Astronomer har känt i åratal att det fanns vatten i Saturns övre atmosfär, men de var inte säkra exakt var det kom ifrån. Nya observationer har funnit att vatten regnar ner på Saturnus, och det kommer från planetens ringar.
"Saturnus är den första planeten som visar betydande interaktion mellan dess atmosfär och ringsystem," säger James O’Donoghue, forskarforskare vid University of Leicester och författare till en ny artikel publicerad i tidskriften Nature. "Den huvudsakliga effekten av ringregn är att det verkar för att" släcka "jonosfären i Saturnus, vilket kraftigt minskar elektrontätheten i regioner där den faller."
Med hjälp av Keck-observatoriet fann O’Donoghue och ett team av forskare laddade vattenpartiklar som föll från planetens ringar i Saturnus atmosfär. De fann också att ringregnet är mycket större och faller över större områden på planeten än tidigare trott. Verket avslöjar att regnet påverkar sammansättningen och temperaturstrukturen i delar av Saturnus övre atmosfär.
O’Donoghue sa att ringens effekt på elektrondensiteter är viktig eftersom den förklarar varför observationer i många decennier har visat att elektrondensiteterna är ovanligt låga på vissa latitud vid Saturnus.
"Det visar sig att en viktig drivkraft för Saturnus jonosfäriska miljö och klimat över stora planetens räckvidd är ringpartiklar som ligger 200 000 mil över huvudet," sade Kevin Baines, en medförfattare på papper, från Jet Propulsion Laboratory. "Ringpartiklarna påverkar vilka arter av partiklar som finns i denna del av atmosfärens temperatur."
I början av 1980-talet visade bilder från NASA: s Voyager-rymdskepp två till tre mörka band på Saturnus och forskare teoretiserade att vatten kunde ha dusjat ner i dessa band från ringarna. Sedan upptäckte astronomer som använde ESA: s Infraröd Observatorium närvaron av spårmängder vatten i Saturnus atmosfär redan 1997, men kunde inte riktigt hitta en förklaring till varför den var där och hur den kom dit.
Sedan 2011 bestämde observationer med Herschel rymdobservatorium vattenis från gejsrar på Enceladus en gigantisk ring av vattenånga runt Saturnus.
Men de band som Voyager har sett sågs inte igen förrän 2011, då teamet observerade planeten med Keck Observatory's NIRSPEC, en nästan infraröd spektrograf som kombinerar bred våglängdstäckning med hög spektral upplösning, vilket gör att observatörerna tydligt kan se subtila utsläpp från de ljusa delarna av Saturnus.
Ringregnets effekt inträffar i Saturnus jonosfär (Jorden har en liknande jonosfär), där laddade partiklar produceras när den annars neutrala atmosfären utsätts för ett flöde av energiska partiklar eller solstrålning. När forskarna spårade mönstret av utsläpp från en viss vätemolekyl som består av tre väteatomer (snarare än de vanliga två), förväntade de sig att se en enhetlig planetbrett infraröd glöd.
Det de i stället observerade var en serie ljusa och mörka band med ett mönster som efterliknade planetens ringar. Saturnus magnetfält "kartlägger" de vattenrika ringarna och de vattenfria mellanrummen mellan ringarna på planetens atmosfär.
De antog att laddade vattenpartiklar från planetens ringar drogs mot planeten av Saturnus magnetfält och neutraliserade de glödande triatomiska vätejonerna. Detta lämnar stora "skuggor" i vad som annars skulle vara en planetomfattande infraröd glöd. Dessa skuggor täcker 30 till 43 procent av planetens övre atmosfäryta från cirka 25 till 55 grader. Detta är ett betydligt större område än vad Voyager-bilderna antyder.
Både Jorden och Jupiter har en mycket enhetligt glödande ekvatorialregion. Forskare förväntade sig detta mönster också vid Saturnus, men de såg i stället dramatiska skillnader på olika breddegrader.
"Där Jupiter glödar jämnt över sina ekvatorialregioner, har Saturnus mörka band där vattnet faller in och mörknar jonosfären," sade Tom Stallard, en av tidningens medförfattare vid Leicester. ”Vi försöker nu också undersöka dessa funktioner med ett instrument på NASA: s Cassini-rymdskepp. Om vi lyckas kan Cassini tillåta oss att mer detaljerat se hur vatten tar bort joniserade partiklar, till exempel eventuella förändringar i höjden eller effekterna som kommer med tiden på dagen. "
Källor: Keck Observatory
, Natur.
