En ovanlig storm i planeten Saturnus atmosfär har studerats mer ingående än vad som tidigare varit möjligt. Observationerna gjordes av ESO:s jätteteleskop VLT har tillsammans med NASA:s rymdsond Cassini. Studien är gjord av ett internationellt forskarteam och kommer att publiceras den här veckan i tidskriften Science.
Planeten Saturnus atmosfär förefaller vanligtvis vara lugn och fridfull. Men en gång per Saturnus-år (som varar ungefär 30 jordår) anländer våren till jätteplanetens norra halvklot och långt under molnen börjar det röra på sig. Detta leder till dramatiska störningar som sträcker sig runt hela planeten (eso9014).
NASA:s rymdsond Cassini, som är i omloppsbana runt planeten, var först med att upptäcka den senaste stormen av denna typ i december 2010 genom att använda ett instrument som kan mäta radio- och plasmavågor. Stormens utveckling följdes även av amatörastronomer. Nu har den studerats i detalj genom att använda infrarödkameran VISIR på ESO:s jätteteleskop VLT koordinerat med observationer gjorda av instrumentet CIRS på Cassini.
Det här är bara den sjätte jättestorm på Saturnus som man har sett sedan år 1876. Det är den första som någonsin har studerats i värmestrålning, eller termiskt infrarött ljus, vilket gör att man kan se temperaturvariationer inuti Saturnus-stormen. Stormen är också den första någonsin som observerats av en rymdsond i omloppsbana.
Leigh Fletcher vid Oxfords universitet i Storbritannien är huvudförfattare till den nya studien.
– Störningarna på Saturnus norra halvklot har skapat ett gigantiskt, våldsamt och komplext utbrott av starkt lysande moln som har spridit sig ut över hela planeten, säger han.
– Nu när vi har både VLT och Cassini som studerar stormen samtidigt ger oss en riktigt bra möjlighet att sätta observationerna från Cassini i rätt sammanhang. I tidigare studier av sådana stormar har man bara kunnat använda sig av reflekterat solljus. Nu har vi för första gången använt termiskt infrarött ljus och kan då avslöja dolda områden i atmosfären och mäta upp de kraftiga förändringar av temperaturen och vindarna som är förknippade med händelsen, säger Leigh Fletcher.
Stormen kan ha sitt ursprung djupt nere i molnen av vattenånga där ett åskväderliknande fenomen skapade en gigantisk konvektionsplym. På samma sätt som varm luft stiger uppåt i ett rum med värmelement så steg den här gasansamlingen uppåt och sköt igenom Saturnus vanligtvis fridfulla övre atmosfär. Dessa väldiga störningar växelverkar med de cirkulerande vindarna som rör sig i öst-västlig riktning och orsakar dramatiska temperaturförändringar högt upp i atmosfären.
Glenn Orton (Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, USA) är en annan av forskarna i teamet.
– Våra nya observationer visar att stormen hade stor påverkan på atmosfären. Den transporterade energi och material över stora avstånd och förändrade vindarna i atmosfären genom att skapa vindlande jetströmmar och gigantiska virvlar. På så sätt har den stört Saturnus långsamma årstidsvariationer, tillägger han.
Ett oväntat inslag som kan ses i de nya bilderna från VISIR är fläckarna, som har fått namnet “stratosfäriska fyrbåkar” (stratospheric beacons). De består av kraftiga temperaturförändringar högt uppe i Saturnus stratosfär – 250-300 km över molntaket i den lägre atmosfären - och visar hur pass högt upp i atmosfären som effekterna av stormen sträcker sig. Normaltemperaturen i Saturnus atmosfär är ungefär 130 minusgrader vid denna årstid, men fyrbåkarnas temperatur har uppmätts att vara 15-20 grader varmare.
Fyrbåkarna syns inte alls om man tittar efter reflekterat solljus, men kan vara ljusstarkare än all strålning från resten av planeten ihop när man observerar i termiskt infrarött ljus med VISIR. Dessa fenomen hade aldrig tidigare observerats vilket gör astronomerna osäkra på om de är vanligt förekommande i den här typen av stormar.
– Vi hade tur som hade en observationsperiod som var schemalagd tidigt under år 2011, som ESO tillät oss flytta fram i tiden så att vi skulle kunna observera stormen så tidigt som möjligt. Vi hade än mer tur i att CIRS-instrumentet på Cassini också kunde observera stormen vid samma tidpunkt. Då hade vi både bilderna från VLT och spektroskopi från Cassini som vi kunde jämföra med varandra, säger Leigh Fletcher.
– En sådan händelse kommer bara en gång per generation, så vi kommer fortsätta att observera den, säger han.
