Vedci objavili mechanizmus poháňajúci polárne žiary na Saturne

  • Marcel Škreka | 31 Marec 2022
    Slnečná sústava
Infračervená snímka Saturna zobrazujúca polárnu žiaru na jeho južnom póle, ktorú zachytila sonda Cassini. Kredit: NASA/JPL/ASI/University of Arizona/University of Leicester
Spomedzi planét je Saturn jedinečný v tom, že niektoré jeho polárne žiary poháňajú veterné víry v atmosfére a nie len magnetosféra, ako je to u ostatných planét.

Na všetkých ostatných planétach, vrátane Zeme, polárne žiary vytvárajú iba elektricky nabité častice prúdiace z okolitej magnetosféry do atmosféry planéty. Tieto častice prichádzajú zo Slnka (ako je tomu na Zemi) alebo sopečných materiálov vyvrhnutých z mesiaca obiehajúceho okolo planéty (ako na Jupiteri a Saturne).

Tento objav mení pohľad vedcov na polárne žiary a objasňuje jednu z prvých záhad, ktoré odhalila sonda Cassini: prečo nemôžeme na Saturne ľahko zmerať dĺžku dňa?

Keď sonda prvýkrát dorazila k Saturnu, pokúsila sa zmerať rýchlosť rotácie planéty sledovaním „pulzov“ rádiových emisií z atmosféry Saturnu. Na veľké prekvapenie sa zistilo, že rýchlosť sa v priebehu dvoch desaťročí od preletu poslednej sondy Voyager 2 zrejme zmenila.

Doktorant Nahid Chowdhury z Leicesteru, člen tímu planetárnych vedcov a autor štúdie povedal: „Rýchlosť rotácie vnútra Saturnu musí byť konštantná, no počas desaťročí sa ukázalo, že mnohé periodické deje súvisiace s planétou – práve tie, ktoré sme použili pri iných planétach, aby sme pochopili rýchlosť vnútornej rotácie – majú tendenciu sa časom meniť. Navyše na severnej a južnej pologuli existujú aj nezávislé periodické prvky, ktoré sa samy osebe v priebehu roka menia.

„Naše chápanie fyziky vnútra planét nám hovorí, že rýchlosť rotácie planéty sa nemôže takto rýchlo meniť, takže na Saturne sa musí diať niečo zvláštne a jedinečné. Od príchodu sondy Cassini vzniklo niekoľko teórií, ktoré sa pokúšali vysvetliť mechanizmy pozorovaných periód. Táto štúdia ako prvá odhalila hlavný zdroj pohonu polárnej žiary nachádzajúci sa vo vrchnej atmosfére planéty a ktorý generuje pozorované periódy.“

„Je veľmi vzrušujúce, že môžeme poskytnúť odpoveď na jednu z najdlhšie pretrvávajúcich otázok v našom odbore. To pravdepodobne podnieti určité prehodnotenie toho, ako miestne atmosférické poveternostné vplyvy na planéte ovplyvňujú vytváranie polárnych žiar, a to nielen v slnečnej sústave.“

Na tejto práci sa okrem vedcov z University of Leicester podielali aj ich kolegovia z Jet Propulsion Laboratory (JPL), Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) a niektorých univerzít.

Pomocou observatória Keck na Havaji merali infračervené emisie z hornej atmosféry plynného obra a zmapovali rôzne toky v ionosfére Saturnu.

Keď bola táto mapa priradená k známemu pulzu rádiových polárnych žiar Saturna, ukázalo sa, že značná časť z nich je generovaná atmosférickými vírmi a je zodpovedná za pozorovanú premenlivú rýchlosť rotácie planéty.

Výskumníci sa domnievajú, že systém je poháňaný energiou z termosféry Saturnu, pričom vetry v ionosfére dosahujú rýchlosti medzi 0,3 a 3,0 km/s.

Dr. Tom Stallard, docent planetárnej astronómie na Univerzite v Leicesteri, dodal: „Univerzita v Leicesteri sa už dlho podieľa na meraní účinkov týkajúcich sa tohto nového objavu. Pozorovali sme, ako pulzujúce polárne žiary a kolísavé magnetické pole súvisí so zjavne sa meniacou rýchlosťou otáčania. Už dve desaťročia naši výskumníci spolu so širšou vedeckou komunitou špekulujú o tom, čo by mohlo byť zdrojom týchto podivných periód.“

„V priebehu rokov sa na vedeckých stretnutiach dlho diskutovalo o tom, či by príčinou mohol byť sopečný mesiac Enceladus, alebo interakcie s hustou atmosférou mesiaca Titan, alebo možno interakcie s prstencami Saturnu. Nedávno sa však mnohí výskumníci zamerali na možnosť, že túto variabilitu spôsobuje horná atmosféra Saturnu.“

„Toto hľadanie nového typu polárnej žiary sa vracia k niektorým z najstarších teórií o polárnej žiare na Zemi. Teraz vieme, že polárne žiary na Zemi sú poháňané interakciami s nabitými časticami prúdiacimi zo Slnka. Páči sa mi, že názov Aurora Borealis pochádza z „Úsvitu severného vetra“. Tieto pozorovania odhalili, že Saturn má skutočnú Auroru Borealis – vôbec prvú polárnu žiaru poháňanú vetrom v atmosfére planéty.“

Dr. Kevin Baines, spoluautor štúdie z JPL-Caltech a člen vedeckého tímu Cassini dodal: „Naša štúdia presvedčivo určila pôvod záhadnej variability rádiových impulzov a odstránila veľa nejasností týkajúcich sa rýchlosti rotácie a dĺžky dňa na Saturne.

Kvôli premenlivým rýchlostiam prestali vedci na výpočet rotácie Saturna používať pravidelný pulz rádiového žiarenia. Našťastie vedci z Cassini vyvinuli novú metódu využívajúcu poruchy vyvolané gravitáciou v komplexnom prstencovom systéme Saturnu, čo sa teraz zdá byť najpresnejším prostriedkom na meranie celkovej rotačnej periódy planéty, ktorá bola v roku 2019 určená na 10 hodín 33 minút a 38 sekúnd.