Последните моменти на мисията на НАСА Касини разкриват причината, поради която горната атмосфера на Сатурн е толкова гореща

След две десетилетия в космоса, на 15 септември 2017 г. космическият кораб „Касини“ на НАСА прекрати живота си драстично, като се потопи в атмосферата на Сатурн, разпадайки се в нищото.

Но преди да се пожертва, мисията на НАСА към пръстеновидния гигант е извършила 22 близки орбити за период от около пет месеца, преминавайки през пространството между основното тяло на Сатурн и пръстените на планетата.

Наречен Гранд финал на Касини, тази последна обиколка на Сатурн разкри безпрецедентни подробности за атмосферата на планетата, магнитното поле, емблематичните пръстени и непрозрачните облаци. И сега, почти три години по-късно, тази съкровищница от данни е разгадала поредната загадка за планетата и нейния любопитен климат.

Вново проучванепубликувано в понеделник в списаниетоПриродна астрономия,екип от учени използва данни от Grand Finale на Касини, за да създаде карта на температурите на температурите на Сатурн.

Констатациите предполагат решение на планетатаенергийна криза. За разлика от Земята, „енергийната криза“ на Сатурн няма нищо общо с ограничените доставки на природни ресурси. Вместо това кризата на Сатурн се отнася до необяснимо горещите температури в горната атмосфера на планетата.

В миналото учените са наблюдавали странно горещи температури в горната атмосфера на Сатурн - два пъти по-горещи, отколкото би трябвало да бъдат. Новите данни подкрепят дългогодишната хипотеза, че полярните сияния на планетата може да са отговорни за задвижването на тези екстремни температури.

В крайна сметка констатациите могат да помогнат на учените в стремежа им да изучават екзопланети и да разберат как са загубили атмосферата си.

Странният климат на Сатурн -В продължение на години учените се опитват да разберат защо е горната атмосфера на Сатурн, известна като термосфера на планетатамного по-горещоотколкото трябва да бъде.

Термосферата на Земята се нагрява от Слънцето. Но колкото по-далеч се отдалечавате от Слънцето в Слънчевата система, толкова по-малка е интензивността на излъчването на звездата. Това означава, че обектите в Слънчевата система получават по-малко топлина от звездата.

Сатурн е шестата планета от Слънцето. Той е около 10 пъти по-далеч от Слънцето от Земята. Въз основа на това, температурата на горната му атмосфераби трябвалонаоколо150-200 Келвин, или между-190 и -100 градуса по Фаренхайт. С други думи замразяване.

Пръстеновидният гигант породи енергийна криза в Слънчевата система. НАСА / JPL-Калтех / Институт за космически науки

Вместо това температурите в горната атмосфера на Сатурн са между350-600 Келвин, според проучването. Това е еквивалент на положително кипене170 до 620 градуса по Фаренхайт.

Когато начертах всички температури от полюс на полюс, видях, че температурите и полярните области не правят това, което всички модели прогнозираха,Зара Браун |, изследовател в планетарната атмосфера в Лунната и планетарна лаборатория на университета в Аризона и водещ автор на новото изследване, разказваОбратно.

Вместо това резултатите разкриват, че горната атмосфера на Сатурн е най-гореща в горещ пръстен в полярните ширини, където се срещат полярните сияния на планетата. Подобно на Северното сияние на Земята, полярните сияния се случват, когато Слънцето излъчва заредени частици под формата на слънчев вятър, възбуждащи водородни атоми в йонизираната горна атмосфера на Сатурн.

Полярните сияния, генерирани от заредения слънчев вятър, свързват термосферата на Сатурн с нейната магнитосфера, защитен балон от магнитно поле, който обгражда планетите. Този процес води до електрически токове, които от своя страна загряват термосферата на планетата. Екстремното нагряване е пряк резултат от взаимодействието на слънчевия вятър с частици, излъчвани от луните и пръстените на Сатурн, предполага изследването.

Топлината идва от тези процеси, свързани с полярното сияние, казва Браун.

Данните потвърждават това само от факта, че има някакъв този пръстен от повишени температури точно в близост до северните сияния, което предполага, че именно там се отлага топлината.

