Dwa kosmiczne teleskopy – Webb (JWST) i Hubble (HST) – dają najpełniejszy dotąd obraz Saturna, odsłaniając burze, pierścienie i tajemniczy sześciokąt.
Nowe spojrzenie na planetę z pierścieniami
Kosmiczne teleskopy Jamesa Webba i Hubble’a połączyły siły, by sfotografować Saturna niemal w tym samym czasie – HST w sierpniu, a JWST pod koniec listopada 2024 roku. Dzięki temu naukowcy otrzymali najpełniejszy jak dotąd zestaw danych o atmosferze i pierścieniach planety, widzianych jednocześnie w świetle widzialnym i podczerwonym. Nowe obrazy pokazują Saturna jako dynamiczny świat z burzami, silnymi prądami strumieniowymi i słynnym sześciokątnym wirem nad biegunem północnym.
Dwa teleskopy, dwie warstwy rzeczywistości
Hubble obserwuje Saturna w świetle widzialnym, rejestrując delikatne różnice barw w pasach chmur i subtelne zmiany w wyglądzie pierścieni – to idealne narzędzie do śledzenia rocznej pogody w ramach programu OPAL, który od dekady monitoruje atmosfery planet zewnętrznych. Webb patrzy w podczerwieni, dzięki czemu jest wrażliwy na promieniowanie z różnych głębokości atmosfery: od głębokich chmur po rozrzedzone górne warstwy nad biegunami.
Zestawienie obu widoków pozwala pokroić atmosferę Saturna na warstwy – jak cebulę – i zobaczyć, jak chmury, wiatr i skład chemiczny zmieniają się wraz z wysokością. Hubble dostarcza kontekstu długoterminowego, ponieważ obserwuje planetę co roku, a JWST wnosi ogromną czułość i rozdzielczość w podczerwieni, rozszerzając dziedzictwo misji Cassini, która badała Saturna z bliska w latach 1997–2017.
Burzliwa atmosfera i długowieczne sztormy
Na zdjęciach JWST widać charakterystyczną wstęgę – długowieczny prąd strumieniowy wijący się na północnych szerokościach, sterowany przez fale atmosferyczne niewidoczne w zwykłym świetle. W południowej części tarczy dostrzegalne są liczne jasne plamy, czyli aktywne burze, gdzie gorący gaz z głębszych warstw wznosi się ku górze. Tuż poniżej wstęgi astronomowie identyfikują pozostałość po Wielkiej Burzy Wiosennej z lat 2010–2012 – gigantycznym sztormie, który na kilka miesięcy przebudował układ chmur na planecie. To, że ślady tamtego wydarzenia są widoczne ponad dekadę później, pokazuje, jak długo w atmosferze gazowego olbrzyma mogą utrzymywać się skutki pojedynczego epizodu konwekcyjnego.
Słynny sześciokąt nad biegunem
Na obu nowych obrazach, choć nie tak wyraziście jak w czasach Cassiniego, nadal widać zarys sześciokątnego układu chmur otaczającego biegun północny. To potężny prąd strumieniowy o średnicy ok. 20 tysięcy kilometrów, w którym wiatry osiągają setki kilometrów na godzinę; jego istnienie odkryły sondy Voyager, a szczegółowo badała Cassini. Według NASA obecne zdjęcia mogą być jednymi z ostatnich tak dobrze oświetlonych widoków heksagonu aż do lat czterdziestych naszego wieku, ponieważ Saturn zbliża się do równonocy w 2025 roku, po której północny biegun na około 15 lat pogrąży się w zimowej ciemności. Dalsze obserwacje w podczerwieni, gdzie JWST rejestruje także własne promieniowanie cieplne planety, mogą jednak pozwolić śledzić ten niezwykły układ również wtedy, gdy zniknie z pola widzenia HST.
