Разогрев верхних слоев атмосферы Сатурна объяснили электричеством полярных сияний

Расчеты предсказывают, что верхние слои атмосферы Сатурна не должны прогреваться выше 150 К (минус 123 °C). Однако еще в 1970-1980 годах, когда через систему планеты-гиганта пролетали космические зонды Voyager, выяснилось, что она не просто теплее, но даже очень горяча: температура здесь достигает 400-600 К (плюс 125-325 °C).

Солнце находится достаточно далеко и не способно обеспечить достаточный для этого приток энергии. Поэтому она должна поступать из другого источника, который до сих пор остается загадкой. Свое объяснение проблеме «энергетического кризиса» Сатурна предложили планетолог из Аризонского университета Зара Браун (Zarah Brown) и ее коллеги. Их статья опубликована в журнале Nature Astronomy.

Авторы использовали данные наблюдений зонда Cassini, который исследовал Сатурн, его кольца и спутники около 13 лет. В 2017-м, завершив миссию, аппарат за несколько недель серией сужающихся витков спустился в густую атмосферу газового гиганта — и, разумеется, погиб. Однако в процессе он собирал и передавал на Землю бесценную информацию о плотности и температуре атмосферы.

Зара Браун и ее соавторы использовали эти сведения для создания трехмерной карты температуры и плотности атмосферы в разных участках Сатурна и на различной высоте. Эта работа показала, что сильнее всего ее верхние слои нагреты выше 60-й северной и южной параллелей. Ученые заметили, что на этих широтах разворачиваются кольца полярных сияний газового гиганта.

Магнитосфера Сатурна намного мощнее земной, и полярные сияния здесь более энергичны и даже излучают в основном в ультрафиолетовом диапазоне. Само по себе это излучение не несет достаточно энергии, но вот сопутствующие сияниям электрические токи в атмосфере — вполне.

Такое происходит и на Земле, хотя и в меньших масштабах: по закону Джоуля — Ленца, атмосферные токи приводят к выделению тепла, и с широт полярных сияний оно распределяется по остальным регионам. Аналогичные процессы должны подогревать атмосферы других далеких газовых гигантов Солнечной системы: Юпитера, Урана, Нептуна.