Saturnove polárne žiary môžu vysvetliť jeho horúcu atmosféru
Valentín Korinek - 2020-05-05

saturnove polárne žiary

Údaje z posledných obletov sondy Cassini by mohli vyriešiť „energetickú krízu“ plynného giganta. Merania z obletov ukazujú, že vrchná vrstva atmosféry planéty je najteplejšia práve v oblastiach, kde sa vyskytujú polárne žiary, čo by mohlo pomôcť vyriešiť dlhotrvajúce tajomstvo vonkajších planét.


Merania z posledných obletov sondy Cassini (NASA) ukazujú, že vrchná vrstva atmosféry planéty je najteplejšia práve v oblastiach, kde sa vyskytujú polárne žiary, čo by mohlo pomôcť vyriešiť dlhotrvajúce tajomstvo vonkajších planét.


Vrchná vrstva atmosféry na Saturne je oveľa teplejšia, ako vedci očakávali na základe vzdialenosti planéty od Slnka. V skutočnosti sa predpokladá, že všetci plynní obri – Jupiter, Saturn, Urán a Neptún, majú horné vrstvy chladné a to okolo 150 kelvinov, teda  - 123°C. (Kelvin je jednotka teploty, ktorá je založená na absolútnej stupnici. Ako svoj začiatok používa absolútnu nulu, teplotu, pri ktorej sa podľa popisu klasickej termodynamiky zastaví všetok pohyb.  1K sa rovná -273,16°C). Údaje z kozmickej lode Voyager, ktorá preletela okolo vonkajších planét v 70. a 80. rokoch 20. storočia, však prekvapivo preukázali horúce atmosféry v rozmedzí 400 až 600 kelvinov - 25° až 325 °C.


Planetárni vedci označujú tento nesúlad za tzv. „energetickú krízu“. Niečo prináša do atmosféry plynných gigantov ďalšiu energiu, ale nik nevie čo. Snaha vysvetliť, prečo sú tieto teploty také vysoké, je cieľom vo fyzike už veľmi dlhú dobu.


Najnovšie údaje zo sondy Cassini nás môžu priviesť k správnym odpovediam. Sonda Cassini 13 rokov obiehala okolo Saturnu. Predtým než sa v septembri 2017 definitívne stratila v hlbinách atmosféry Saturnu, uskutočnila ešte niekoľko ponorov medzi planétou a prstencami. Počas týchto posledných obletov snímala horné vrstvy atmosféry sledovaním hviezd v pozadí. Meraním množstva hviezdneho svetla, ktoré blokovala atmosféra, sa zistilo, aká hrubá je atmosféra v jednotlivých miestach a teda aj jej teplota.


Použitím 30- tich hviezdnych meraní, z ktorých 22 pochádzalo z posledných šiestich týždňov misie Cassini, tím zmapoval atmosférické teploty na celej planéte a v rôznych hĺbkach. „Pokiaľ ide o vonkajšie planéty, jedná sa o bezprecedentný súbor údajov,“ hovorí planetárny vedec Tommi Koskinen, z Arizonskej univerzity.


Atmosféra bola najteplejšia v okolí 60 ° severnej šírky a 60 ° južnej šírky - zhruba tam, kde sa objavujú polárne žiary (polárna žiara je svetelný úkaz na oblohe, ktorý vzniká pôsobením nabitých častíc slnečného vetra pri vstupe do zemskej atmosféry alebo do atmosféry iného kozmického telesa). Je to oblasť definovaná magnetickým poľom planéty. Na rozdiel od polárnych žiar na Zemi tie na Saturne vyžarujú hlavne v ultrafialovej oblasti.


Svetlo žiary samo o sebe nevydáva veľa tepla, ale je sprevádzané elektrickými prúdmi, ktoré môžu generovať teplo ako napríklad drôty, povedzme v hriankovači. Tento proces nazývame Joulovo teplo (Joulovo teplo je teplo, ktoré vzniká v elektrickom vodiči prechodom elektrického prúdu. Ide o priamu premenu elektrickej energie na vnútornú energiu. Zahrievanie vodiča sa dá vysvetliť predávaním časti kinetickej energie častíc spôsobujúcich elektrický prúd, najčastejšie elektrónov časticiam, ktoré sa elektrického prúdu nezúčastňujú. Ide hlavne o kladné ióny v pevných pozíciách. Tým sa zvyšuje tepelný pohyb týchto častíc a vodič sa zahrieva). Toto sa deje tiež v zemskej atmosfére.


Ak sa polárne žiary Jupitera, Uránu a Neptúna súčasne prekrývajú s ďalším teplom, potom môžu vyriešiť záhadu horúcich atmosfér v celej Slnečnej sústave. Rovnaký proces by sa mohol diať dokonca aj na exoplanetách.


Vervack, ktorý pracoval s dátami zo sondy Voyager, ale nezúčastnil sa novej štúdie, si myslí, že to predstavuje „veľký krok v našom porozumení“ týchto horúcich atmosfér plynných gigantov. Skutočnosť sa odhalí až vtedy keď nové misie k Uránu a Neptúnu potvrdia dáta nielen zo sondy Cassini, ale aj od veterána akým je Voyager. Magnetosféry týchto dvoch vzdialených ľadových obrov (Urán a Neptún)  sú totiž zložitejšie ako je na Saturne. 



Saturnova severná polárna žiara a jej južný náprotivok mohli zahriať  vrchnú vrstvu atmosféry planéty.(Hubble, NASA, ESA, A. Simon / GSFC, tím OPAL, J. DePasquale / STScI, L. Lamy / Observatoire de Paris)