Używając Teleskopu Jamesa Webba, astronomowie spostrzegli kończące się lato na północnej półkuli Saturna, po którym nastąpi 7,5-letnia jesień. W listopadzie 2022 grupa z naukowcami z Uniwersytetu Leicester na czele dokonała obserwacji Saturna. Zauważyli ochłodzenie spowodowane zmianą kierunku przepływów powietrza, która następuje, gdy zmieniają się pory roku na Saturnie.
„Żadne urządzenie stworzone przez człowieka nie było nigdy obecne przy zmianie północnego lata w jesień. Dlatego mamy nadzieję, że to dopiero początek” – powiedział profesor szkoły Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Leicester, Leigh Fletcher. „Jakość nowych pomiarów z teleskopu Jamesa Webba jest zadziwiająca. Podczas jednych krótkich obserwacji byliśmy w stanie kontynuować dziedzictwo misji Cassini podczas przejścia w zupełnie inną porę roku na Saturnie, obserwując, jak pogoda i przepływy powietrza zmieniają się pod wpływem promieni słonecznych.”
Montaż zdjęć uzyskanych z obserwacji JWST w listopadzie 2022. W tle zdjęcia w świetle widzialnym, wykonane przez oraz teleskop Hubble’a we wrześniu 2022.
Astronomowie posłużyli się urządzeniem do wykrywania średniej podczerwieni (MIRI), co pozwoliło im na obserwacje atmosfery Saturna w zakresie długości fal tuż poza możliwościami ludzkiego oka. Dzięki MIRI naukowcy zmierzyli temperaturę atmosfery Saturna oraz mogli zobaczyć widmo pierwiastków, które się w niej znajdują. Obserwowali również stratosferę czyli najwyższą warstwę atmosfery, wraz z wypełniającymi ją, kłębiącymi się chmurami.
Gazowy olbrzym znany ze swoich lodowych pierścieni doświadcza pór roku tak samo, jak Ziemia, ponieważ, podobnie do naszej planety, jest pochylony względem Słońca. Przechylenie Saturna wynosi 26,7 stopnia. Jest ono bardzo zbliżone do przechyłu Ziemi, które wynosi 23,5 stopnia. Długość orbity jednak sprawia, że pory roku trwają tam znacznie dłużej – czas obiegu Saturna wokół Słońca wynosi 29,4 lata ziemskie, z czego wynika, że pory roku trwają po około 7,5 lat. Obserwacje Teleskopem Jamesa Webba dostarczyły naukowcom nowych informacji na temat przeciągniętych pór roku oraz zjawisk, które mają tam miejsce, kiedy zaczynają się zmieniać. Dane obserwacje uzupełniają prace sondy Cassini, która badała gazowego olbrzyma przez 13 lat, podczas zimy i wiosny.
Saturn i kilka jego księżyców zaobserwowanych przez Teleskop Jamesa Webba w czerwcu 2023.
Obserwacje JWST zostały połączone w animacji, która pokazuje, jak zmienia się wygląd Saturna przy różnych długościach światła. Tak jak tutaj, na Ziemi, można zaobserwować przejście lata w jesień przez żółcenie się liści na drzewach, na filmie emisje termiczne bieguna północnego są przedstawione na niebiesko, a ciepłe i oświetlone części w kolorze żółtym; zimniejsze regiony atmosfery są w kolorze fioletowym.
Montaż zdjęć w średniej podczerwieni przedstawiających zmianę pór roku.
Animacja zawiera również zdjęcia uzyskane z teleskopu Hubble’a we wrześniu 2022. Są one pokazane w tle jako kontrast do zdjęć wykonanych teleskopem Jamesa Webba. Podczas obserwacji astronomowie uzyskali także informacje na temat znajdującego się na północnym biegunie planety cyklonu o średnicy 1500 kilometrów. Jest on otoczony przez szeroki obszar ciepłych gazów, które zebrały się tam podczas wiosny na północnej półkuli. Dokładny obszar, w której się nagromadziły, nazywany jest wirem stratosferycznym bieguna północnego (NPSV).Te wiry przemieszczają się przez górną część stratosfery Saturna, gdzie podgrzewają się podczas lata.
W 2025 roku Saturn doświadczy przesilenia jesiennego, podczas którego Słońce znajdzie się dokładnie nad równikiem. Gdy przesilenie będzie się zbliżać, wiry stratosferyczne na północy zaczną się ochładzać i znikać wraz z nadchodzącą na tę półkulę jesienną ciemnością.
Wiry w atmosferze Saturna były wcześniej zaobserwowane przez sondę Cassini. Dane zebrane w podczerwieni przez teleskop Jamesa Webba różnią się od tych zebranych przez sondę, ponieważ ich obserwacje dotyczyły różnych pór roku – Cassini uległa zniszczeniu w atmosferze Saturna w 2017 roku, kiedy panowała na nim wiosna.
Burza znajdująca się na północnym biegunie Saturna uchwycone przez sondę Cassini 26 kwietnia 2017.
Kolejną różnicą w zebranych przez JWST i sondę Cassini danych jest inne usytuowanie gazów w atmosferze. Przyczyną tego jest przemieszczanie się powietrza z południowej półkuli na północną podczas zimy na północnej półkuli. Taka sytuacja miała miejsce, kiedy Cassini dokonywała pomiarów. Zjawisko odwrotne zachodziło, gdy Saturn obserwował teleskop James’a Webb’a. Dlatego JWST zarejestrował gazy ubogie w węglowodory poruszające się z północy na południe Saturna.
Saturn został wybrany jako cel testów możliwości teleskopu wartego 10 miliarów dolarów. Jasna, obracająca się planeta jest wyzwaniem dla małego pola widzenia MIRI. Instrument ten może patrzeć na tylko mały fragment gazowego olbrzyma, z powodu tego, jak jasny jest w porównaniu do innych celów JWST, które często znajdują się miliardy lat świetlnych od nas.
Przedsięwzięcie to było na tyle trudne, że wymagało 8 lat przygotowań przed 2022, ale w końcu doszło do skutku. I nawet po tak długim czasie przygotowań naukowcy wciąż byli zaskoczeni jakością fotografii. Leigh Fletcher z Uniwersytetu Leicester opisuje ten projekt jako najważniejszy moment w swojej karierze.
„JWST widzi w zakresie światła niedostępnym dla żadnej z wcześniejszych sond czy statków kosmicznych. Daje nam to dostęp do znakomitego zbioru danych, co jeszcze zaostrza nam apetyt na myśl o przyszłości,” powiedział Fletcher. „Te obserwacje Saturna były dopiero pierwszymi z cyklu zaplanowanych obserwacji czterech gazowych olbrzymów. JWST dostarcza możliwości, jakich nie mieliśmy wcześniej. Jeśli uzyskaliśmy tyle nowych odkryć podczas jednej obserwacji jednego świata, wyobraźcie sobie, jakie odkrycia czekają?”
Korekta – Matylda Kołomyjec
