Výzkumníci z Northumbria University použili nejpokročilejší kosmický teleskop, jaký kdy byl postaven, aby našli odpověď na jednu z nejdéle existujících otázek ve výzkumu planet. Proč se zdá, že se Saturn otáčí různou rychlostí, která závisí na tom, jak ji měříme? Jejich poznatky byly publikovány v Journal of Geophysical Research: Space Physics a poprvé odhalují komplexní vzory tepla a elektricky nabitých částic v polárních zářích Saturnu. Ukazují také, jak je celý systém poháněn samoudržitelnou zpětnovazební smyčkou, jejímž zdrojem energie jsou polární záře samotné planety.

Nad Saturnem si vědci lámali hlavy už dlouhé roky. Měření provedená v roce 2004 americkou sondou Cassini naznačovala, že se rychlost rotace planety v čase pomalu mění, ačkoliv by to nemělo být možné, protože planeta nemůže sama od sebe urychlovat či zpomalovat svou rotaci. V roce 2021 studie vedená Tomem Stallardem, profesorem planetární astronomie na Northumbria University, ukázala, že tato záhada se vůbec netýkala rotace Saturnu. Tyto zdánlivé změny byly naopak způsobeny větrem v horních vrstvách atmosféry planety, který generoval elektrické proudy a vytvářel tak klamný signál polární záře.

Tyto objevy však vyvolaly další otázku výzkumného týmu. Pokud byl vítr v atmosféře zodpovědný za tento efekt, co způsobilo tento vítr? Nový výzkum, který Tom Stallard se svým týmem z celého Spojeného království a USA vedl, nyní poskytl první přímé důkazy odpovědi. S využitím teleskopu Jamese Webba tým pozoroval oblast severních polárních září Saturnu. Pozorování probíhalo nepřetržitě po celý Saturnův den a podařilo se při něm zachytit detailní data, která by nebylo možné získat žádným dřívějším přístrojem.

Analýzou infračerveného svitu z molekuly, které se říká trihydrogen kation, H3+, či protonovaný vodík, která vzniká v horních vrstvách atmosféry Saturnu a slouží jako přirozený teploměr, byli výzkumníci schopni vytvořit první mapy s vysokým rozlišením jak pro teploty, tak i hustotu částic napříč celou Saturnovou oblastí polárních září. Úroveň detailů byla mimořádná. Předešlá měření vykazovala chybovost okolo 50 stupňů Celsia, což se zhruba rovnalo rozdílům, které se vědci snažili odhalit, a byla získána kombinací rozsáhlých oblastí horké polární záře. Nová data z JWST byla desetkrát přesnější než předešlá měření, což týmu umožnilo vůbec poprvé zmapovat jemné detaily ohřívání a ochlazování napříč Saturnovým pásem polárních září.

Tým zjistil, že tyto vzory teplot a hustot se překvapivě shodují s předpověďmi počítačových modelů vzniklých před více než deseti lety. Mělo to ale háček – zdroj tepla by v takovém případě musel být přesně tam, kde aurorální emise vstupují do atmosféry. To znamená, že polární záře na Saturnu nejsou jen vizuální podívaná, je to proces aktivního ohřívání atmosféry na specifickém místě. Tento lokalizovaný ohřev pohání vítr, který v důsledku vytváří elektrické proudy zodpovědné za polární záře. Tato záře pak znovu ohřívá atmosféru a udržuje celý cyklus. „To, co sledujeme, je v podstatě planetární tepelné čerpadlo. Polární záře Saturnu ohřívá jeho atmosféru, atmosféra pohání vítr, vítr produkuje proudy, které pohánějí polární záři a tak to jde pořád dokola. Systém pohání sám sebe,“ uvedl hlavní výzkumník, Tom Stallard a dodal: „Desítky let jsme věděli, že se se zdánlivým tempem rotace Saturnu děje něco zvláštního, ale nebyli jsme schopni to vysvětlit. Poté jsme ukázali, že to bylo způsobeno atmosférickým větrem, ale pořád jsme nevěděli, proč tento vítr existuje. Tato nová pozorování, která nám JWST umožnil, nám konečně dala důkazy, které jsme potřebovali k tomu, abychom mohli případ uzavřít.“

Tyto objevy mají i širší dopady. Výzkum naznačuje, že to, co se děje v atmosféře Saturnu přímo ovlivňuje podmínky v jeho magnetosféře, rozlehlé oblasti tvarované planetárním magnetickým polem, které na oplátku dodává energii zpět do systému. Tento oboustranný vztah mezi atmosférou a magnetosférou může pomoci vysvětlit, proč je tento efekt tak stabilní a dlouhotrvající. „Tento výsledek mění náš pohled na planetární atmosféry obecně. Pokud mohou atmosférické podmínky na planetě vyvolávat proudění do okolního vesmírného prostoru, pak pochopení toho, co se děje ve stratosféře jiných světů, může odhalit interakce, o nichž jsme dosud ani netušili,“ vysvětluje Stallard.

Teleskop Jamese Webba tak opět potvrdil, že se jako nejdokonalejší kosmická observatoř světa neoznačuje jen tak pro nic za nic. JWST řeší záhady v naší Sluneční soustavě, pozoruje vzdálené světy u jiných hvězd, studuje tajemné struktury i původ celého vesmíru a našeho místa v něm. Tento špičkový kosmický teleskop společně vytvořily americká agentura NASA, evropská ESA a kanadská CSA. Do studie popsané v článku se kromě expertů z Northumbria University zapojili také jejich kolegové z University of Leicester, Aberystwyth University, University of Reading, Imperial College London, Lancaster University a Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory. Výzkum podporoval také Science and Technology Facilities Council (STFC).

Přeloženo z:
https://phys.org/

Zdroje obrázků:
https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800a/2026/scientists-solve-decad.jpg