Για χρόνια, ο Κρόνος φαινόταν να κάνει το αδύνατο.
Οι μετρήσεις πρότειναν ότι ο ρυθμός περιστροφής του γιγάντιου πλανήτη άλλαζε με την πάροδο του χρόνου, σαν ο Κρόνος με κάποιο τρόπο να επιταχύνει ή να επιβραδύνει. Αυτό το αινιγματικό αποτέλεσμα άφησε τους επιστήμονες να αναζητούν απαντήσεις. Τώρα, οι ερευνητές που χρησιμοποιούν το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) λένε ότι έχουν επιτέλους λύσει το μυστήριο.
Νέα ευρήματα, δημοσιευμένα Journal of Geophysical Research: Space PhysicsΑποκαλύπτει ότι το εντυπωσιακό βόρειο σέλας του Κρόνου βρίσκεται στο επίκεντρο του γεγονότος. Η έρευνα δείχνει ότι το σέλας του πλανήτη οδηγεί έναν ισχυρό κύκλο που περιλαμβάνει θερμότητα, άνεμο και ηλεκτρικά ρεύματα που μπορούν να κάνουν τον Κρόνο να φαίνεται να περιστρέφεται με διαφορετικές ταχύτητες ανάλογα με το πώς μετριέται.
Το μυστήριο της περιστροφής του Κρόνου
Το παζλ χρονολογείται δεκαετίες πίσω, αλλά κέρδισε εκ νέου την προσοχή το 2004 μετά από παρατηρήσεις από το διαστημόπλοιο Cassini της NASA που πρότειναν ότι ο ρυθμός περιστροφής του Κρόνου άλλαζε αργά.
Αυτό το αποτέλεσμα ήταν δύσκολο να ερμηνευτεί επειδή οι πλανήτες δεν αλλάζουν τους ρυθμούς περιστροφής τους σε μικρές χρονικές κλίμακες.
Το 2021, μια ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Tom Stallard του Πανεπιστημίου Northumbria πρότεινε μια διαφορετική εξήγηση. Η μελέτη τους έδειξε ότι η περιστροφή του Κρόνου στην πραγματικότητα δεν αλλάζει. Αντίθετα, τα ηλεκτρικά σήματα που σχετίζονται με το σέλας του πλανήτη επηρεάζονταν από τους ανέμους στην ανώτερη ατμόσφαιρα του Κρόνου. Αυτοί οι άνεμοι παρήγαγαν ηλεκτρικά ρεύματα που άλλαξαν το σήμα του σέλας που χρησιμοποιούσαν οι επιστήμονες για να εκτιμήσουν την περιστροφή του πλανήτη.
Αν και αυτή η μελέτη εξήγησε τις αινιγματικές μετρήσεις, ένα σημαντικό ερώτημα παρέμεινε αναπάντητο: Τι ήταν αυτό που οδηγούσε αυτούς τους ατμοσφαιρικούς ανέμους;
James Webb Χάρτης της Σέλας του Κρόνου
Για τη διερεύνηση, ο Stallard και οι συνεργάτες του από ιδρύματα σε όλο το Ηνωμένο Βασίλειο και τις ΗΠΑ στράφηκαν στο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb.
Η ομάδα παρατήρησε την περιοχή του βόρειου σέλας του Κρόνου συνεχώς για μια ολόκληρη ημέρα του Κρόνου. Οι παρατηρήσεις παρείχαν ένα επίπεδο λεπτομέρειας που δεν μπορούσαν να επιτύχουν τα προηγούμενα μέσα.
Οι ερευνητές εστίασαν στο υπέρυθρο φως που εκπέμπεται από ένα μόριο γνωστό ως κατιόν τριυδρογόνου. Αυτό το μόριο σχηματίζεται στην ανώτερη ατμόσφαιρα του Κρόνου και λειτουργεί ως φυσικός δείκτης της θερμοκρασίας. Αναλύοντας τη λάμψη του, η ομάδα δημιούργησε τον πιο λεπτομερή χάρτη που δημιουργήθηκε ποτέ με τη θερμοκρασία και την πυκνότητα των φορτισμένων σωματιδίων στην περιοχή του σέλας του Κρόνου.
Η βελτίωση στην ακρίβεια ήταν δραματική. Προηγούμενες μετρήσεις έχουν αβεβαιότητα περίπου 50°C, καθιστώντας δύσκολο τον εντοπισμό λεπτών αλλαγών. Οι παρατηρήσεις του JWST ήταν σχεδόν δέκα φορές πιο ακριβείς, επιτρέποντας στους επιστήμονες να εντοπίσουν για πρώτη φορά τοπικά μοτίβα θέρμανσης και ψύξης.
