В ходе международной долгосрочной миссии Cassini на северном полюсе Сатурна была обнаружена удивительная особенность. Когда приближается летний период, на большой высоте появляется нагретый вихрь в форме шестиугольника. Он сильно напоминает тот, который мы ранее видели глубже в облаках Сатурна. Это говорит о том, что нижний шестиугольник, возможно, влияет на то, что происходит выше, и может оказаться, что вся структура растягивается на сотни километров в высоту.
Когда в 2004 году Cassini прибыл к Сатурну, в южном полушарии был летний период, а в северном – зимний. Космический аппарат исследовал огромный вихрь на южном полюсе Сатурна, но не выявил ничего подобного на северном полюсе планеты.
Новое исследование обнаружило первые признаки северного полярного вихря, когда в северном полушарии Сатурна наступало летнее время. Вихрь, который находится в сотнях километров над облаками, в слое атмосферы, известном как стратосфера, оказался неожиданным сюрпризом.
«Мы ожидали увидеть вихрь на северном полюсе Сатурна, однако его форма оказалась действительно удивительной. Либо шестиугольники появились спонтанно и одновременно на двух разных высотах, либо это структура, охватывающая вертикальный диапазон в несколько сотен километров», – говорит автор исследования Ли Флетчер из Лестерского университета, Великобритания.
В многоуровневых облаках Сатурна формируется большинство погодных явлений планеты, включая ранее существовавший северный полярный шестиугольник. Эта особенность была обнаружена аппаратом NASA Voyager в 1980-х годах и изучалась десятилетиями. Устойчивые ветры, образующие шестиугольник, возможно, связаны с вращением Сатурна. На Земле подобное явление наблюдается, например, в Полярном струйном течении.
Свойства шестиугольника были подробно раскрыты Cassini, который наблюдал его на нескольких длинах волн – от ультрафиолетовых до инфракрасных – с использованием инструментов, таких как спектрометр Composite Infrared Spectrometer (CIRS). Однако в начале миссии этот инструмент не мог заглянуть в глубины северной стратосферы, поскольку её температура достигала -158℃. Для проведения точных инфракрасных наблюдений CIRS температура должна быть на 20 градусов выше, поэтому эти районы долгие годы оставались относительно неизведанными.
Один год на Сатурне равняется примерно 30 земным, поэтому зимы там длинные. В 2009 году в северном полушарии Сатурна закончилась зима, и оно стало постепенно прогреваться по мере приближения к летнему сезону.
Странный процесс в атмосфере Сатурна ускорил это потепление: по мере того, как воздух опускался, он становился более плотным, а верхний шестиугольник нагревался всё быстрее. Повышенная температура позволила учёным исследовать полярный вихрь в инфракрасном свете.
Это указывает на то, что два полюса Сатурна ведут себя по-разному – на южном полюсе не было шестиугольника, когда он наблюдался в начале миссии Cassini в летний период, – ни в облаках, ни выше. Северный вихрь менее развит, чем южный, так как он холоднее и движется по-другому.
«Это может означать, что существует фундаментальная асимметрия между полюсами Сатурна, которую мы ещё не понимаем, или что северный полярный вихрь всё ещё развивался во время наших последних наблюдений и продолжал делать это после кончины Cassini», – добавляет Флетчер. Миссия Cassini подошла к концу в сентябре 2017 года.
Существование единой шестиугольной структуры, которая уходит вглубь атмосферы, маловероятно, если учитывать, что свойства ветра значительно изменяются с высотой. Исследуя свойства атмосферы в северном регионе, Флетчер и его коллеги также определили, что волны, подобные шестиугольнику, не могут распространяться вверх – они должны оставаться в вершинах облаков, как и считалось ранее.
«Существование таких волн в стратосфере может объяснить процесс, называемый “рассеивание” (evanescence), при котором сила волны уменьшается с высотой, но достаточно сильна, чтобы все ещё сохраняться в стратосфере, – объясняет Флетчер. – Обидно, что мы обнаружили шестиугольник в стратосфере только в конце жизни Cassini».
Понимание того, как и почему северный полярный вихрь Сатурна принял шестиугольную форму, прольёт свет на влияние атмосферных явлений на процессы выше. Северный полярный регион Сатурна продолжит изменяться в ближайшие годы; в мае 2017 года в северном полушарии прошло летнее солнцестояние, а в 2024 году наступит осеннее равноденствие.
«Космический аппарат Cassini продолжал предоставлять новую информацию до самого конца, – добавляет Флетчер. – Без подходящего аппарата эти тайны остались бы неисследованными. Cassini показывает, чего может достичь международная команда, отправляющая сложного роботизированного исследователя в ранее неизведанное место назначения, – результатов, которые продолжают удивлять даже после окончания самой миссии».
Источник: sci.esa.int
Перевод: Ольга Шатерникова