Zagadkowe bieguny i zorze w podczerwieni
Na obrazach JWST bieguny Saturna mają charakterystyczny szarozielony odcień, odpowiadający silnej emisji w okolicach długości fali 4,3 mikrometra. Może to oznaczać obecność specjalnej warstwy drobnych cząstek (aerozoli) wysoko w atmosferze, które inaczej niż zwykłe chmury rozpraszają i pochłaniają światło. Naukowcy rozważają też, że część tej emisji może pochodzić z zórz polarnych – świecenia naładowanych cząstek poruszających się wzdłuż linii pola magnetycznego planety.
Hubble i JWST wcześniej badały zorze na Jowiszu, Uranie i Neptunie, a teraz dzięki Saturnowi uzyskujemy kolejny punkt odniesienia dla tego typu zjawisk w skali całego Układu Słonecznego. Zrozumienie, jak energia z magnetosfery ogrzewa górne warstwy atmosfery, jest kluczowe również dla interpretowania potencjalnych zórz na egzoplanetach, zwłaszcza tych masywnych i szybko rotujących.
Pierścienie i księżyce w nowym świetle
W podczerwonych zdjęciach JWST pierścienie Saturna świecą niezwykle jasno, ponieważ zbudowane są głównie z lodu wodnego – od drobnego pyłu po bryły o rozmiarach wielu metrów. Różne części systemu pierścieniowego, zwłaszcza gęsty pierścień B oraz wąski pierścień F, mają inny wygląd u JWST i HST, co ujawnia zróżnicowaną strukturę i grubość warstw materiału. Misja Cassini wykazała, że wokół pierścieni istnieje własna, niezwykle rozrzedzona atmosfera złożona głównie z tlenu cząsteczkowego, powstającego, gdy promieniowanie słoneczne rozbija cząsteczki wody w lodowych ziarnach. Na nowych obrazach widoczne są też małe lodowe księżyce – m.in. Enceladus, Dione, Janus i Tetyda – które krążą w tej samej płaszczyźnie co pierścienie, dodając kolejny poziom złożoności do tego systemu.
Saturn w rytmie pór roku
Saturn okrąża Słońce w ciągu około 29 lat, a jego oś jest nachylona podobnie jak ziemska, co oznacza, że każda pora roku trwa tam mniej więcej siedem lat. Na parach zdjęć z 2024 roku widać, jak planeta przechodzi z północnego lata w stronę równonocy w 2025 roku – pierścienie widzimy coraz bardziej z góry, a przewaga oświetlenia półkuli północnej stopniowo zanika.
Program OPAL zapewnia coroczny kadr kontrolny z HST, który śledzi zmiany w barwach i układzie chmur, a JWST dodaje możliwość badania temperatur i składu chemicznego na różnych głębokościach atmosfery. Razem tworzą unikalne archiwum klimatu Saturna, kontynuujące odkrycia Cassiniego, nawet gdy przy planecie nie ma już dedykowanej sondy kosmicznej.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Źródła:
- NASA Webb, Hubble Share Most Comprehensive View of Saturn to Date
- NASA, zasób obrazów „Saturn (Webb NIRCam and Hubble WFC3/UVIS)” i powiązane ilustracje
- NASA, „Saturn’s Hexagon in Motion” – opis sześciokątnego prądu strumieniowego nad biegunem północnym
- ESA/NASA Hubble, materiały o programie OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy)
- ESA, „Saturn's rings have own atmosphere” – odkrycie rozrzedzonej atmosfery pierścieni w danych Cassiniego
- NASA, „Saturn's Rings” – podstawowe informacje o budowie i składzie pierścieni
- ESA/Hubble i NASA, o oddziaływaniu pierścieni z górną atmosferą i podgrzewaniu jej przez „deszcz” materii z pierścieni.science
Na ilustracji: Zestawione obok siebie dwa zdjęcia Saturna – po lewej obraz z JWST (NIRCam, podczerwień) z jasnymi pierścieniami i wyraźnymi strukturami w atmosferze, po prawej obraz z HST (WFC3/UVIS, światło widzialne) z klasycznym wyglądem pasów chmur i pierścieni. Źródło: NASA, ESA, CSA, STScI, Amy Simon (NASA-GSFC), Michael Wong (UC Berkeley); Przetwarzanie obrazu: Joseph DePasquale (STScI)
