Неожиданно холодный вихрь на Титане объяснили следовыми газами
Неожиданное резкое уменьшение температуры вихря около южного полюса Титана можно объяснить охлаждением атмосферы из-за инфракрасного излучения молекул следовых газов, говорится в опубликованой в Nature Communications статье. Группа ученых под руководством Николаса Тинби (Nicholas A. Teanby) изучила этот эффект и выделила три стадии формирования вихря.
Один год на Сатурне составляет 29,5 земных лет. В то же время, ось вращения Титана (спутника Сатурна) довольно сильно наклонена к плоскости эклиптики (примерно на 29,7 градусов), что приводит к выраженной смене времен года во время движения спутника вместе с планетой вокруг Солнца. Наблюдения зонда «Кассини», продлившиеся чуть больше тринадцати лет, захватили примерно половину этого периода, начиная с ранней зимы (речь идет о зиме в северном полушарии Титана) 2004 года и заканчивая летним солнцестоянием 2017 года. Всего зонд пролетал мимо Титана 127 раз.
До момента весеннего равноденствия 2009 года «Кассини» наблюдал около северного полюса ярко выраженный вихрь, который захватил стратосферу и мезосферу спутника. После равноденствия аналогичный вихрь начал формироваться в южном полушарии, что позволило подробно исследовать процесс образования подобных структур. В 2012 году инфракрасный спектрометр VIMS, установленный на «Кассини», зарегистрировал молекулы циановодородного льда на высоте около трехсот километров над южным полюсом. Такой лед мог образоваться только при температурах меньше 125 градусов Кельвина, что на 50 градусов ниже, чем измеренная в середине зимы 2011 температура вихря. Это заставило ученых пересмотреть механизм формирования вихря.
Для этого исследователи изучили данные, собранные «Кассини» за тринадцать лет работы. В распоряжении ученых оказались изображения атмосферы Титана, составленные с помощью инфракрасного спектрометра CIRS, установленного на зонде. Излучение метана (содержание которого в атмосфере составляет около полутора процентов) регистрировалось на длинах волн 1100-1500 сантиметров, излучение следовых газов — на длинах 600-1100 сантиметров. Температуру и состав атмосферы ученые определили по спектру излучения с помощью инструмента NEMESIS. Таким образом им удалось наблюдать этапы формирования вихря, которые включали в себя охлаждение стратосферы, формирование горячей точки около полюса, внезапное охлаждение мезосферы в 2012 году и восстановление температуры к 2016 году. Такой сценарий развития не совпадал с предсказаниями модели общей циркуляции.
Чтобы объяснить расхождение, ученые предложили учесть влияние следовых газов, которые излучают тепло и охлаждают атмосферу Титана. Ранее подобным образом уже объясняли разницу температур на 53° южной и 50° северной широты, замеченную «Вояджером». Кроме того, ученые учли адиабатический разогрев атмосферы и то, что в течение периода наблюдения южное полушарие Титана получало все меньше солнечной энергии из-за наклона оси вращения спутника. Затем они построили математическую модель и численно смоделировали происходящие в атмосфере явления, разбив ее на 49 слоев и взяв концентрации газов из предыдущих работ.
Результаты моделирования на этот раз совпали с наблюдаемой картиной и позволили выделить три стадии эволюции вихря. На первой стадии уменьшение поступающей от Солнца энергии и длинноволновое излучение молекул, составляющих атмосферу, создает перепад температур, который стягивает воздух к полюсу. Из-за эффекта Кориолиса воздух закручивается, и образуется вихрь. Затем мезосфера обогащается молекулами следовых газов в результате адвекции, что приводит к ее усиленному охлаждению. В частности, в ней образуется циановодородный лед. Наконец, на третьей стадии вихрь стабилизируется, и адиабатическое нагревание снова начинает играть главную роль.
Недавно мы писали о том, как на Титане обнаружили холодные облака из циановодорода и бензола, а почитать про результаты работы миссии «Кассини» можно в нашем материале. Кроме того, в опубликованной на прошлой неделе в Nature статье ученые схожим образом объяснили необычно холодную атмосферу Плутона.
Дмитрий Трунин
Радиоимпульсы возникают в магнитосфере магнитара
Астрономы увидели, как галактический магнитар SGR J1935+2154 начал и перестал быть радиопульсаром. В этой фазе он пробыл 13 дней, спустя пять месяцев после того, как стал первым источником быстрого радиовсплеска в Млечном Пути. Это говорит в пользу теории о том, что подобные всплески связаны с намагниченными нейтронными звездами. Статья опубликована в журнале Science Advances. Впервые быстрые радиовсплески наблюдались 16 лет назад (хотя известны и более старые события), с тех пор было обнаружено несколько сотен подобных событий. Они представляют собой очень яркие импульсы радиоизлучения, которые длятся миллисекунды, чаще всего наблюдаются одиночные радиовсплески, однако известны и источники повторяющихся всплесков. При этом все источники находятся в других галактиках. Природа быстрых радиовсплесков до сих пор остается предметом споров и существует ряд теорий, объясняющих их. В 2018 году идея о том, что всплески могут возникать в магнитосфере намагниченных нейтронных звезд получила хорошее наблюдательное подтверждение, а в апреле 2020 года был обнаружен первый кандидат в источник быстрых радиовсплесков в Млечном Пути FRB 20200428, который укладывался в эту теорию. Его источником стал магнитар SGR J1935+2154, который находится в 21 тысяче световых лет от Солнца в остатке сверхновой G57.2+00.8. Группа астрономов во главе с Вэйвэем Чжу (Weiwei Zhu) из Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук сообщила, что наблюдала SGR J1935+2154 в фазе радиопульсара при помощи наземного радиотелескопа FAST. Наблюдения велись с 9 по 30 октября 2020 года и были инициированы сообщением команды радиотелескопа CHIME, обнаружившим от магнитара три всплеска 8 октября. При этом в период с мая по август источник не проявлял заметной активности, лишь 30 апреля и 24 мая наблюдались три радиовсплеска умеренной светимости. В общей сложности за 13 дней ученые зарегистрировали 795 импульсов, которые четко повторялись с периодом 3,2478 секунды. Фаза радиоимпульсов не совпадает с фазой рентгеновских пульсаций, в отличие от эпизода генерации быстрого радиовсплеска FRB 20200428, при этом светимости одиночных импульсов примерно на восемь-девять порядков ниже, чем у FRB 20200428. Импульсы обладают сложной субструктурой, которая напоминает наблюдаемые структуры импульсов у источников повторяющихся быстрых радиовсплесков. Исследователи предполагают, что эти результаты говорят в пользу идеи о том, что магнитары могут быть источниками быстрых радиовсплесков. Возможно всплески, подобные быстрым радиовсплескам, и их аналоги с более низкой светимостью, генерируются за счет разных механизмов. Радиоимпульсы способны возникать в фиксированной области магнитосферы и генерируются за счет обычных физических механизмов, ответственных за излучение радиопульсаров. Радиовсплески же могут порождаться во время сильных возмущений магнитосферы и могут быть связаны с некими взрывными процессами, это способно объяснить отсутствие наблюдаемого периода у источников повторяющихся быстрых радиовсплесков. О том, что такое быстрые радиовсплески и как их изучают, можно прочитать в блоге астрофизика Сергея Попова.