En ny undersøgelse baseret på data fra Cassini-missionen afslører noget overraskende i Saturns atmosfære. Vi har kendt stormen ved gasgigantens nordpol i årtier, men nu ser det ud til, at denne massive sekskantede storm kan være en ruvende behemoth, der er hundreder af kilometer i højden, der har sin base dybt i Saturns atmosfære.
Da Cassini ankom Saturn i 2004, var det sommertid på den sydlige halvkugle, og rumfartøjet fandt en polær virvel på sydpolen. Til sidst ankom sommeren på den nordlige halvkugle, og de var vidne til dannelsen af stormen ved Nordpolen. Dette har kun bekræftet det, vi har kendt siden 1980'erne, da Voyager-missionen studerede Saturn og fandt en storm om sommeren ved Saturns nordpol.
”Mens vi forventede at se en hvirvel af en eller anden art ved Saturns nordpol, efterhånden som den blev varmere, er dens form virkelig overraskende.” - Leigh Fletcher, University of Leicester, England, hovedforfatter.
Men denne nordlige storm har en sekskantet snarere end rund form, og den har den samme sekskantede form som stormen dybere i Saturns atmosfære, der først blev fundet af Voyager. Spørgsmålet er, ser vi et ruvende storm af en storm? Eller to separate storme, begge dannet i en sekskantet form?
”Kanterne på denne nyligt fundne hvirvel ser ud til at være hexagonal, og matcher netop et berømt og bisarr hexagonal skymønster, som vi ser dybere nede i Saturns atmosfære,” siger Leigh Fletcher fra University of Leicester, UK, hovedforfatter af den nye undersøgelse.
Denne video viser det hexagonale skymønster dybt i Saturns atmosfære, som først blev opdaget af Voyager.
Forskere involveret i Cassini-missionen forventede fuldt ud at se en stormform på nordpolen, da Saturns sommer ankom, men de blev overrasket over formen. "Enten er en hexagon spawnet spontant og identisk i to forskellige højder, en lavere i skyerne og en høj i stratosfæren, eller hexagon er faktisk en ruvende struktur, der spænder over et lodret område på flere hundrede kilometer," sagde Fletcher.
Kernen i denne nye undersøgelse er Cassinis Composite Infrared Spectrometer (CIRS). CIRS fangede disse data mellem 2010 og 2017, og det viser opvarmningen af Saturns stratosfære fra en høj banehældning. Det sammensatte billede nedenfor viser den gradvise opvarmning af Saturns stratosfære og den gradvise dannelse af den hexagonale storm.
Tidligere i Cassinis mission var den øverste atmosfære simpelthen for kold til, at CIRS kunne se ind. Stratosfæren var omkring -158 Celsius, 20 grader for kold til instrumentet. Men Saturns år er cirka 30 år langt, og i 2009 begyndte den nordlige polære region at varme. Cirka 2014 kunne Cassinis CIRS-instrument studere den øvre atmosfære.
”Et Saturnian-år strækker sig omtrent 30 jordår, så vintrene er lange. Saturn begyndte først at dukke op fra dybden af den nordlige vinter i 2009 og blev gradvist opvarmet, når den nordlige halvkugle nærmet sig sommeren. ” - studere medforfatter Sandrine Guerlet, Laboratoire de Météorologie Dynamique, Frankrig.
”Vi var i stand til at bruge CIRS-instrumentet til at udforske den nordlige stratosfære for første gang, fra 2014 og fremover,” sagde Guerlet. ”Efterhånden som den polære virvel blev mere og mere synlig, bemærkede vi, at den havde sekskantede kanter, og vi indså, at vi så den forhenværende sekskant i meget højere højder end tidligere antaget.”
Undersøgelsen viser, at de polære regioner på Saturn er meget forskellige fra hinanden. Da Cassini observerede den sydlige region i løbet af sommeren, tidligt i sin mission, var der intet sekskantet stormmønster. Den nordlige storm er også køligere, mindre moden, og dens dynamik er helt anderledes. For tiden kan forskere kun gætte, hvorfor det er.
”Dette kan betyde, at der er en grundlæggende asymmetri mellem Saturns poler, som vi endnu ikke skal forstå, eller det kan betyde, at den nordpolære virvel stadig udviklede sig i vores sidste observationer og fortsatte med at gøre det efter Cassinis død,” sagde Fletcher. Cassinis mission sluttede i sin “Grand Finale” i september 2017, da rumfartøjet bevidst blev sendt og kastet ud i Saturns atmosfære for at blive ødelagt.
Forskere har undersøgt Saturns vejrmønstre i lang tid, og de har længe kendt, at klodens tykke skylag er vært for det meste af klodens vejr. De nordlige polære træk blev først opdaget af Voyager i 1980'erne, og vi ved, at den polære hexagon i nord er en langvarig funktion. Forskere tror, at funktionen kan være bundet til rotationen af selve planeten, ligesom jetstrømmen her på Jorden.
Det er klart, at vi har meget at lære om Saturns atmosfære. Det er usandsynligt, at den sekskantede storm i stratosfæren og den sekskantede storm dybere i atmosfæren er den samme storm. Vinden skifter for meget gennem atmosfærens lag. Men de kunne forbindes på en anden måde. Efter at have undersøgt de atmosfæriske egenskaber i den nordlige region, besluttede Fletcher og kolleger, at bølger som hexagon ikke skulle være i stand til at udbrede sig opad og skulle forblive fanget i skyetoppene. Dette er gennem en proces kaldet evanescence. "En måde, hvorpå" information "kan lække opad, er via en proces, der kaldes evanescens, hvor styrken af en bølge falder ned med højden, men er næsten stærk nok til stadig at fortsætte op i stratosfæren,” forklarer Fletcher.
Det større billede i denne undersøgelse er det igangværende spørgsmål om, hvordan energi transporteres gennem forskellige lag af en atmosfære, noget vi stadig arbejder på at forstå her på Jorden. Hvis vi kan forstå, hvordan og hvorfor Saturns nordpolære virvel har en sekskantet form, vil den kaste lys over, hvordan fænomener dybere nede i en atmosfære kan påvirke miljøet højt oppe ovenfor.
"Saturns nordlige hexagon er en ikonisk funktion på et af de mest karismatiske medlemmer af solsystemet, så at opdage, at det stadig indeholder store mysterier, er meget spændende," - Nicolas Altobelli, ESA-projektforsker til Cassini-Huygens-missionen.
Cassini-missionen viser os stadig ting om Saturn, selv nu når det er forbi. Med hensyn til teamet bag denne undersøgelse er det bittersøt at opdage den nordlige hexagon næsten et år efter Cassini sluttede. Siger Fletcher, ”Vi er simpelthen nødt til at vide mere. Det er ganske frustrerende, at vi kun opdagede denne stratosfæriske sekskant lige i slutningen af Cassinis levetid. ”
