgede temperatur gjorde det muligt for Fletcher og kolleger at studere den polære hvirvel i infrarødt lys.

"Vi var i stand til at bruge CIRS -instrumentet til at udforske den nordlige stratosfære for første gang, fra 2014 og frem, "tilføjer Guerlet." Efterhånden som polarvirvelen blev mere og mere synlig, vi bemærkede, at den havde sekskantede kanter, og indså, at vi så den allerede eksisterende sekskant i meget højere højder end tidligere antaget."

Dette indikerer, at Saturns to poler opfører sig meget forskelligt - der var ingen sekskant ved sydpolen, enten ved skyens toppe eller derover, da det blev observeret tidligt i Cassinis mission i den sydlige sommer. Den nordlige hvirvel er heller ikke nær så moden som den sydlige hvirvel, da det er køligere, og viser forskellige dynamikker fra dens sydlige modstykke.

"Dette kan betyde, at der er en grundlæggende asymmetri mellem Saturns poler, som vi endnu ikke skal forstå, eller det kan betyde, at den nordpolære hvirvel stadig udviklede sig i vores sidste observationer og blev ved med at gøre det efter Cassinis død, "tilføjer Fletcher. Cassini -missionen sluttede i september 2017.

Tilstedeværelsen af ​​en sekskant langt oppe i Saturns nordlige stratosfære, hundreder af kilometer over skyerne, tyder på, at der er meget mere at lære om dynamikken i spil i gasgigantens atmosfære.

En enkelt, tårnhøj sekskantet struktur, der strækker sig op gennem atmosfæren, ville være usandsynligt, da vindforholdene ændrer sig betydeligt med højden. Imidlertid, ved at undersøge de atmosfæriske egenskaber i den nordlige region, Fletcher og kolleger fastslog også, at bølger som sekskanten ikke skulle være i stand til at forplante sig opad - de skulle forblive fanget i skytoppene, som tidligere antaget.

"En måde, hvorpå bølge 'information' kan lække opad, er via en proces kaldet evanescence, hvor styrken af ​​en bølge forfalder med højden, men er næsten stærk nok til stadig at fortsætte op i stratosfæren, " forklarer Fletcher. "Vi har simpelthen brug for at vide mere. Det er ret frustrerende, at vi først opdagede denne stratosfæriske sekskant lige i slutningen af ​​Cassinis levetid."

At forstå, hvordan og hvorfor Saturns nordpolære hvirvel har antaget en sekskantet form, vil kaste lys over, hvordan fænomener dybere nede i en atmosfære kan påvirke miljøet højt oppe. noget, der er af særlig interesse for forskere, der forsøger at finde ud af, hvordan energi transporteres rundt i planetariske atmosfærer.

Saturns nordpolare region forventes at fortsætte med at udvikle sig i de kommende år; den nordlige halvkugle passerede sommersolhverv i maj 2017, og er på vej mod efterårsjævndøgn i 2024.

"Saturns nordlige sekskant er et ikonisk træk på et af de mest karismatiske medlemmer af solsystemet, så det er meget spændende at opdage, at det stadig rummer store mysterier, "siger Nicolas Altobelli, ESA-projektforsker for Cassini-Huygens-missionen.

"Cassini -rumfartøjet fortsatte med at give ny indsigt og opdagelser helt til det sidste. Uden et dygtigt rumfartøj som Cassini, disse mysterier ville være forblevet uudforskede. Det viser, hvad der kan opnås ved at et internationalt team sender en sofistikeret robotopdager til en tidligere uudforsket destination – med resultater, der bliver ved med at flyde, selv når selve missionen er afsluttet."