Енергетичний бюджет Сатурна виявився дуже незбалансованим. Ступінь різниці між енергією, що надходить на планету, і енергією, що витрачається, здивував планетологів, хоча причина цього була відома ще з часів Кеплера. Аналіз дисбалансу показав, що він сприяє гігантським штормам на планеті, і підняв питання про те, чи відбувається щось подібне на інших газових гігантах.
Кожна планета має енергетичний бюджет, баланс випромінювання, яке вона поглинає від Сонця, і того, що вона випромінює назад у космос. Вони не зовсім рівні, оскільки планети також мають внутрішні джерела енергії від розпаду радіоактивних елементів. Однак у більшості випадків внутрішнє джерело є досить незначним.
Втім, довгостроковий баланс може складатися з тимчасових дисбалансів, коли планета на деякий час нагрівається або охолоджується. Земля робить це зараз завдяки втручанню людини, але Сатурн також має несподівано великі дисбаланси в процесі руху по своїй орбіті.
“Це перший випадок, коли глобальний енергетичний дисбаланс сезонного масштабу спостерігається на газовому гіганті, – говорить професор Лімінг Лі з Х’юстонського університету в своїй заяві. “Це не тільки дає нам нове розуміння формування та еволюції планет, але й змінює наше уявлення про планетарну та атмосферну науку”.
Враження художника від Кассіні поблизу кілець Сатурна
Як і у кожної планети, орбіта Сатурна не є ідеально круглою, і насправді вона більш витягнута, ніж у більшості подібних до нього планет, хоча й набагато округліша, ніж у більшості комет. Він неминуче поглинає більше тепла, коли знаходиться ближче до Сонця, ніж коли далі – на відміну від Землі, він не має суміші океанів і континентів з дуже різним поглинанням тепла, що ускладнює ситуацію.
Зрештою, додаткове тепло, поглинуте на ближчій ділянці орбіти, має випромінюватися, але аналіз випромінювання, зібраного “Кассіні” та наземними телескопами, показав, що це може зайняти досить багато часу. Хоча бурі на Сатурні не такі помітні, як на Юпітері, оскільки колірний контраст, який вони створюють, набагато менший, вони можуть бути великими і тривалими. Автори дослідження вважають, що це пов’язано з енергетичним дисбалансом. Наприклад, буря в північних середніх широтах Сатурна в 2010-2011 роках випромінювала більше тепла, ніж області навколо неї, можливо, тому, що накопичене тепло потрібно було якось вивільнити.
Можливо, на диво, вихідна енергія Сатурна змінюється більш плавно, ніж вхідна. Відколи “Кассіні” занурився в Сатурн, використовувалися вимірювання земних телескопів
Це відкриття піднімає два великих питання: чому знадобилося так багато часу, щоб зрозуміти це, і чи так само відбувається з іншими газовими гігантами?
На перше питання відповідають кілька факторів. “Сатурн, як і інші газові гіганти, має ще одне джерело енергії у вигляді глибокого внутрішнього тепла, яке впливає на його теплову структуру і клімат”, – пояснює аспірантка Х’юстонського університету Сіньюе Ван. Знати це легко, але виміряти може бути складніше.
“Для Сатурна вивчення променистої енергії у верхніх шарах атмосфери є більш складним через його кільця, – пишуть Ван та співавтори. Кільця відкидають великі тіні на Сатурн на певних ділянках його орбіти, що, звичайно, призводить до зменшення надходження енергії. З іншого боку, вони можуть стати на заваді нашим зусиллям виміряти енергію, яку планета випромінює з верхніх шарів своєї атмосфери.
“У сучасних моделях і теоріях атмосфери, клімату та еволюції газових гігантів вважається, що глобальний енергетичний бюджет збалансований, – каже Ванг. “Але ми вважаємо, що наше відкриття сезонного енергетичного дисбалансу вимагає переоцінки цих моделей і теорій”.
Для інших газових гігантів подібного енергетичного дисбалансу не виявлено, що дивно. Зрештою, набагато менші кільцеві системи не так сильно заважають нашим спостереженням, тож якщо він є, то ми б очікували його побачити.
Сатурн має найбільш витягнуту орбіту серед газових гігантів, але Уран і Юпітер не відстають від нього. Це вимірюється ексцентриситетом орбіти, який становить 0,052 для Сатурна і 0,047 та 0,049 для двох інших. Уран має ускладнюючий фактор – він практично обертається на боці, що, на думку авторів, повинно збільшити дисбаланс. Нептун, з іншого боку, має виключно круглу орбіту і нормальну вісь обертання.