Các nhà thiên văn học đã biết từ lâu đã có nước trong bầu khí quyển phía trên Saturn, nhưng họ chắc chắn chính xác nơi nó đến từ đâu. Các quan sát mới đã phát hiện ra nước đang mưa trên sao Thổ và nó đang đến từ các vòng hành tinh.
James Saturn, một nhà nghiên cứu sau đại học tại Đại học Leicester và là tác giả của một bài báo mới được công bố trên tạp chí Nature. Tác dụng chính của mưa vòng là nó tác động đến việc dập tắt tầng điện ly của Sao Thổ, làm giảm nghiêm trọng mật độ electron ở các khu vực nơi nó rơi xuống.
Sử dụng Đài thiên văn Keck, O hèDonoghue và một nhóm các nhà nghiên cứu đã tìm thấy các hạt nước tích điện rơi từ hành tinh Nhẫn vào bầu khí quyển Sao Thổ. Họ cũng tìm thấy phạm vi của cơn mưa - mưa lớn hơn nhiều và rơi xuống các khu vực lớn hơn trên hành tinh, so với suy nghĩ trước đây. Công trình cho thấy mưa ảnh hưởng đến thành phần và cấu trúc nhiệt độ của các phần của bầu khí quyển trên sao Thổ.
O hèDonoghue cho biết hiệu ứng chuông vòng đối với mật độ electron rất quan trọng bởi vì nó giải thích tại sao, trong nhiều thập kỷ, các quan sát cho thấy mật độ electron ở mức thấp bất thường ở một số vĩ độ tại Sao Thổ.
“Hóa ra một trình điều khiển chính của môi trường và khí hậu tầng điện ly của sao Thổ trên mênh mông của hành tinh là các hạt vòng nằm 120.000 dặm [200.000 km] trên cao,” Kevin Baines, một đồng tác giả của nghiên cứu cho biết, từ Jet Propulsion Laboratory. Các hạt vòng ảnh hưởng đến loài hạt nào trong phần này của nhiệt độ khí quyển.
Đầu những năm 1980, hình ảnh từ tàu vũ trụ NASA Voy Voyager cho thấy hai đến ba dải tối trên Sao Thổ và các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng nước có thể đã chảy xuống các dải đó từ các vành đai. Sau đó, các nhà thiên văn học sử dụng Đài quan sát hồng ngoại ESA Vượt qua đã phát hiện ra sự hiện diện của lượng nước trong bầu khí quyển Sao Thổ vào năm 1997, nhưng thực sự không thể tìm thấy lời giải thích cho lý do tại sao nó ở đó và làm thế nào nó đến đó.
Sau đó vào năm 2011, các quan sát với đài quan sát không gian Herschel đã xác định băng nước từ các mạch nước phun trên Enceladus tạo thành một vòng hơi nước khổng lồ quanh Sao Thổ.
Nhưng các dải mà Voyager nhìn thấy cũng không được nhìn thấy cho đến năm 2011, khi nhóm quan sát hành tinh bằng NIRSPEC của Đài thiên văn Keck, một máy quang phổ cận hồng ngoại kết hợp vùng phủ sóng bước sóng rộng với độ phân giải phổ cao, cho phép người quan sát thấy rõ sự phát xạ tinh tế từ những phần sáng của sao Thổ.
Hiệu ứng mưa vòng xảy ra trong tầng điện ly Saturn (Trái đất có tầng điện ly tương tự), nơi các hạt tích điện được tạo ra khi bầu khí quyển trung tính tiếp xúc với dòng chảy của các hạt năng lượng hoặc bức xạ mặt trời. Khi các nhà khoa học theo dõi mô hình phát thải của một phân tử hydro cụ thể bao gồm ba nguyên tử hydro (chứ không phải hai nguyên tử thông thường), họ dự kiến sẽ thấy một ánh sáng hồng ngoại trên toàn hành tinh đồng nhất.
Thay vào đó, những gì họ quan sát được là một loạt các dải sáng và tối với hoa văn bắt chước các vòng hành tinh. Sao Thổ Satfield từ trường Bản đồ Hồi giáo các vòng giàu nước và các khoảng trống không có nước giữa các vòng trên bầu khí quyển hành tinh.
Họ phỏng đoán rằng các hạt nước tích điện từ các vòng hành tinh khác đang bị hút về phía hành tinh bởi từ trường Saturn, và vô hiệu hóa các ion hydro triatomic phát sáng. Điều này để lại những bóng đen lớn, trong những gì sẽ là một tia hồng ngoại trên toàn hành tinh. Những cái bóng này bao phủ 30 đến 43 phần trăm bề mặt bầu khí quyển trên hành tinh từ khoảng 25 đến 55 độ vĩ độ. Đây là một khu vực lớn hơn đáng kể so với đề xuất của hình ảnh Voyager.
Cả Trái đất và Sao Mộc đều có vùng xích đạo phát sáng rất đồng đều. Các nhà khoa học cũng mong đợi mô hình này tại Sao Thổ, nhưng thay vào đó họ thấy sự khác biệt đáng kể ở các vĩ độ khác nhau.
Tom Stallard, một trong những đồng tác giả của tờ giấy ở Leicester cho biết, nơi mà Sao Mộc đang phát sáng đều khắp các vùng xích đạo của nó, Sao Thổ có các dải màu tối nơi nước rơi xuống, làm tối tầng điện ly. Bây giờ chúng tôi cũng đang cố gắng điều tra các tính năng này bằng một công cụ trên tàu vũ trụ của NASA Cass Cassini. Nếu chúng tôi thành công, Cassini có thể cho phép chúng tôi xem chi tiết hơn cách thức nước loại bỏ các hạt ion hóa, chẳng hạn như bất kỳ thay đổi nào về độ cao hoặc hiệu ứng đi kèm với thời gian trong ngày.
Nguồn: Đài thiên văn Keck
, Thiên nhiên.
