Deszcz z pierścieni Saturna

Finansowane przez NASA obserwacje słynnym teleskopem z Obserwatorium Kecka na Hawajach, prowadzone obecnie przez Uniwersytet w Leicester, w Anglii, dotyczyły ostatnimi czasy między innymi „deszczu” z naładowanych cząsteczek wody, obserwowanego w atmosferze Saturna, „padającego” z jego pierścieni. Zauważono, że zasięg takiego pierścieniowego deszczu jest znacznie większy, niż wcześniej sądzono, i pada on na dużych obszarach powierzchni gazowego olbrzyma. Ma to wpływ na skład i układ temperatur w górnej części atmosfery Saturna.

"Saturn to pierwsza planeta, jaka zdaje się wykazywać znaczącą interakcję pomiędzy atmosferą i systemem pierścieni" – podsumowuje wyniki badań James O'Donoghue z Uniwersytetu w Leicester. "Głównym efektem istnienia takiego deszczu cząstek jest to, że działa on wygaszająco na jonosferę Saturna, poważnie zmniejszając w niej gęstość elektronową w regionach, w których aktualnie „pada”. To ważne, bowiem efekt taki tłumaczy, dlaczego przez wiele dziesięcioleci obserwacje wykazały, że gęstości elektronów jest niezwykle niska na niektórych szerokościach geograficznych tej planety.

Okazuje się, głównym generatorem środowiska jonosferycznego Saturna, które z kolei pociąga za sobą jego specyficzne warunki pogodowe, są naładowane cząstki pierścieni, zlokalizowane około 200 000 km ponad powierzchnią planety. Cząstki w tych pierścieniach określają, które konkretnie rodzaje molekuł mogą znajdywać się w danej części atmosfery, przy danej temperaturze otoczenia.

W 1980 roku obrazy nadesłane przez sondę Voyager ukazały dwa do trzech ciemnych pasów na Saturnie, a naukowcy wysunęli wówczas teorię, że mogą one stanowić wodę, spadającą na powierzchnię planety w dół, z pierścieniami. Pasy te nie zostały jednak zaobserwowane ponownie – aż do roku 2011, gdy zespół badający planetę przy pomocy instrumentu NIRSPEC z Obserwatorium Kecka (spektrografu bliskiej podczerwieni, łączącego szeroki zakres długości fal o wysokiej rozdzielczości spektralnej) zauważył subtelne różnice w emisji z różnych, jasnych części powierzchni Saturna.

„Deszcz pierścieniowy” to efekt występujący w jonosferze Saturna. Ziemia posiada podobną warstwę atmosfery. Nasza jonosfera to obszar, w którym naładowane cząsteczki są produkowane w warunkach, gdy normalnie neutralne powietrze atmosferyczne narażone jest na napływ energetycznych cząstek lub promieniowania słonecznego. Kiedy naukowcy prześledzili wzorce emisji cząsteczki wodoru składającego się z trzech atomów wodoru, a nie, jak zazwyczaj, tylko dwóch, spodziewali się raczej jednolitego dla całej planety, związanego z taką emisją blasku w podczerwieni. Zaobserwowano tymczasem szereg jasnych i ciemnych pasm układających się we wzór podobny do pierścieni. Najwidoczniej więc pole magnetyczne Saturna odwzorowuje bogate w wodę pierścienie i wodne luki pomiędzy pierścieniami również na atmosferę planety.

Astronomowie przypuszczają, że naładowane cząsteczki wody z pierścieni są kierowane w kierunku planety właśnie przez pole magnetyczne. Tam zostają zneutralizowane, wyświecając się przy tym jako jony wodoru. To właśnie pozostawia duże "cienie" w tym, co normalnie mogłoby być dla całej planety jednolitym, podczerwonym blaskiem. Takie cienie pokrywają 30 do 43 procent górnej atmosfery Saturna i położone od około 25 ° do 55 ° tamtejszej szerokości geograficznej. To znacznie większy obszar niż sugerowały nam wcześniej fotografie z Voyagera.

Podsumowując, zarówno Ziemia jak i Jowisz posiadają równomiernie świecący w podczerwieni obszar równikowy. Naukowcy oczekiwali zatem tego samego wzorca na powierzchni Saturna, zbyt, ale zamiast niego natrafili na dramatyczne różnice w jasności dla różnych szerokości geograficznych.