En ny studie baserad på data från Cassini-uppdraget avslöjar något överraskande i atmosfären i Saturnus. Vi har känt till stormen vid gasgigantens nordpol i årtionden, men nu verkar det som att denna massiva sexkantiga storm kan vara en högväxande betemot hundratals kilometer i höjd som har sin bas djupt i Saturnus atmosfär.
När Cassini anlände till Saturnus 2004 var det sommartid på den södra halvklotet och rymdskeppet hittade en polär virvel vid sydpolen. Så småningom anlände sommartid på den norra halvklotet, och de bevittnade stormen på Nordpolen. Detta har bara bekräftat vad vi har känt sedan 1980-talet när Voyager-uppdraget studerade Saturnus och fann en sommartorm vid Saturns norra pol.
"Medan vi förväntade oss att se en virvel av något slag vid Saturns nordpol när den blev varmare, är dess form verkligen förvånande." - Leigh Fletcher, University of Leicester, Storbritannien, huvudförfattare.
Men den här norra stormen har en sexkantig snarare än rund form, och den delar samma sexkantiga form som stormen djupare i Saturnus atmosfär, först hittades av Voyager. Frågan är, ser vi ett stormande monster av en storm? Eller två separata stormar, båda bildar i en sexkantig form?
"Kanterna på den nyligen hittade virveln verkar vara hexagonal och matchar exakt ett berömt och bisar hexagonalt molnmönster som vi ser djupare ner i Saturnus atmosfär," säger Leigh Fletcher från University of Leicester, Storbritannien, huvudförfattare till den nya studien.
Den här videon visar det sexkantiga molnmönstret djupt i Saturnus atmosfär som först upptäcktes av Voyager.
Forskare som är engagerade i Cassini-uppdraget förväntade sig fullständigt att se en stormform vid nordpolen när Saturns sommar anlände, men de blev förvånade över formen. "Endera har en hexagon spottat spontant och identiskt i två olika höjder, en lägre i molnen och en hög i stratosfären, eller så är hexagon i själva verket en tornstruktur som sträcker sig över ett vertikalt område på flera hundra kilometer," sade Fletcher.
Kärnan i denna nya studie ligger Cassinis Composite Infrared Spectrometer (CIRS). CIRS fångade dessa data mellan 2010 och 2017, och det visar uppvärmningen av Saturnus stratosfär från en hög bana lutning. Den sammansatta bilden nedan visar den gradvisa uppvärmningen av Saturnus stratosfär och den gradvisa bildningen av den hexagonala stormen.
Tidigare i Cassinis uppdrag var den övre atmosfären helt enkelt för kallt för att CIRS kunde se in. Stratosfären var cirka -158 Celsius, 20 grader för kallt för instrumentet. Men Saturnus år är cirka 30 år lång, och 2009 började den norra polära regionen att värma. Cirka 2014 kunde Cassinis CIRS-instrument studera den övre atmosfären.
”Ett Saturnusår sträcker sig över 30 jordår, så vintrarna är långa. Saturnus började först dyka upp från djupet på norra vintern 2009 och värmades gradvis upp när den norra halvklotet närmade sig sommaren. ” - studera medförfattare Sandrine Guerlet, Laboratoire de Météorologie Dynamique, Frankrike.
"Vi kunde använda CIRS-instrumentet för att utforska den norra stratosfären för första gången, från och med 2014," sade Guerlet. "När den polära virveln blev mer och mer synlig, märkte vi att den hade sexkantiga kanter och insåg att vi såg den befintliga sexhörningen på mycket högre höjder än man tidigare trott."
Studien indikerar att de polära regionerna på Saturnus skiljer sig mycket från varandra. När Cassini observerade den södra regionen under sommaren, tidigt i sitt uppdrag, fanns det inget hexagonalt stormmönster. Den norra stormen är också svalare, mindre mogen och dess dynamik är helt annorlunda. För närvarande kan forskare bara gissa varför det är så.
"Detta kan betyda att det finns en grundläggande asymmetri mellan Saturns poler som vi ännu inte förstår, eller att det kan betyda att den nordpolära virveln fortfarande utvecklades i våra senaste observationer och fortsatte att göra det efter Cassinis undergång," sade Fletcher. Cassinis uppdrag slutade i sin "Grand Finale" i september 2017, då rymdskeppet avsiktligt skickades in i Saturnus atmosfär för att förstöras.
Forskare har studerat Saturnus vädermönster under lång tid, och de har länge känt att planetens tjocka molnlager är värd för det mesta av planetens väder. De nordliga polära funktionerna upptäcktes först av Voyager på 1980-talet, och vi vet att den polära sexhörningen i norr är en långvarig funktion. Forskare tror att funktionen kan vara bunden till rotationen av själva planeten, precis som jetströmmen här på jorden.
Det är tydligt att vi har mycket att lära oss om Saturnus atmosfär. Det är osannolikt att den hexagonala stormen i stratosfären och den hexagonala stormen som är djupare i atmosfären är samma storm. Vinden förändras för mycket genom atmosfärskikten. Men de kan vara anslutna på ett annat sätt. Efter att ha undersökt de atmosfäriska egenskaperna i den norra regionen, bestämde Fletcher och kollegor att vågor som hexagon inte skulle kunna sprida sig uppåt och borde förbli instängda i molntopparna. Detta är genom en process som kallas evanescence. "Ett sätt att våg" information "kan läcka uppåt är via en process som kallas evanescens, där styrkan hos en våg avtar med höjden men är nästan stark nog för att fortfarande fortsätta upp i stratosfären," förklarar Fletcher.
Den större bilden i denna studie är den pågående frågan om hur energi transporteras genom olika lager i en atmosfär, något vi fortfarande arbetar för att förstå här på jorden. Om vi kan förstå hur och varför Saturns nordpolära virvel har en hexagonal form kommer det att belysa hur fenomen djupare nere i en atmosfär kan påverka miljön högt uppe.
"Saturns norra hexagon är en ikonisk funktion på en av de mest karismatiska medlemmarna i solsystemet, så att upptäcka att det fortfarande har stora mysterier är mycket spännande," - Nicolas Altobelli, ESA-projektforskare för Cassini-Huygens uppdrag.
Cassini-uppdraget visar oss fortfarande saker om Saturnus, även nu när det är över. När det gäller teamet bakom denna studie är det bittersöt att upptäcka den norra hexagon nästan ett år efter att Cassini slutade. Säger Fletcher, ”Vi behöver helt enkelt veta mer. Det är ganska frustrerande att vi bara upptäckte denna stratosfäriska hexagon precis i slutet av Cassinis livstid. "
