Как и Земля, Сатурн сменяет времена года из-за наклона своей оси. Но год на Сатурне длится 30 земных лет, поэтому каждый сезон на нем длится 7,5 лет. Сейчас в северном полушарии Сатурна конец лета, поэтому, опять же, точно так же, как Земля в настоящее время движется к северному осеннему равноденствию в сентябре, Сатурн движется к северному осеннему равноденствию немного позже, в 2025 году.
Прежде чем на северный полюс Сатурна наступит продолжительная полярная зима, что сделает его недоступным для наблюдений, астрономы воспользуются возможностью изучить эту область с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, который начал работать чуть больше года назад.
Инфракрасные возможности инструментов JWST дают новую, невиданную ранее информацию о смене времен года на массивной планете, окруженной кольцами, показывая, как сезонный сдвиг на Сатурне влияет на климат планеты.
Уникальное изображение показывает спектроскопические изображения, полученные с помощью инструмента среднего инфракрасного диапазона (MIRI), показывающие убывающее летнее полушарие Сатурна, что помогает исследователям изучать сезонную эволюцию температур, аэрозолей и состава.
«Мы хотели изучить, как атмосфера Сатурна реагирует на смену времен года, когда северное лето подходит к концу», — сказала Ли Флетчер из Университета Лестера, которая руководила наблюдениями. в сообщении на X (ранее Twitter). «Мы видим изменение в характере циркуляции, свидетелем которого «Кассини» был во время северной зимы».
Космический корабль Кассини вращался вокруг Сатурна с 2004 по 2017 год, то есть во время северной зимы и весны на планете.
Прибор MIRI разделяет инфракрасный свет на составляющие его длины волн, позволяя ученым видеть «отпечатки пальцев» богатого разнообразия химических веществ в атмосфере планеты. В своей статье, опубликованной в журнале JGR Planets, команда написала: «Высокая чувствительность MIRI позволяет впервые идентифицировать ранее невидимые полосы излучения пропана, а также провести первые измерения распределения нескольких газообразных веществ: тропосферной воды и стратосферного этилена, бензола, метил и углекислый газ».
Изображение и видео, опубликованные Флетчером, показывают различные длины волн и структуры JWST из разных слоев атмосферы. Полосы Сатурна проявляются на длинах волн тропосферы, а теплые полярные вихри отображаются синим цветом на длинах волн стратосферы. Светящиеся полярные вихри и контрастные температурные полосы наложены на изображение Хаббла, сделанное в 2022 году.
Исследователи заявили, что видят доказательства того, что картина стратосферной циркуляции, обнаруженная Кассини во время северной зимы, теперь полностью изменилась северным летом. Данные также свидетельствуют об изменении температуры и ветров в экваториальной области, полярных вихрях и межполушарной стратосферной циркуляции.
Моделируя спектры среднего инфракрасного диапазона, ученые заметили, насколько теперь отличаются распределения стратосферных температур и газов по сравнению с наблюдениями Кассини. Сатурн имеет крупномасштабную стратосферную циркуляцию с более высокими температурами и избытком углеводородов, таких как этан и ацетилен, в северных средних широтах зимой, что означает опускание богатого углеводородами воздуха сверху. Считалось, что воздух поднимается в южных летних средних широтах, пересекает экватор и опускается в северные зимние средние широты.
Спектральный охват и чувствительность MIRI позволяют впервые картировать несколько газов, особенно в диапазонах, недоступных Кассини.
«JWST может видеть в длинах волн света, которые были недоступны любому предыдущему космическому аппарату, создавая изысканный набор данных, который разжигает аппетит на долгие годы», — сказал он. Флетчер, в пресс-релизе Университета Лестера. «Качество новых данных JWST просто потрясающее – за одну короткую серию наблюдений мы смогли продолжить наследие миссии «Кассини» в совершенно новом сатурническом сезоне, наблюдая, как погодные условия и атмосферная циркуляция реагировать на меняющийся солнечный свет».
Флетчер добавил, что он и его команда начали проектировать эти наблюдения Сатурна с помощью JWST более 8 лет назад, и когда в ноябре 2022 года были получены первые данные наблюдений, Флетчер сказал, что это стало ярким событием в карьере.
Эти наблюдения, проведенные в самом начале работы JWST, также стали проверкой возможностей телескопа. Исследователи заявили, что определенно существует кривая обучения, позволяющая научиться максимально эффективно использовать время наблюдения.
«Поскольку он большой, яркий, вращается и движется по небу, он представляет собой проблему для небольшого поля зрения инструмента MIRI», — сказал Оливер Кинг, постдокторант из Лестера и соавтор исследования. . «MIRI может одновременно видеть только небольшую часть Сатурна, и мы рискуем перегрузить детекторы, потому что планета очень яркая по сравнению с обычными целями JWST. Наблюдения были сделаны в виде трех плиток, начиная от экватора до северного полюса, а затем до колец, образуя последнюю плитку».
