Satürn’ün kuzey yarımküresini ve halkalarını incelemek için dört parça gerektiren Kasım 2022’deki JWST MIRI/MRS Satürn gözlemlerinin montajı. MIRI öncelikle sıcaklığa duyarlıdır; Satürn’ün renkleri, MIRI’nin MRS Kanal 2’sini kullanan mavi (11,6 µm, stratosferik sıcaklığı algılayan), yeşil (10,1 µm, üst troposferik sıcaklığı algılayan) ve kırmızının (10,3 µm, düşük troposferik sıcaklığı algılayan) birleşimidir. farklı filtre kombinasyonları: biraz daha geniş bir görüş alanı sağlayan MRS Kanal 3’ten mavi (13,5 µm), yeşil (14,6 µm) ve kırmızı (15,5 µm). Eylül 2022’de elde edilen bir Hubble görünür ışık gözlemi, karşılaştırma amacıyla arka planda gösteriliyor. Katkı Sağlayanlar: NASA, ESA ve Amy Simon (NASA-GSFC); Görüntü İşleme: Alyssa Pagan (STScI))
Gözlemler Satürn Leicester Üniversitesi gezegen bilimciler tarafından James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ünlü halkalı gezegenin.
Gezegen bilim adamlarından oluşan bir ekip, sonbahar yaklaşırken gezegen çapındaki devasa hava akışlarının yön değiştirmesi nedeniyle Satürn’ün kuzey yazının sonlarında bir soğuma eğilimi yaşadığını buldu.
Yeni gözlemler ayrıca, kutup kutup kışının karanlığına doğru çekilmeye başlamadan önce, hidrokarbon gazlarıyla dolu devasa sıcak girdabıyla Satürn’ün kuzey kutbuna son bir bakış da sağladı.
Bu gezegenlerarası hava durumu raporu, JWST’den Leicester Üniversitesi liderliğindeki bir ekip tarafından analiz edilen ve 2017’de yayınlanan yeni görüntüler sayesinde hazırlandı. JGR:Gezegenler. Buz halkalarıyla ünlü devasa dış gezegendeki değişen mevsimlere dair yeni bilgiler sağladılar.
Dünya gibi Satürn’ün de eksen eğikliği vardır ve mevsimleri de aynı şekilde yaşar. Ancak Satürn’ün Güneş etrafındaki dönüşü 30 yıl sürdüğünden mevsimler 7,5 Dünya yılı kadar sürer. Her iki dünyada da Kuzey yarımküredeki yaz artık sona eriyor. Dünya Eylül ayında kuzey sonbahar ekinoksuna doğru ilerlerken, Satürn 2025’te kuzey sonbahar ekinoksuna doğru ilerliyor; bu da her iki gezegenin kuzey kutuplarının uzun süreli kutup kışına doğru ilerlediği anlamına geliyor.
Araçlar ve Bulgular
Leicester ekibi, JWST’deki Orta Kızılötesi Enstrüman (MIRI) cihazını kullanarak Satürn’ün atmosferini kızılötesi ışıkta inceledi; bu, onlara sıcaklıkları, gaz bolluğunu ve çalkantılı bulut tepelerinden atmosferin yüksek bölgelerine kadar olan bulutları ölçmelerine olanak tanıyor. stratosfer. MIRI cihazı, kızılötesi ışığı bileşen dalga boylarına bölerek bilim adamlarının bir gezegenin atmosferindeki zengin çeşitlilikteki kimyasalların parmak izlerini görmesine olanak tanıyor.
MIRI tarafından gözlemlenen dalga boylarından yalnızca birkaçının birleştirilmesiyle oluşturulan görüntüde, kuzey kutbundan gelen parlak termal emisyon mavi renkle öne çıkıyor. İlk kez gözlemlenen 1500 km genişliğindeki sıcak kuzey kutup siklonu (NPC) Cassini misyon, kuzey kutbunda görülebilir. Bu, Satürn baharında oluşan ve kuzey yazı boyunca devam eden, kuzey kutup stratosferik girdap (NPSV) adı verilen daha geniş bir sıcak gaz bölgesi ile çevrilidir.
Bunlar, Satürn’ün uzun yaz mevsimi boyunca güneşin sıcaklığıyla ısıtılan, stratosferin yükseklerindeki sıcak girdaplardır. 2025’te sonbahar ekinoksu yaklaşırken, kuzey yarımküre sonbaharın karanlığına çekilirken, kuzey kutup stratosferik girdabı soğumaya başlayacak ve kaybolacak.
