Saturn je desetljećima zbunjivao astronome jer se činilo da mu se brzina vrtnje mijenja ovisno o tome kako se mjeri. Takav rezultat nije imao smisla, jer planet ne može sam od sebe usporavati i ubrzavati vlastitu rotaciju. Sada je tim istraživača pokazao da zagonetka uopće nije bila u Saturnovoj vrtnji, nego u složenom odnosu između njegove aurore, topline i električnih struja u gornjoj atmosferi.
Novo istraživanje, objavljeno u časopisu Journal of Geophysical Research: Space Physics, donosi prvi izravan dokaz kako taj sustav funkcionira. Znanstvenici sa Sveučilišta Northumbria, zajedno sa suradnicima iz Ujedinjene Kraljevine i SAD-a, iskoristili su svemirski teleskop James Webb kako bi iznimno precizno promatrali Saturnovu sjevernu auroralnu regiju, pandan Zemljinoj polarnoj svjetlosti. Upravo su ta opažanja napokon ponudila odgovor na pitanje koje je godinama stajalo otvoreno.
Signal koji je godinama varao znanstvenike
Nedoumica je dodatno porasla nakon mjerenja NASA-ine letjelice Cassini iz 2004. godine. Tada se činilo da se Saturnova brzina vrtnje polako mijenja tijekom vremena, iako je to bilo teško uskladiti s osnovnim zakonima fizike.
Važan pomak dogodio se 2021. godine, kada je istraživanje pod vodstvom profesora Toma Stallarda pokazalo da problem nije u unutrašnjosti planeta, nego u njegovoj gornjoj atmosferi. Tada je tim zaključio da vjetrovi u tom sloju stvaraju električne struje koje proizvode auroralni signal, a upravo je taj signal davao lažan dojam da se Saturn vrti različitom brzinom.
Ipak, time je otvoreno novo pitanje. Ako su atmosferski vjetrovi bili uzrok prividne promjene u brzini vrtnje, što je pokretalo te vjetrove?
Odgovor je donio James Webb. Znanstvenici su neprekidno promatrali Saturnovu sjevernu auroru tijekom cijelog jednog Saturnova dana i pritom prikupili podatke kakvi dosad nisu bili dostupni ni s jednim instrumentom. Analizirali su infracrveni sjaj molekule H3+, koja nastaje u gornjoj atmosferi i ponaša se poput prirodnog toplomjera. Na temelju toga izradili su prve karte visoke razlučivosti koje prikazuju i temperaturu i gustoću čestica u auroralnoj regiji.
Ta je razina preciznosti bila presudna. Ranija mjerenja imala su pogrešku od oko 50 Celzijevih stupnjeva, otprilike jednaku razlikama koje su istraživači pokušavali uočiti. Webbovi podaci bili su deset puta precizniji, što je timu prvi put omogućilo da jasno prati fine obrasce zagrijavanja i hlađenja nad Saturnovim polovima.
Aurora pokreće toplinu, vjetrove i struje
Rezultati su pokazali da se raspored temperature i gustoće čestica iznimno dobro podudara s predviđanjima računalnih modela starima više od deset godina, ali samo ako se izvor topline smjesti točno ondje gdje glavni auroralni tokovi ulaze u atmosferu.
To znači da Saturnova aurora nije samo svjetlosna pojava. Ona aktivno zagrijava atmosferu na točno određenim mjestima. To lokalno zagrijavanje pokreće vjetrove, vjetrovi stvaraju električne struje, a te struje zatim hrane auroru i održavaju cijeli ciklus.
“U biti promatramo planetarnu toplinsku “pumpu.” Saturnova aurora zagrijava atmosferu, atmosfera pokreće vjetrove, vjetrovi stvaraju struje koje napajaju auroru, i tako se ciklus nastavlja”, rekao je glavni autor istraživanja Tom Stallard. “Desetljećima smo znali da se događa nešto neobično s prividnom brzinom Saturnove vrtnje, ali nismo mogli objasniti zašto. Zatim smo pokazali da su u pozadini atmosferski vjetrovi, no još nismo znali što ih pokreće. Ova opažanja, koja je omogućio James Webb, napokon su zatvorila taj krug.”
Znanstvenici ističu da značenje otkrića nadilazi sam Saturn. Istraživanje upućuje na to da procesi u atmosferi izravno utječu na uvjete u magnetosferi, golemom području svemira kojim upravlja planetovo magnetsko polje, a zatim se energija iz tog okoliša vraća natrag u sustav. Upravo bi takav dvosmjerni odnos mogao objasniti zašto je učinak toliko stabilan i dugotrajan.
Stallard smatra da ovo mijenja i širu sliku o planetarnim atmosferama. Ako uvjeti u atmosferi nekog planeta mogu pokretati električne struje koje se šire u njegov svemirski okoliš, tada bi proučavanje stratosfera drugih svjetova moglo otkriti međudjelovanja koja dosad nismo ni uzimali u obzir. Upravo zato ovo otkriće nije važno samo za razumijevanje Saturna, nego i za buduća istraživanja planeta unutar i izvan Sunčeva sustava.
