Gli strati superiori nelle atmosfere dei giganti gassosi:Saturno, Giove, Urano e Nettuno sono caldi, proprio come quelli della Terra. Ma a differenza della Terra, il Sole è troppo lontano da questi pianeti esterni per tenere conto delle alte temperature. La loro fonte di calore è stata uno dei grandi misteri della scienza planetaria.

Una nuova analisi dei dati della sonda spaziale Cassini della NASA trova una spiegazione praticabile per ciò che mantiene gli strati superiori di Saturno, e forse gli altri giganti gassosi, così caldo:aurore ai poli nord e sud del pianeta. correnti elettriche, innescato dalle interazioni tra i venti solari e le particelle cariche delle lune di Saturno, scintilla le aurore e riscalda l'alta atmosfera. (Come con l'aurora boreale della Terra, studiare le aurore dice agli scienziati cosa sta succedendo nell'atmosfera del pianeta.)

Il lavoro, pubblicato oggi in Astronomia della natura , è la mappatura più completa finora sia della temperatura che della densità dell'atmosfera superiore di un gigante gassoso, una regione che è stata poco conosciuta.

"Comprendere le dinamiche richiede davvero una visione globale. Questo set di dati è la prima volta che siamo stati in grado di guardare l'atmosfera superiore da un polo all'altro, osservando anche come la temperatura cambia con la profondità, " disse Zarah Brown, autore principale dello studio e uno studente laureato presso l'Università dell'Arizona Lunar and Planetary Laboratory.

Costruendo un quadro completo di come circola il calore nell'atmosfera, gli scienziati sono in grado di capire meglio come le correnti elettriche aurorali riscaldano gli strati superiori dell'atmosfera di Saturno e guidano i venti. Il sistema eolico globale può distribuire questa energia, che si deposita inizialmente in prossimità dei poli verso le regioni equatoriali, riscaldandoli al doppio delle temperature attese dal solo riscaldamento del sole.

"I risultati sono vitali per la nostra comprensione generale delle atmosfere planetarie superiori e sono una parte importante dell'eredità di Cassini, ", ha affermato il coautore dello studio Tommi Koskinen, un membro del team dello spettrografo per immagini ultraviolette di Cassini. "Aiutano a rispondere alla domanda sul perché la parte più alta dell'atmosfera è così calda, mentre il resto dell'atmosfera, a causa della grande distanza dal Sole, è freddo".

Gestito dal Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California, Cassini era un orbiter che ha osservato Saturno per più di 13 anni prima di esaurire la sua scorta di carburante. La missione lo ha immerso nell'atmosfera del pianeta nel settembre 2017, in parte per proteggere la sua luna Encelado, che Cassini scoprì potrebbe contenere condizioni adatte alla vita. Ma prima del suo tuffo, Cassini ha eseguito 22 orbite ultra-ravvicinate di Saturno, un tour finale chiamato Grand Finale.

È stato durante il Gran Finale che sono stati raccolti i dati chiave per la nuova mappa della temperatura dell'atmosfera di Saturno. Per sei settimane, Cassini ha preso di mira diverse stelle luminose nelle costellazioni di Orione e del Cane Maggiore mentre passavano dietro Saturno. Mentre la navicella osservava le stelle sorgere e tramontare dietro il pianeta gigante, gli scienziati hanno analizzato come la luce delle stelle è cambiata mentre attraversava l'atmosfera.

La misurazione della densità dell'atmosfera ha fornito agli scienziati le informazioni di cui avevano bisogno per trovare le temperature. La densità diminuisce con l'altitudine, e la velocità di diminuzione dipende dalla temperatura. Hanno scoperto che le temperature raggiungono il picco vicino alle aurore, indicando che le correnti elettriche aurorali riscaldano l'atmosfera superiore.

Le misurazioni della densità e della temperatura insieme hanno aiutato gli scienziati a capire la velocità del vento. Comprendere l'atmosfera superiore di Saturno, dove il pianeta incontra lo spazio, è la chiave per comprendere la meteorologia spaziale e il suo impatto su altri pianeti del nostro sistema solare e sugli esopianeti intorno ad altre stelle.

"Anche se sono stati trovati migliaia di esopianeti, solo i pianeti del nostro sistema solare possono essere studiati con questo tipo di dettaglio. Grazie a Cassini, abbiamo un quadro più dettagliato dell'atmosfera superiore di Saturno in questo momento rispetto a qualsiasi altro pianeta gigante nell'universo, " disse Bruno.

La missione Cassini-Huygens è un progetto cooperativo della NASA, l'Agenzia Spaziale Europea e l'Agenzia Spaziale Italiana. Laboratorio di propulsione a getto della NASA, o JPL, una divisione di Caltech a Pasadena, gestisce la missione per la direzione della missione scientifica della NASA a Washington. JPL progettato, sviluppato e assemblato l'orbiter Cassini.