De bovenste lagen in de atmosfeer van gasreuzen - Saturnus, Jupiter, Uranus en Neptunus - zijn heet, net als die van de aarde. Maar in tegenstelling tot de aarde, de zon staat te ver van deze buitenplaneten om de hoge temperaturen te verklaren. Hun warmtebron is een van de grote mysteries van de planetaire wetenschap.

Nieuwe analyse van gegevens van NASA's Cassini-ruimtevaartuig vindt een haalbare verklaring voor wat de bovenste lagen van Saturnus houdt, en mogelijk de andere gasreuzen, zo heet:poollicht op de noord- en zuidpool van de planeet. elektrische stromen, veroorzaakt door interacties tussen zonnewinden en geladen deeltjes van de manen van Saturnus, vonk de aurora's en verwarm de bovenste atmosfeer. (Net als bij het noorderlicht van de aarde, het bestuderen van aurora's vertelt wetenschappers wat er gaande is in de atmosfeer van de planeet.)

Het werk, vandaag gepubliceerd in Natuurastronomie , is de meest complete afbeelding tot nu toe van zowel de temperatuur als de dichtheid van de bovenste atmosfeer van een gasreus - een gebied dat slecht is begrepen.

"Het begrijpen van de dynamiek vereist echt een globaal beeld. Deze dataset is de eerste keer dat we de bovenste atmosfeer van pool tot pool kunnen bekijken, terwijl we ook zien hoe de temperatuur verandert met de diepte, " zei Zarah Brown, hoofdauteur van de studie en een afgestudeerde student aan het Lunar and Planetary Laboratory van de Universiteit van Arizona.

Door een compleet beeld te krijgen van hoe warmte in de atmosfeer circuleert, wetenschappers zijn beter in staat te begrijpen hoe elektrische stromen in het poollicht de bovenste lagen van de atmosfeer van Saturnus verwarmen en winden aandrijven. Het wereldwijde windsysteem kan deze energie verdelen, die aanvankelijk wordt afgezet nabij de polen in de richting van de equatoriale gebieden, ze te verwarmen tot twee keer de temperatuur die alleen door de verwarming van de zon wordt verwacht.

"De resultaten zijn van vitaal belang voor ons algemene begrip van planetaire hogere atmosferen en vormen een belangrijk onderdeel van Cassini's nalatenschap, " zei studie co-auteur Tommi Koskinen, een lid van Cassini's Ultraviolet Imaging Spectograph-team. "Ze helpen bij het beantwoorden van de vraag waarom het bovenste deel van de atmosfeer zo heet is, terwijl de rest van de atmosfeer - vanwege de grote afstand tot de zon - koud is."

Beheerd door NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië, Cassini was een orbiter die Saturnus meer dan 13 jaar observeerde voordat hij zijn brandstofvoorraad opgebruikte. De missie dompelde het in september 2017 in de atmosfeer van de planeet, gedeeltelijk om zijn maan Enceladus te beschermen, die Cassini ontdekte, omstandigheden zouden kunnen bevatten die geschikt zijn voor leven. Maar voor zijn duik, Cassini voerde 22 ultrakorte banen van Saturnus uit, een laatste tour genaamd de Grand Finale.

Het was tijdens de Grand Finale dat de belangrijkste gegevens werden verzameld voor de nieuwe temperatuurkaart van de atmosfeer van Saturnus. Gedurende zes weken, Cassini richtte zich op verschillende heldere sterren in de sterrenbeelden Orion en Canis Major terwijl ze achter Saturnus voorbij gingen. Terwijl het ruimtevaartuig de sterren zag opkomen en ondergaan achter de gigantische planeet, wetenschappers analyseerden hoe het sterlicht veranderde toen het door de atmosfeer ging.

Door te meten hoe dicht de atmosfeer is, kregen wetenschappers de informatie die ze nodig hadden om de temperaturen te vinden. Dichtheid neemt af met de hoogte, en de snelheid van afname is afhankelijk van de temperatuur. Ze ontdekten dat de temperatuur piekt in de buurt van de aurora's, wat aangeeft dat aurorale elektrische stromen de bovenste atmosfeer verwarmen.

Dichtheids- en temperatuurmetingen hielpen wetenschappers bij het bepalen van windsnelheden. De bovenste atmosfeer van Saturnus begrijpen, waar planeet ruimte ontmoet, is de sleutel tot het begrijpen van ruimteweer en de impact ervan op andere planeten in ons zonnestelsel en exoplaneten rond andere sterren.

"Ook al zijn er duizenden exoplaneten gevonden, alleen de planeten in ons zonnestelsel kunnen in dit soort detail worden bestudeerd. Met dank aan Cassini, we hebben nu een gedetailleerder beeld van de bovenste atmosfeer van Saturnus dan enige andere reuzenplaneet in het universum, ' zei Bruin.

De Cassini-Huygens-missie is een samenwerkingsproject van NASA, het Europees Ruimteagentschap en het Italiaanse Ruimteagentschap. NASA's Jet Propulsion Laboratory, of JPL, een divisie van Caltech in Pasadena, beheert de missie voor NASA's Science Mission Directorate in Washington. JPL ontworpen, ontwikkelde en assembleerde de Cassini-orbiter.