Вечная молодость Сатурна? Открытие энергетического дисбаланса ставит под сомнение теории старения планет

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Сатурн, окутанный своими знаменитыми кольцами, всегда был объектом восхищения и научного интереса. Миссия Cassini, ставшая настоящим триумфом космической инженерии, позволила заглянуть за завесу тайны газового гиганта и получить беспрецедентный объем данных о его атмосфере, магнитном поле и взаимодействии с кольцами. Анализ многолетних наблюдений Cassini привел к неожиданному открытию, которое ставит под сомнение устоявшиеся представления о процессах старения газовых гигантов и заставляет пересмотреть модели их эволюции.

Энергетический дисбаланс: молодость по-сатурниански?

Долгое время считалось, что планеты, подобно остывающим углям, постепенно теряют энергию, накопленную в процессе формирования. Эта энергия, известная как внутреннее тепло, является важным фактором, определяющим эволюцию планеты. Ученые предполагали, что Сатурн, как и другие газовые гиганты, находится в состоянии энергетического баланса, то есть излучает в космос ровно столько энергии, сколько получает от Солнца и вырабатывает в своих недрах.


Однако данные Cassini показали совсем другую картину. Оказалось, что Сатурн излучает значительно больше энергии, чем предполагалось ранее. Этот энергетический дисбаланс, по мнению ученых, свидетельствует о том, что внутреннее тепло Сатурна значительно выше, чем считалось до сих пор.

Энергетический дисбаланс Сатурна, абстрактная иллюстрация
Автор: Designer
Кольца: не просто украшение, но и энергетический щит

Ученые выяснили, что на энергетический баланс Сатурна оказывают существенное влияние его кольца. Сложная система колец, состоящая из бесчисленных ледяных частиц, действует как гигантский экран, перераспределяя солнечный свет и влияя на тепловой режим планеты.

Анализ данных Cassini показал, что кольца Сатурна блокируют часть солнечного излучения, защищая планету от перегрева. С другой стороны, кольца также отражают часть солнечного света обратно в атмосферу, создавая эффект дополнительного нагрева.

Профиль под названием «1980-81» (т.е. пунктирная линия) получен из предыдущих исследований39,40,41 на основе наблюдений, записанных Вояджером 1 и 2 в 1980-81 годах. Наблюдения Cassini/CIRS в 2004 и 2005 годах относительно скудны, поэтому мы объединили их с наблюдениями в 2006 году. Толстые линии — профили излучаемой мощности в разные годы. Горизонтальные полосы ошибок представляют собой неопределенности измерений, которые в основном обусловлены источниками неопределенности, связанными с калибровкой данных CIRS и заполнением пробелов в наблюдениях.
Автор: Wang, X., Li, L., Jiang, X. et al. Cassini spacecraft reveals global energy imbalance of saturn. Nat Commun 15, 5045 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-48969-9 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com
Сезонные качели: когда Сатурн «молодеет»

Удивительно, но энергетический дисбаланс Сатурна не является постоянной величиной. Наблюдения Cassini показали, что он подвержен сезонным колебаниям. Наибольший избыток излучаемой энергии наблюдается в период сатурнианской весны и лета, когда планета получает больше солнечного тепла.

A Наблюдаемая излучаемая мощность подогнана по синусоидальной функции с фиксированным периодом в один сатурнианский год (29,4 года). B Подгонка на панели A используется для экстраполяции излученной мощности с эпохи Кассини (2004-2017) на полный орбитальный период (1995-2025), включая эпоху Кассини. Вертикальные линии на панели B представляют собой неопределенности.
Автор: Wang, X., Li, L., Jiang, X. et al. Cassini spacecraft reveals global energy imbalance of saturn. Nat Commun 15, 5045 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-48969-9 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Эти сезонные «качели» энергетического баланса, по мнению ученых, могут играть важную роль в формировании климата Сатурна. Избыточная энергия, накапливаемая в атмосфере планеты, может служить своеобразным топливом для мощных атмосферных вихрей и бурь, которыми так славится газовый гигант.

Переосмысление эволюции: Сатурн — не исключение?

Открытие энергетического дисбаланса Сатурна ставит под сомнение устоявшиеся представления о процессах старения газовых гигантов и заставляет искать новые объяснения. Возможно, мы имеем дело с неизвестными нам механизмами генерации тепла в недрах планеты. Не исключено, что данное явление характерно не только для Сатурна, но и для других газовых гигантов, в том числе и за пределами Солнечной системы.


Фазовый угол определяется как угол между линией от Солнца к Сатурну и линией от Сатурна к Кассини. Он изменяется в полном диапазоне 0-180°. Длина волны изменяется от 120 нм до 5131 нм, где имеются данные. Солнечное спектральное излучение на длинах волн от 120 нм до 5131 нм занимает примерно 99,5 % от общего солнечного потока. Результаты в основном основаны на наблюдениях, зарегистрированных космическими аппаратами Cassini (ISS и VIMS) и ESO.
Автор: Wang, X., Li, L., Jiang, X. et al. Cassini spacecraft reveals global energy imbalance of saturn. Nat Commun 15, 5045 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-48969-9 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Анализ данных Cassini — это лишь первый шаг на пути к пониманию сложных процессов, определяющих жизнь газовых гигантов. Дальнейшие исследования, в том числе и планируемые миссии к Урану и Нептуну, помогут пролить свет на загадку энергетического дисбаланса и перевернуть наши представления о формировании и эволюции планет-гигантов.