Astronomer har vidst i årevis, at der var vand i Saturns øvre atmosfære, men de var ikke helt sikre på, hvor det kom fra. Nye observationer har fundet, at der regner vand ned på Saturn, og det kommer fra klodens ringe.
"Saturn er den første planet, der viser betydelig interaktion mellem dets atmosfære og ringsystem," sagde James O’Donoghue, en forsker på universitetet i Leicester og forfatter af en ny artikel offentliggjort i tidsskriftet Nature. "Den vigtigste virkning af ringregn er, at det virker til at" slukke "ionosfæren i Saturn, hvilket reducerer elektrontætheden i områder, hvor den falder kraftigt."
Ved hjælp af Keck-observatoriet fandt O’Donoghue og et team af forskere opladede vandpartikler, der faldt fra planetens ringe i Saturns atmosfære. De fandt også, at omfanget af ringregn er langt større og falder over større områder af planeten, end tidligere antaget. Værket afslører, at regnen påvirker sammensætningen og temperaturstrukturen i dele af Saturns øvre atmosfære.
O’Donoghue sagde, at ringens virkning på elektrondensiteter er vigtig, fordi det forklarer, hvorfor observationer i mange årtier har vist, at elektrondensiteterne er usædvanligt lave på nogle breddegrader ved Saturn.
”Det viser sig, at en vigtig drivkraft for Saturns ionosfæriske miljø og klima over store planetens rækkevidde er ringpartikler, der ligger 120.000 miles [200.000 kilometer] overhead,” sagde Kevin Baines, en medforfatter på papiret, fra Jet Propulsion Laboratory. "Ringpartiklerne påvirker hvilke partiklearter der er i denne del af den atmosfæriske temperatur."
I begyndelsen af 1980'erne viste billeder fra NASAs Voyager-rumfartøj to til tre mørke bånd på Saturn, og forskere teoretiserede, at vand kunne have bruset ned i disse bånd fra ringene. Derefter opdagede astronomer, der brugte ESAs Infrarøde Observatorium tilstedeværelsen af spormængder vand i Saturns atmosfære tilbage i 1997, men kunne ikke rigtig finde en forklaring på, hvorfor det var der, og hvordan det kom der.
Så i 2011 dannede observationer med Herschel-pladsobservatoriet vandis fra gejsere på Enceladus en gigantisk ring af vanddamp omkring Saturn.
Men de band, Voyager har set, blev ikke set igen før i 2011, da teamet observerede planeten med Keck Observatory's NIRSPEC, en næsten infrarød spektrograf, der kombinerer bred bølgelængdedækning med høj spektral opløsning, hvilket giver observatørerne tydeligt mulighed for at se subtile emissioner fra de lyse dele af Saturn.
Ringregnets virkning forekommer i Saturns ionosfære (Jorden har en lignende ionosfære), hvor ladede partikler produceres, når den ellers neutrale atmosfære udsættes for en strøm af energiske partikler eller solstråling. Da forskerne spores efter mønsteret af emissioner fra et bestemt brintmolekyle, der består af tre brintatomer (snarere end de sædvanlige to), forventede de at se en ensartet, planetbred infrarød lys.
Hvad de i stedet observerede var en række lyse og mørke bånd med et mønster, der efterligner planetens ringe. Saturns magnetfelt "kortlægger" de vandrige ringe og de vandfrie huller mellem ringe på planetens atmosfære.
De formoder, at ladede vandpartikler fra planetens ringe blev trukket mod planeten ved Saturns magnetfelt og neutraliseret de glødende triatomiske brintioner. Dette efterlader store "skygger" i det, der ellers ville være en planet-dækkende infrarød glød. Disse skygger dækker 30 til 43 procent af planetens øvre atmosfæreoverflade fra ca. 25 til 55 grader. Dette er et markant større område end antydet af Voyager-billederne.
Både Jorden og Jupiter har en meget ensartet glødende ækvatorregion. Forskere forventede også dette mønster ved Saturn, men de så i stedet dramatiske forskelle på forskellige breddegrader.
”Hvor Jupiter lyser jævnt over sine ækvatorregioner, har Saturn mørke bånd, hvor vandet falder ind, hvilket mørkner ionosfæren,” sagde Tom Stallard, en af papirets medforfattere i Leicester. ”Vi forsøger nu også at undersøge disse funktioner med et instrument på NASAs Cassini-rumfartøj. Hvis vi har succes, kan Cassini muligvis give os mulighed for at se mere detaljeret på, hvordan vand fjerner ioniserede partikler, såsom ændringer i højden eller virkningerne, der følger med tiden på dagen. ”
Kilder: Keck Observatory
, Natur.
