Astronomer har observerat i detalj hur sommar förvandlas till höst på den ringmärkta planeten Saturnus.
Med hjälp av Saturnusobservationer från James Webb Space Telescope (JWST) i november 2022 observerade ett team ledd av forskare från University of Leicester en kylningstrend på gasjätten orsakad av att luftströmmar av planetstorlek ändrade riktning när Saturnus långa säsonger förändras.
“Ingen rymdfarkost har någonsin varit närvarande för att utforska Saturnus norra sensommar och höst, så vi hoppas att detta bara är startpunkten”, säger Leigh Fletcher, professor vid University of Leicesters School of Physics and Astronomy sa i ett uttalande. “Kvaliteten på JWST:s nya data är helt enkelt hisnande – i en kort serie observationer kunde vi fortsätta arvet från Cassini-uppdraget in i en helt ny Saturnussäsong, och observera hur vädermönster och atmosfärisk cirkulation svarar på det föränderliga solljuset.
Relaterad: Astronomer kan ha upptäckt de svarta hålen som ligger närmast jorden
Astronomerna gjorde sina observationer av Saturnus med JWST:s Mid-Infrared Instrument (MIRI), som gjorde det möjligt för dem att observera planetens atmosfär i infraröda våglängder av ljus, strax utanför räckhåll för våra ögon. MIRI gjorde det möjligt för teamet att mäta temperaturen i Saturnus atmosfär och se fingeravtrycken av kemikalierna den innehåller, mäta deras överflöd samtidigt som de observerade de snurrande molnen som finns på toppen av Saturnus atmosfär – stratosfären.
Gasjätten, som är den sjätte planeten från solen och är känd för sina slående isringar, upplever årstiderna på samma sätt som jorden eftersom den, liksom vår planet, lutar i förhållande till solen. Även om Saturnus axiella lutning på 26,7 grader liknar vår planets 23,5 grader, betyder dess mycket bredare bana att årstiderna på gasjätten är mycket längre än på jorden.
Det tar 29,4 jordår för Saturnus att kretsa runt solen, vilket resulterar i årstider som varar omkring 7,5 jordår. Dessa nya JWST-observationer ger forskare ny insikt i dessa utdragna årstider och de fenomen som uppstår när de börjar förändras. JWST-observationerna kompletterar data från NASA:s rymdfarkost Cassini-Huygens (Cassini), som observerade gasjättens planet under dess vinter- och vårsäsong i 13 år.
De nya JWST-observationerna har sammanställts till en animation som visar hur gasjättens utseende förändras över olika våglängder av ljus, precis som övergången från sommar till höst här på jorden är tydlig i gulfärgningen av trädens löv.
I bilderna representeras termiska utsläpp från planetens nordpol av klarblått, medan färgen gul representerar ljusa och varma delar av Saturnus atmosfär. Temperaturkontrasten kan ses i lila områden, som representerar kallare och mörkare delar av planetens atmosfär. Gasjättens planetens ökända bandformade utseende kan tydligt ses när man observerar ljusets våglängder i Saturnus troposfär, det lägsta lagret av dess atmosfär.
Animationen visar också observationer av synligt ljus som samlades in av rymdteleskopet Hubble i september 2022. Dessa visas i bakgrunden för att kontrastera med JWST-bilderna.
En 1 500 kilometer bred polarcyklon (NPC) vid Saturnus nordpol är också synlig i JWST-data. Detta är omgivet av ett brett område av varma gaser som observerats samlas på Saturnus norra halvklot under våren, kallad North Polar Stratospheric Vortex (NPSV).
Dessa varma virvlar virvlar genom gasjättens planets höga stratosfär, där de värmdes upp under Saturnus sommarsäsong. År 2025 kommer planeten att uppleva höstdagjämningen – den punkt där solen befinner sig direkt över planetens ekvator (Jorden har sin egen höstdagjämning i september). När höstdagjämningen närmar sig börjar NPSV svalna och försvinner när det norra halvklotet faller helt in i höst och blir mörkare.
Dessa virvlar i Saturnus atmosfär observerades tidigare på nära håll av Cassini. Infraröda data från JWST-observationer av gasjätten visar dock olika temperaturfördelningar i Saturnus stratosfär än de för rymdfarkosten som kraschade in i gasjätten 2017. Detta beror på att Cassini gjorde sina observationer under planetens nordliga vinter och vår.
Gasfördelningen i Saturnus atmosfär varierade också mellan JWST- och Cassini-observationerna. Detta är resultatet av att luft stiger från södra halvklotet och korsar Saturnus ekvator under dess norra vinter och södra sommar när NASA:s rymdfarkost gjorde sina observationer. Denna process vände under den norra sommaren/södra vintern som JWST observerade planeten, vilket resulterade i att det kraftfulla rymdteleskopet såg lågkolvätegaser strömma från norr till söder om Saturnus.
Liknande inlägg:
— James Webb rymdteleskopets syn på Saturnus konstigaste måne, Titan, upphetsar forskare
— Saturnus ser otrolig ut i dessa råa bilder från James Webb Space Telescope (Foton)
– Saturnus ringar ser bra ut på gasjättens foto från det första James Webb rymdteleskopet
Saturnus valdes som ett tidigt solsystemsmål för JWST för att testa teleskopets kapacitet på 10 miljarder dollar eftersom den ljusa roterande planeten utgör en utmaning för MIRI-instrumentets små synfält. MIRI kan bara observera en liten del av Saturnus åt gången eftersom planeten är så ljus jämfört med några av dess andra mål, som ofta är miljarder ljusår bort.
Studiens krävande karaktär innebär att planeringen av dessa Saturnusobservationer redan pågick cirka åtta år före 2022. Även efter nästan ett decennium av planering sa Fletcher att han och teamet var förvånade över kvaliteten på data från JWST. Professorn vid University of Leicester beskrev detta arbete som en höjdpunkt i hans karriär.
“JWST kan se våglängder av ljus som inte är tillgängliga för någon tidigare rymdfarkost, vilket producerar en utsökt datamängd som är spännande i många år framöver,” sa Fletcher. “Det här arbetet med Saturnus är bara det första i ett program för att observera alla fyra gigantiska planeter, och JWST erbjuder en förmåga som överträffar allt vi har haft tidigare – om vi kan få så mycket ny kunskap från en enda observation av en enskild världsjätte planet, föreställ dig vilka upptäckter som väntar dig?
Teamets forskningsresultat kommer att publiceras i Journal of Geophysical Planetary Research.