Hvad gør Saturns atmosfære så varm

De øverste lag i atmosfæren af ​​gasgiganter - Saturn, Jupiter, Uranus og Neptun - er varme, ligesom Jordens. Men i modsætning til Jorden, Solen er for langt fra disse ydre planeter til at tage højde for de høje temperaturer. Deres varmekilde har været et af planetvidenskabens store mysterier.

Ny analyse af data fra NASAs Cassini-rumfartøj finder en holdbar forklaring på, hvad der holder de øverste lag af Saturn, og muligvis de andre gasgiganter, så varmt:nordlys ved planetens nord- og sydpol. Elektriske strømme, udløst af interaktioner mellem solvinde og ladede partikler fra Saturns måner, tænde nordlyset og opvarme den øvre atmosfære. (Som med Jordens nordlys, at studere nordlys fortæller videnskabsmænd, hvad der foregår i planetens atmosfære.)

Arbejdet, offentliggjort i dag i Natur astronomi , er den hidtil mest komplette kortlægning af både temperatur og tæthed af en gasgigants øvre atmosfære - et område, der er blevet dårligt forstået.

"Forståelse af dynamikken kræver virkelig et globalt overblik. Dette datasæt er første gang, vi har været i stand til at se på den øvre atmosfære fra pol til pol, mens vi også ser, hvordan temperaturen ændrer sig med dybden, " sagde Zarah Brown, hovedforfatter af undersøgelsen og en kandidatstuderende ved University of Arizona Lunar and Planetary Laboratory.

Ved at opbygge et komplet billede af, hvordan varme cirkulerer i atmosfæren, forskere er bedre i stand til at forstå, hvordan nordlysets elektriske strømme opvarmer de øverste lag af Saturns atmosfære og driver vinde. Det globale vindsystem kan distribuere denne energi, som oprindeligt er aflejret nær polerne mod ækvatorialområderne, opvarme dem til det dobbelte af de temperaturer, der forventes fra solens opvarmning alene.

"Resultaterne er afgørende for vores generelle forståelse af planetariske øvre atmosfærer og er en vigtig del af Cassinis arv, " sagde studie medforfatter Tommi Koskinen, medlem af Cassini's Ultraviolet Imaging Spectograph-team. "De hjælper med at løse spørgsmålet om, hvorfor den øverste del af atmosfæren er så varm, mens resten af ​​atmosfæren - på grund af den store afstand fra Solen - er kold."

Administreret af NASA's Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien, Cassini var en orbiter, der observerede Saturn i mere end 13 år, før den opbrugte sin brændstofforsyning. Missionen kastede den ind i planetens atmosfære i september 2017, dels for at beskytte sin måne Enceladus, som Cassini opdagede kunne rumme livsbetingelser. Men før det springer, Cassini udførte 22 ultratætte kredsløb om Saturn, en sidste tur kaldet Grand Finale.

Det var under Grand Finale, at nøgledataene blev indsamlet til det nye temperaturkort over Saturns atmosfære. I seks uger, Cassini målrettede adskillige klare stjerner i stjernebillederne Orion og Canis Major, da de passerede bag Saturn. Da rumfartøjet observerede stjernerne stige og sætte sig bag den gigantiske planet, videnskabsmænd analyserede, hvordan stjernelyset ændrede sig, da det passerede gennem atmosfæren.

Måling af, hvor tæt atmosfæren er, gav forskerne den information, de havde brug for for at finde temperaturerne. Tætheden falder med højden, og faldhastigheden afhænger af temperaturen. De fandt ud af, at temperaturerne topper nær nordlyset, hvilket indikerer, at nordlysets elektriske strømme opvarmer den øvre atmosfære.

Tætheds- og temperaturmålinger hjalp forskerne sammen med at finde ud af vindhastigheder. Forståelse af Saturns øvre atmosfære, hvor planeten møder rummet, er nøglen til at forstå rumvejret og dets indvirkning på andre planeter i vores solsystem og exoplaneter omkring andre stjerner.

"Selvom der er fundet tusindvis af exoplaneter, kun planeterne i vores solsystem kan studeres i denne form for detaljer. Tak til Cassini, vi har et mere detaljeret billede af Saturns øvre atmosfære lige nu end nogen anden gigantisk planet i universet, " sagde Brown.

Cassini-Huygens missionen er et samarbejdsprojekt af NASA, den europæiske rumfartsorganisation og den italienske rumfartsorganisation. NASA's Jet Propulsion Laboratory, eller JPL, en afdeling af Caltech i Pasadena, administrerer missionen for NASA's Science Mission Directorate i Washington. JPL designet, udviklet og samlet Cassini orbiteren.