Сатурн посиял в глаза «Хабблу» сразу двумя полюсами

Сатурн в десять раз крупнее Земли и в десять раз дальше от Солнца, чем мы, поэтому обе планеты перехватывают примерно одинаковое количество частиц, выброшенных с поверхности нашей звезды во время солнечных вспышек. И магнитное поле Сатурна всего лишь немногим уступает земному, которое по меркам Солнечной системы считается сильным. Поэтому неудивительно, что у многих земных явлений, вызванных активностью Солнца, есть аналоги на Сатурне.

Ловушка для электронов

Один из таких феноменов — полярные сияния. Когда электроны (и другие заряженные частицы), летящие от Солнца, наталкиваются на магнитосферу Земли, они запутываются в магнитном поле, теряют скорость и начинают навиваться на линии магнитной индукции. А благодаря тому, что линии эти к полюсам сходятся, над арктическими и антарктическими районами планеты возникают своего рода магнитные зеркала, которые отражают вьющиеся вокруг линий электроны, заставляя их бесчисленное число раз мотаться с севера на юг и обратно.

Точка, в которой происходит отражение, зависит от характера движения электрона, поэтому для разных частиц зеркала оказываются на разной высоте над поверхностью Земли. Для некоторых зеркала опускаются в достаточно плотные слои земной атмосферы, где на пути электрона может оказаться какой-нибудь атом или ион, готовый принять на себя часть энергии быстрого движения. Благодаря таким потерям электрон может в конечном итоге освободиться из заточения между магнитных зеркал, а вот атомы (и ионы) долго хранить лишнюю энергию не могут, и избавляются от нее, излучая свет.

Именно это свечение мы и называем полярным сиянием. А так как излучают атомы в четко определенных линиях, то и цветовая палитра этих сияний на Земле всегда одна и та же. Самая интенсивная линия, как правило, зеленая — так светится нейтральный атомарный кислород (переход на длине волны в 557,7 нм). К зеленым примешиваются красные (тоже кислород, 630 нм) и голубоватые оттенки (катион молекулярного азота N₂⁺, линия 427,8 нм).

Цвет инопланетного сияния

Примерно то же происходит и на Сатурне. Только цвета полярных сияний здесь другие, поскольку состав атмосферы совсем не похож на земной. Она по большей части сделана не из азота и кислорода, а из водорода и гелия, так что и палитра другая. И самые яркие авроральные линии Сатурна относятся вообще не к видимому, а к ультрафиолетовому диапазону. Кроме того, полярные сияния на Сатурне мы видим не изнутри, а снаружи, потому они предстают нам не протяженными занавесками в небе, а симпатичными колечками, окружающими полюса Сатурна, вокруг которых плотность линий магнитного поля выше всего.

Изображения полярных сияний Сатурна в обилии получала межпланетная исследовательская станция Cassini, которая кружится между колец и спутников шестой планеты уже шесть лет. Ученые, входящие в команду Cassini, даже составляли короткие видеофильмы об инопланетном полярном сиянии из полученных подряд фотоснимков — на радость нам с вами и не без пользы для себя (в фильме легко увидеть самые активные районы магнитосферы и проследить, как они эволюционируют).

Главный астрономический инструмент на околоземной орбите — космический телескоп имени Хаббла тоже не раз обращался к изучению сатурнианских аврор. Здесь хаббловский телескоп сумел применить свои внушительные способности к изучению ультрафиолетовых спектров, которые оказались востребованы почти исключительно для объектов в пределах Солнечной системы. Во многом благодаря «Хабблу» и полярным сияниям мы знаем, из каких молекул и в каких пропорциях состоит атмосфера Сатурна, и примерно представляем себе, в каких физических условиях они находятся.

Редкий случай

Однако новые данные с «Хаббла», опубликованные в четверг, сильно отличаются от предыдущих. Во-первых, из них тоже сделали видео, опять же на радость публике. А во-вторых, на них видно одновременно два пояса полярных сияний, обнимающих северный и южный полюса Сатурна.

Возможность увидеть сразу оба полюса нам представляется нечасто. Сатурн обегает вокруг Солнца за 30 лет, а его ось сильно наклонена к плоскости орбиты. Сезоны здесь выражены сильнее, чем на Земле, и длятся по 7,5 года, а равноденствия — моменты, когда планета поворачивается к Солнцу экватором, — случаются раз в 15 лет. Поскольку Земля, если смотреть с Сатурна, находится почти там же, где и Солнце, то и увидеть оба полушария для наземных и околоземных телескопов получается так же редко.

Предыдущий такой случай был в 1994 году, когда космический телескоп лишь завоевывал свою всемирную популярность. Последнее же равноденствие (не для Сатурна, конечно, но для «Хаббла» — наверняка), произошло год назад. Хаббловский телескоп не упустил своего шанса и получил целую серию фотографий Сатурна с помощью улучшенной камеры для обзоров (ACS) в январе и марте прошлого года. Ученые под руководством Джонатана Николса из британского Университета Лестера тоже не стали медлить и склеили эти фотографии в видеоролик.

Интересные подробности

Описывать это зрелище, конечно, глупо, лучше посмотрите видеоролик, который сопровождает заметку. Реальное видео — это, конечно, тот фрагмент, где все синее и шумит. Может, и не очень приглядно, зато настоящие данные. Все остальные симпатичные ролики — это анимации от сотрудников европейского центра данных Хаббловского телескопа, который и опубликовал замечательные кадры.

Infox.ru советует обратить внимание всего на несколько моментов. Во-первых, картина полярных сияний вращается вместе с планетой. Хотя магнитные полюса Сатурна и очень близки к географическим, они все-таки не совпадают, так что магнитосфера явственно крутится; кроме того, для свечения нужны не только быстрые электроны между магнитных зеркал, но и атмосфера, которая, собственно, и светится.

Во-вторых, самые яркие пятна в светящихся кольцах на севере и на юге появляются на одной и той же долготе, более или менее симметрично по отношению к экватору планеты. Это и неудивительно: путешествие туда и обратно для каждого электронного сгустка занимает меньше минуты. В-третьих, на нескольких кадрах по диску Сатурна быстро проскакивают его спутники; что атмосфера крутится медленнее, чем спутники, естественно, иначе бы и она улетела в космическое пространство.

Есть разница

Николс и его коллеги нашли в этих снимках и более интересные особенности. Например, северное сияние в целом слегка ярче южного. Это связано с асимметрией магнитного поля, которое на севере чуть сильнее, чем на юге. Можно сказать, что верхний полюс «магнита» слегка ближе к границе облачного слоя, чем нижний. Ранее ученые пришли к подобным выводам, анализируя данные Cassini.

Кроме того, можно заметить, что с восточной стороны полярные сияния оказываются в среднем чуть сильнее, чем с западной. На Земле есть подобный эффект, хотя и с противоположным знаком. Возможно, в случае с Сатурном дело тоже в глобальных электрических токах, текущих в магнитосфере. Впрочем, исследования продолжаются: магнитосфера Сатурна все-таки не копия магнитосферы Земли.