Энергетический дисбаланс Сатурна. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения.
Открытие исследователей из Университета Хьюстона выявило огромный энергетический дисбаланс на Сатурне, проливая новый свет на планетарную науку и эволюцию и бросая вызов существующим климатическим моделям газовых гигантов Солнечной системы. Результаты опубликованы в издании Nature Communications.
«Это первый случай, когда глобальный энергетический дисбаланс в сезонном масштабе наблюдается на газовом гиганте», — сказал Лиминг Ли, профессор физики Колледжа естественных наук и математики UH. «Это не только дает нам новое представление о формировании и эволюции планет, но также меняет наше представление о планетарной и атмосферной науке».
Используя данные миссии зонда «Кассини», Синьюэ Ван, аспирант третьего курса факультета наук о Земле и атмосфере NSM, обнаружил значительный и ранее неизвестный сезонный энергетический дисбаланс на Сатурне.
«Каждая планета получает энергию от Солнца в виде солнечной радиации и теряет энергию, испуская тепловое излучение», — сказал Ван. «Но Сатурн, как и другие газовые гиганты, имеет еще один источник энергии в виде глубокого внутреннего тепла, влияющего на его тепловую структуру и климат».
Дисбаланс обусловлен большим эксцентриситетом орбиты Сатурна, который варьируется почти на 20% от афелия (точка на орбите, наиболее удаленная от Солнца) до перигелия (точка на орбите, ближайшая к Солнцу), что приводит к огромным сезонным колебаниям поглощенной солнечной энергии. . В отличие от Сатурна, Земля не испытывает значительного сезонного энергетического дисбаланса из-за очень небольшого эксцентриситета орбиты.
«Земля действительно имеет измеримый энергетический баланс, но он в первую очередь определяется поглощенной солнечной энергией и излучаемой тепловой энергией», — сказал профессор атмосферных наук Сюнь Цзян. «Внутреннее тепло Земли незначительно, а времена года длятся всего несколько месяцев по сравнению с сезонами на Сатурне, которые длятся несколько лет».
Данные также показывают, что несбалансированный энергетический баланс Сатурна играет ключевую роль в развитии гигантских штормов, которые являются доминирующим погодным явлением в атмосферной системе планеты. Эти данные также могут дать некоторое представление о погоде на Земле.
«Насколько нам известно, роль энергетического баланса в развитии влажных конвективных штормов на Земле до конца не изучена, поэтому мы планируем изучить и это, чтобы увидеть, есть ли связь», — сказал Ван.
Анимация космического зонда Кассини, наблюдающего за Сатурном. Информация от:: Университет Хьюстона.
Миссия Кассини, амбициозная совместная работа НАСА, Европейского космического агентства и Итальянского космического агентства, запущенная в 1997 году, исследовала Сатурн, его кольца и спутники в течение почти 20 лет. Профессор Ли был выбран в качестве участвующего ученого для наблюдения за тремя бортовыми приборами, наблюдавшими за балансом лучистой энергии Сатурна.
Ван вместе с другими аспирантами Ларри Гуаном (физика), Тишаном Д. Каранданой Дж. и Рональдом Олбрайтом (науки о Земле и атмосфере) провели исследование под руководством профессоров Ли и Цзяна.
«В современных моделях и теориях атмосферы, климата и эволюции газовых гигантов предполагается, что глобальный энергетический бюджет сбалансирован», — сказал Ван. «Но мы считаем, что наше открытие этого сезонного энергетического дисбаланса требует переоценки этих моделей и теорий».
Команда Ли теперь нацелилась на другие газовые гиганты, включая Уран, флагманскую исследовательскую миссию которого планируется провести в следующем десятилетии.
«Наши данные показывают, что на этих планетах также будет значительный энергетический дисбаланс, особенно на Уране, который, по нашим прогнозам, будет иметь самый сильный дисбаланс из-за эксцентриситета его орбиты и очень высокого наклона», — сказал Ван. «То, что мы сейчас исследуем, позволит выявить ограничения в текущих наблюдениях и сформулировать проверяемые гипотезы, которые принесут пользу будущей флагманской миссии».
Помимо исследователей из UH, в число авторов исследования входят ученые из НАСА, Университета Висконсина, Университета Мэриленда, Университета Центральной Флориды и Калифорнийского университета в Санта-Крус, а также ученые из Франции и Испании.
Информация от: Университетом Хьюстона