Изглед към Сатурн с орбиталната му луна Титан, заснета от Касини. NASA / JPL-Калтех / Институт за космически науки

Други гигантски планети от Слънчевата система като Юпитер и Уран също изпитват необяснимо нагряване в горните си слоеве на атмосферата, макар че дали същият аврорален процес води до странните им температури не може да се заключи от тези данни, казва Браун.

Но те предлагат нови пътища за изследване на изследователите.

Нито една друга гигантска планета не е изучавана с подобни подробности, това наистина е чудесна отправна точка, казва Браун.

Чуди се Касини -Касини стартира на 15 октомври 1997 г. и навлезе в орбитата на Сатурн на 30 юни 2004 г. Безстрашният спътник първоначално е планиран за четиригодишна мисия, която по-късно е удължена два пъти.

По време на 20-годишната си мисия космическият кораб проведе почти300 орбитина Сатурн и направи повече от 453 000 изображения и изпрати обратно 635 гигабайта данни.

През април 2017 г. Касини започна последната си обиколка на гигантската планета, гмуркайки се по-нататък в приблизително 1200 мили широка пропаст между Сатурн и неговите пръстени на разстояние от около 1000 до 2500 мили над облаците на планетата.

Екипът зад мисията не беше сигурен дали космическият кораб може дори да оцелее при тази близка среща със Сатурн и дали в крайна сметка част от материала от пръстените на планетата ще унищожи Касини. Но рискът се отплати.

Причината за драматичното му смъртно падане беше да се избегне падането в луните на Сатурн и тяхното замърсяване, особено с Енцелад и Титан, за които се смята, че съдържат някаква форма на живот.

Това беше рискована процедура, не знаехме дали ще срещне удар, казва Браун.

Наборът от данни на Grand Finale е наистина безпрецедентен, казва тя. Той е създаден, за да ни даде тази много специална способност да направим тази снимка на атмосферата на Сатурн.

Но дори когато космическият кораб се спусна към смъртта си, той все още изпращаше данни обратно на Земята.

Изследване на други светове -Данните не само ни помагат да разберем по-добре Сатурн, но също така могат да бъдат полезни в стремежа да изучаваме екзопланети и потенциално да намерим живот извън Слънчевата система.

Мисии като НАСАКеплериТранзитен спътник за изследване Exoplanet(TESS) доведоха до откриването на повече от 4000 екзопланети до момента.

Повечето учени-екзопланети са установили, че са гигантски планети като супер-Земи или мини-Нептуни и някои от тях са загубили атмосферата си в даден момент от съществуването си.

Изучаването на гигантски планети в нашата собствена Слънчева система може да предостави на учените по-подробен модел за това как изглеждат тези далечни светове, отколкото бихме могли да постигнем иначе със съвременните технологии.

Разбирането на планетите в нашата Слънчева система е от решаващо значение за разбирането на екзопланетите като цяло, казва Браун.

Резюме:Температурите на термосферите на външната планета надвишават предвидените само от слънчево отопление с няколкостотин градуса. Достатъчно енергия се отлага в полярните области за нагряване на цялата термосфера, но моделите предсказват, че екваторното разпределение се инхибира от силните сили на Кориолис и йонното съпротивление ^1,две . По-доброто разбиране на отлагането и циркулацията на полярната енергия е от решаващо значение за решаването на тази така наречена енергийна криза. Звездните окултации, наблюдавани от инструмента за ултравиолетов образен спектрограф по време на Големия финал на Касини, са проектирани да картографират термосферата от полюс до полюс. Ние анализираме тези наблюдения, заедно с по-ранни наблюдения от 2016 и 2017 г., за да създадем двуизмерна карта на плътностите и температурите в термосферата на Сатурн като функция на географска ширина и дълбочина. Наблюдаваните температури в полярните ширини са по-хладни и достигат връх на по-високи и по-ниски географски ширини, отколкото се предвижда от моделите, което води до по-плътен меридионален градиент на налягането. Под модифицирана геострофия ³ , извеждаме по-бавни западни зонални ветрове, които се простират до по-ниски географски ширини от предвиденото, поддържайки екваторен поток от приблизително 70 ° до 30 ° географска ширина и в двете полукълба. Ние също така показваме данни за атмосферни вълни в данните, които могат да допринесат за екваториално преразпределение на енергията чрез зонално съпротивление.