Een nieuwe studie op basis van gegevens van de Cassini-missie onthult iets verrassends in de atmosfeer van Saturnus. We weten al tientallen jaren over de storm op de noordpool van de gasreus, maar nu lijkt het erop dat deze enorme zeshoekige storm een torenhoge kolos kan zijn van honderden kilometers hoog die zijn basis diep in de atmosfeer van Saturnus heeft.
Toen Cassini in 2004 op Saturnus aankwam, was het zomer op het zuidelijk halfrond en vond het ruimtevaartuig een polaire vortex op de zuidpool. Uiteindelijk arriveerde de zomer op het noordelijk halfrond en waren ze getuige van de vorming van de storm op de noordpool. Dit heeft alleen maar bevestigd wat we weten sinds de jaren 80, toen de Voyager-missie Saturnus bestudeerde en een zomerstorm vond op de noordpool van Saturnus.
"Hoewel we hadden verwacht een soort draaikolk te zien op de noordpool van Saturnus naarmate het warmer werd, is de vorm echt verrassend." - Leigh Fletcher, University of Leicester, UK, hoofdauteur.
Maar deze noordelijke storm heeft een zeshoekige in plaats van ronde vorm en deelt dezelfde zeshoekige vorm als de storm dieper in de atmosfeer van Saturnus, die voor het eerst door Voyager werd gevonden. De vraag is, zien we één torenhoog monster van een storm? Of twee afzonderlijke stormen, beide in hexagonale vorm?
"De randen van deze nieuw gevonden vortex lijken zeshoekig, precies passend bij een beroemd en bizar zeshoekig wolkenpatroon dat we dieper in de atmosfeer van Saturnus zien", zegt Leigh Fletcher van de Universiteit van Leicester, VK, hoofdauteur van de nieuwe studie.
Deze video toont het zeshoekige wolkenpatroon diep in de atmosfeer van Saturnus dat voor het eerst werd ontdekt door Voyager.
Wetenschappers die betrokken waren bij de Cassini-missie verwachtten volledig dat er een storm zou verschijnen op de noordpool toen de zomer van Saturnus aanbrak, maar ze waren verrast door de vorm. "Ofwel is een zeshoek spontaan en identiek op twee verschillende hoogtes, een lager in de wolken en een hoog in de stratosfeer, of de zeshoek is in feite een torenhoge structuur die een verticaal bereik van enkele honderden kilometers beslaat," zei Fletcher.
De kern van deze nieuwe studie is Cassini's Composite Infrared Spectrometer (CIRS). CIRS legde deze gegevens vast tussen 2010 en 2017 en het toont de opwarming van de stratosfeer van Saturnus vanuit een hoge orbitale helling. De samengestelde afbeelding hieronder toont de geleidelijke opwarming van de stratosfeer van Saturnus en de geleidelijke vorming van de zeshoekige storm.
Eerder in Cassini's missie was de bovenste atmosfeer gewoon te koud voor CIRS om in te zien. De stratosfeer was ongeveer -158 graden Celsius, 20 graden te koud voor het instrument. Maar het jaar van Saturnus is ongeveer 30 jaar lang en in 2009 begon het noordpoolgebied op te warmen. Rond 2014 kon het CIRS-instrument van Cassini de hogere atmosfeer bestuderen.
'Een Saturniaans jaar omvat ongeveer 30 aardse jaren, dus de winters zijn lang. Saturnus begon pas in 2009 uit de diepten van de noordelijke winter te komen en werd geleidelijk warmer toen het noordelijk halfrond de zomer naderde. ” - studie co-auteur Sandrine Guerlet, Laboratoire de Météorologie Dynamique, Frankrijk.
"Vanaf 2014 konden we met het CIRS-instrument voor het eerst de noordelijke stratosfeer verkennen," zei Guerlet. "Toen de polaire vortex steeds zichtbaarder werd, merkten we dat hij hexagonale randen had, en realiseerden ons dat we de reeds bestaande zeshoek op veel grotere hoogten zagen dan eerder werd gedacht."
De studie geeft aan dat de poolgebieden op Saturnus erg van elkaar verschillen. Toen Cassini in de zomer, vroeg in zijn missie, de zuidelijke regio observeerde, was er geen zeshoekig stormpatroon. De noordelijke storm is ook koeler, minder volwassen en de dynamiek is compleet anders. Voorlopig kunnen wetenschappers alleen maar raden waarom dat zo is.
"Dit zou kunnen betekenen dat er een fundamentele asymmetrie is tussen de polen van Saturnus die we nog moeten begrijpen, of het zou kunnen betekenen dat de noordpoolwerveling zich nog steeds aan het ontwikkelen was in onze laatste waarnemingen en dat bleef doen na de dood van Cassini", zei Fletcher. De missie van Cassini eindigde in zijn "Grand Finale" in september 2017, toen het ruimtevaartuig opzettelijk in de atmosfeer van Saturnus werd geduwd om te worden vernietigd.
Wetenschappers hebben de weerspatronen van Saturnus al lang bestudeerd en ze weten al lang dat de dikke wolkenlagen van de planeet het grootste deel van het weer op de planeet herbergen. De noordelijke poolkenmerken werden voor het eerst opgemerkt door Voyager in de jaren 80, en we weten dat de poolzeshoek in het noorden een langdurig kenmerk is. Wetenschappers denken dat de functie mogelijk verband houdt met de rotatie van de planeet zelf, net zoals de jetstream hier op aarde.
Het is duidelijk dat we veel moeten leren over de atmosfeer van Saturnus. Het is onwaarschijnlijk dat de zeshoekige storm in de stratosfeer en de zeshoekige storm dieper in de atmosfeer dezelfde storm zijn. De wind verandert te veel door de lagen van atmosfeer. Maar ze kunnen op een andere manier met elkaar verbonden zijn. Na onderzoek van de atmosferische eigenschappen in de noordelijke regio, bepaalden Fletcher en collega's dat golven zoals de zeshoek zich niet naar boven zouden kunnen voortplanten en gevangen zouden moeten blijven in de wolkentoppen. Dit is door middel van een proces dat evanescentie wordt genoemd. "Een manier waarop golf‘ informatie ’naar boven kan lekken, is via een proces dat evanescentie wordt genoemd, waarbij de kracht van een golf met de hoogte vervalt, maar bijna sterk genoeg is om nog steeds in de stratosfeer te blijven bestaan, 'legt Fletcher uit.
Het grotere plaatje in deze studie is de voortdurende vraag hoe energie wordt getransporteerd door verschillende lagen van een atmosfeer, iets dat we hier op aarde nog steeds proberen te begrijpen. Als we kunnen begrijpen hoe en waarom de noordpoolwervel van Saturnus een zeshoekige vorm heeft, zal het licht werpen op hoe verschijnselen dieper in een atmosfeer de omgeving hoog daarboven kunnen beïnvloeden.
"De noordelijke zeshoek van Saturnus is een iconisch kenmerk van een van de meest charismatische leden van het zonnestelsel, dus het is erg spannend om te ontdekken dat het nog steeds grote mysteries bevat", - Nicolas Altobelli, ESA-projectwetenschapper voor de Cassini-Huygens-missie.
De Cassini-missie laat ons nog steeds dingen zien over Saturnus, zelfs nu het voorbij is. Wat het team achter deze studie betreft, het is bitterzoet om de noordelijke zeshoek te ontdekken bijna een jaar nadat Cassini was geëindigd. Fletcher zegt: 'We moeten gewoon meer weten. Het is behoorlijk frustrerend dat we deze stratosferische zeshoek pas aan het einde van de levensduur van Cassini hebben ontdekt. "