Μια αυτοσυντηρούμενη πλανητική θερμική μηχανή
Τα νέα δεδομένα ταιριάζουν στενά με τις προβλέψεις από μοντέλα υπολογιστών που αναπτύχθηκαν πριν από περισσότερο από μια δεκαετία. Ωστόσο, τα μοντέλα λειτουργούσαν μόνο εάν η πηγή της ατμοσφαιρικής θέρμανσης βρισκόταν ακριβώς εκεί που τα ισχυρότερα σωματίδια του σέλας εισήλθαν στην ατμόσφαιρα του Κρόνου.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το σέλας του Κρόνου κάνει πολύ περισσότερα από το να δημιουργεί ένα εκθαμβωτικό φως.
Η ενέργεια που εναποτίθεται από το σέλας θερμαίνει ορισμένες περιοχές της ατμόσφαιρας. Αυτή η θερμότητα παράγει αέρα, ο οποίος στη συνέχεια παράγει ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτά τα ρεύματα βοηθούν στην τροφοδοσία του σέλας, που θερμαίνει την ατμόσφαιρα και συντηρεί ολόκληρο τον κύκλο.
Ο επικεφαλής ερευνητής καθηγητής Tom Stallard είπε: “Αυτό που βλέπουμε είναι ουσιαστικά μια πλανητική αντλία θερμότητας. Το σέλας του Κρόνου θερμαίνει την ατμόσφαιρά του, η ατμόσφαιρα οδηγεί ανέμους, δημιουργώντας ρεύματα ανέμου που τροφοδοτούν το σέλας και έτσι συνεχίζει. Το σύστημα τροφοδοτείται από μόνο του.
“Για δεκαετίες, ξέραμε ότι κάτι περίεργο συνέβαινε με τον φαινομενικό ρυθμό περιστροφής του Κρόνου, αλλά δεν μπορούσαμε να το εξηγήσουμε. Τότε δείξαμε ότι οδηγούνταν από ατμοσφαιρικούς ανέμους, αλλά ακόμα δεν ξέραμε γιατί υπήρχαν αυτοί οι άνεμοι. Αυτές οι νέες παρατηρήσεις, που έγιναν δυνατές από το JWST, μας δίνουν τελικά τα στοιχεία που χρειαζόμαστε για να κλείσουμε αυτόν τον βρόχο.”
Εξωτερική επιρροή του Κρόνου
Η ανακάλυψη μπορεί να έχει επιπτώσεις πέρα από έναν μόνο πλανήτη.
Οι ερευνητές βρήκαν στοιχεία ότι η ατμόσφαιρα του Κρόνου και η μαγνητόσφαιρα είναι στενά συνδεδεμένα. Η μαγνητόσφαιρα είναι η μεγάλη περιοχή του διαστήματος που διαμορφώνεται από το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη. Η δραστηριότητα στην ατμόσφαιρα φαίνεται να επηρεάζει την κατάσταση της μαγνητόσφαιρας, ενώ η μαγνητόσφαιρα επιστρέφει ενέργεια στην ατμόσφαιρα.
Αυτή η συνεχής ανταλλαγή μπορεί να εξηγήσει γιατί η διαδικασία παραμένει σταθερή για μεγάλες χρονικές περιόδους.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, παρόμοιες αλληλεπιδράσεις μπορεί να συμβούν και σε άλλους πλανήτες.
Ο καθηγητής Stallard πρόσθεσε: “Αυτό το αποτέλεσμα αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο σκεφτόμαστε τις πλανητικές ατμόσφαιρες γενικότερα. Εάν οι ατμοσφαιρικές συνθήκες ενός πλανήτη μπορούν να οδηγήσουν ρεύματα στο περιβάλλον διαστημικό περιβάλλον, τότε η κατανόηση του τι συμβαίνει στις στρατόσφαιρες άλλων κόσμων θα μπορούσε να αποκαλύψει αλληλεπιδράσεις που δεν έχουμε ακόμη φανταστεί.”
Μια διεθνής ερευνητική προσπάθεια
Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb είναι το κορυφαίο παρατηρητήριο διαστημικής επιστήμης στον κόσμο. Το τηλεσκόπιο έχει σχεδιαστεί για να μελετά όλα τα αντικείμενα στο ηλιακό σύστημα, να αναζητά πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από μακρινά αστέρια και να εξερευνά την προέλευση και την εξέλιξη του σύμπαντος. Το WEB είναι ένα διεθνές έργο υπό την ηγεσία της NASA σε συνεργασία με την ESA (Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία) και την CSA (Καναδική Διαστημική Υπηρεσία).
Ερευνητές του Πανεπιστημίου Northumbria πραγματοποίησαν τη μελέτη με συναδέλφους από το Πανεπιστήμιο της Βοστώνης, το Πανεπιστήμιο του Λέστερ, το Πανεπιστήμιο Aberystwyth, το Πανεπιστήμιο του Reading, το Imperial College του Λονδίνου, το Πανεπιστήμιο Lancaster και το Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής του Πανεπιστημίου Johns Hopkins. Η χρηματοδότηση της έρευνας χορηγήθηκε από το Συμβούλιο Επιστημονικών και Τεχνολογικών Εγκαταστάσεων (STFC).