Satürn’ün Kasım 2022’deki JWST MIRI/MRS gözlemlerinin animasyonu, Satürn’ün görünümünün farklı dalga boylarında nasıl değiştiğini gösteriyor. Sarılar Satürn’ün atmosferinin parlak ve sıcak kısımlarını temsil ederken, mor alanlar daha soğuk ve karanlıktır. Parlak kuzey kutbu girdabı, stratosferi algılayan dalga boylarında açıkça ortaya çıkarken, Satürn’ün bantlı görünümü troposferi algılayan dalga boylarında daha belirgindir. Kırınıma bağlı olarak görüntülerin uzaysal çözünürlüğü daha uzun dalga boylarında kötüleşir. Eylül 2022’de elde edilen bir Hubble görünür ışık gözlemi, karşılaştırma amacıyla arka planda gösteriliyor. Kredi: NASA, ESA ve Amy Simon (NASA-GSFC); Görüntü İşleme: Alyssa Pagan (STScI)
Karşılaştırmalı Gözlemler ve İçgörüler
Orta-kızılötesi spektrumları modelleyen bilim insanları, Satürn’ün mevsimsel döngüsünün bu özel noktasındaki stratosferik sıcaklık ve gaz dağılımlarının, Cassini misyonu tarafından kuzeydeki kış ve ilkbaharda gözlemlenenlerden oldukça farklı olduğunu fark ettiler. Satürn, kışın kuzey orta enlemlerinde daha sıcak sıcaklıklar ve etan ve asetilen gibi aşırı hidrokarbonlar içeren geniş ölçekli bir stratosferik dolaşım düzenine sahiptir ve bu, hidrokarbon açısından zengin havanın yukarıdan battığını gösterir. Havanın güney yaz orta enlemlerinde yükseldiği, ekvatoru geçtiği ve kuzey kış orta enlemlerine doğru battığı düşünülüyordu.
Kasım 2022’de alınan MIRI Orta Çözünürlüklü Spektrometre sonuçları, bu stratosferik dolaşımın artık tersine döndüğünü ve kuzeyde 10 ile 10 arasında soğuk stratosfer sıcaklıkları ve düşük hidrokarbon bolluklarının görüldüğünü ortaya çıkardı.ÖN ve 40ÖN, yaz aylarında hidrokarbonca fakir havanın yükseldiğini ve daha sonra güneye doğru akacağını öne sürüyor.
Uzmanlardan Açıklamalar
Leicester Üniversitesi Fizik ve Astronomi Okulu’ndan Profesör Leigh Fletcher şunları söyledi: “JWST’den elde edilen yeni verilerin kalitesi tek kelimeyle nefes kesici; kısa bir dizi gözlemle, JWST’nin mirasını sürdürmeyi başardık. Cassini tamamen yeni bir Satürn mevsimine giriyor ve hava koşullarının ve atmosferik dolaşımın değişen güneş ışığına nasıl tepki verdiğini izliyor.
“JWST, daha önceki herhangi bir uzay aracının erişemediği ışık dalga boylarını görebiliyor ve gelecek yılların iştahını kabartan mükemmel bir veri seti üretiyor. Satürn üzerindeki bu çalışma, dört dev gezegenin tamamını gözlemleyen bir programın yalnızca ilkidir ve JWST, geçmişte sahip olduğumuz her şeyin ötesinde bir yetenek sağlıyor; eğer tek bir gözlemden bu kadar çok yeni bulgu elde edebilirsek. dünya, hangi keşiflerin beklediğini hayal edin?”
Satürn, yeteneklerinin bir testi olarak JWST için erken hedef olarak seçildi. Leicester Fizik ve Astronomi Okulu’nda doktora sonrası araştırmacı olan Dr. Oliver King şöyle açıkladı: “Büyük, parlak, döndüğü ve gökyüzünde hareket ettiği için, MIRI cihazının küçük görüş alanları için bir zorluk teşkil ediyor” – MIRI aynı anda Satürn’ün yalnızca küçük bir alanını görebilir ve gezegen JWST’nin olağan hedeflerine kıyasla çok parlak olduğundan dedektörleri doyurma riskiyle karşı karşıyayız. Gözlemler, ekvatordan kuzey kutbuna doğru adım adım ilerleyen ve ardından son bir parça için halkalara çıkan üç parça halinde alındı.”
Profesör Fletcher şunları ekliyor: “Bu Satürn gözlemlerini tasarlamaya 8 yıldan daha uzun bir süre önce başladık, dolayısıyla 2022’nin sonlarında ilk veriler ulaştığında, bu kesinlikle bir kariyer dönüm noktasıydı: Leicester’daki gezegen bilim adamlarından oluşan ekip bir bilgisayar ekranının etrafına toplanmış, kaliteye hayran kalmıştı. yeni verilerden faydalanmak ve belki kutlamak için biraz köpüklü şarap yudumlamak. Satürn programına katkıda bulunan daha geniş bir uzman ekibi olmasaydı, özellikle de yepyeni bir teleskopun tüm zorluklarıyla uğraşırken bitmek bilmeyen sorularımıza ve sorunlarımıza katlanan Uzay Teleskobu’ndaki kişiler olmasaydı bu mümkün olamazdı.
“Daha önce Satürn’ün kuzey yaz sonu ve sonbaharını keşfedecek hiçbir uzay aracı mevcut değildi, bu nedenle bunun sadece başlangıç noktası olduğunu ve JWST’nin Cassini’nin mirasını önümüzdeki on yılda da devam ettirebileceğini umuyoruz.”
Referans: Leigh N. Fletcher, Oliver RT King, Jake Harkett, Heidi B. Hammel, Michael T. Roman, Henrik Melin, Matthew M. Hedman, Julianne I. Moses, “JWST/MIRI Tarafından Ortaya Çıkan Kuzey Yazında Satürn’ün Atmosferi” Sandrine Guerlet, Stefanie N. Milam ve Matthew S. Tiscareno, 12 Eylül 2023, Jeofizik Araştırma Dergisi: Gezegenler.
DOI: 10.1029/2023JE007924