В 2004 году по наблюдениям аппарата Cassini плучилось, будто период вращения Сатурна со временем меняется без внешнего воздействия. Позже исследователи предположили, что измерения отражают не работу глубоких недр, а процессы в верхних слоях атмосферы. Высотные ветры создают электрические токи, а токи формируют авроральный сигнал, который и маскируется под изменение вращения.
Проблема заключалась в другом: требовалось понять, откуда берутся столь мощные ветры. Ответ искали с помощью James Webb Space Telescope. Астрономы непрерывно наблюдали северное сияние Сатурна на протяжении целых сатурнианских суток, которые длятся 10 часов 33 минуты. Такой режим позволил проследить, как меняются температура и плотность вещества в авроральной области почти в реальном времени.
Ключом к разгадке стал ион H₃⁺, или тригидроген-катион. Молекула светится в инфракрасном диапазоне и помогает оценивать температуру верхней атмосферы. По свечению H₃⁺ ученые построили детальные карты полярных районов Сатурна. Прежние измерения давали слишком большую погрешность, около 50 градусов, поэтому тонкие закономерности просто тонули в шуме. James Webb повысил точность примерно в десять раз и впервые показал тонкую структуру зон нагрева и охлаждения.
Картина оказалась очень наглядной. Самые горячие области совпали с местами, куда энергия полярного сияния входит в атмосферу, ветры рождают электрические токи, а токи подпитывают полярное сияние.
(Впрочем, наблюдения это факты как бы не очень интересные без теории. Теоретики “объяснили” ветры нагревом атмосферы токами возникающими от движения ветров. Ну на то они теоретики в их теориях поднять себя руками за уши можно до космоса, до Луны и дальше…)
Значение работы выходит далеко за пределы давней загадки одной планеты. Исследование показывает, что атмосфера и магнитосфера связаны куда теснее, чем считалось раньше.
Авторы работы считают, что новое объяснение заставит по-новому взглянуть на сигналы, которые астрономы получают от далеких миров. Иногда странное поведение планеты может говорить не о необычном вращении, а о сложной связке между сияниями, ветрами, токами и магнитным полем. Исследование опубликовано в журнале JGR Space Physics.