An amateur visible-light image from Trevor Barry, of Broken Hill, Australia, appears on the left. The images were obtained on Jan. 19, 2011, during the mature phase of the northern storm. The second image is taken at a wavelength that reveals the structures in Saturn's lower atmosphere, showing the churning storm clouds and the central cooler vortex. The third image is sensitive to much higher altitudes in Saturn's normally peaceful stratosphere, where we see the unexpected beacons of infrared emission flanking the central cool region over the storm. Credit: ESO/Univ. of Oxford/T. Barry.
NASA's Cassini spacecraft and a European Southern Observatory ground-based telescope tracked the growth of a giant early-spring storm in Saturn's northern hemisphere that is so powerful it stretches around the entire planet. The rare storm has been wreaking havoc for months and shooting plumes of gas high into the planet's atmosphere.
Cassini's radio and plasma wave science instrument first detected the large disturbance, and amateur astronomers tracked its emergence in December 2010. As it rapidly expanded, its core developed into a giant, powerful thunderstorm. The storm produced a 3,000-mile-wide (5,000-kilometer-wide) dark vortex, possibly similar to Jupiter's Great Red Spot, within the turbulent atmosphere.
The dramatic effects of the deep plumes disturbed areas high up in Saturn's usually stable stratosphere, generating regions of warm air that shone like bright "beacons" in the infrared. Details are published in this week's edition of Science Magazine.
"Nothing on Earth comes close to this powerful storm," says Leigh Fletcher, the study's lead author and a Cassini team scientist at the University of Oxford in the United Kingdom. "A storm like this is rare. This is only the sixth one to be recorded since 1876, and the last was way back in 1990."
This is the first major storm on Saturn observed by an orbiting spacecraft and studied at thermal infrared wavelengths, where Saturn's heat energy reveals atmospheric temperatures, winds and composition within the disturbance.
Temperature data were provided by the Very Large Telescope (VLT) on Cerro Paranal in Chile and Cassini's composite infrared spectrometer (CIRS), operated by NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md.
"Our new observations show that the storm had a major effect on the atmosphere, transporting energy and material over great distances, modifying the atmospheric winds - creating meandering jet streams and forming giant vortices - and disrupting Saturn's slow seasonal evolution," said Glenn Orton, a paper co-author, based at NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California.
The violence of the storm - the strongest disturbances ever detected in Saturn's stratosphere -- took researchers by surprise. What started as an ordinary disturbance deep in Saturn's atmosphere punched through the planet's serene cloud cover to roil the high layer known as the stratosphere.
"On Earth, the lower stratosphere is where commercial airplanes generally fly to avoid storms which can cause turbulence," says Brigette Hesman, a scientist at the University of Maryland in College Park who works on the CIRS team at Goddard and is the second author on the paper. "If you were flying in an airplane on Saturn, this storm would reach so high up, it would probably be impossible to avoid it."
Other indications of the storm's strength are the changes in the composition of the atmosphere brought on by the mixing of air from different layers. CIRS found evidence of such changes by looking at the amounts of acetylene and phosphine, both considered to be tracers of atmospheric motion. A separate analysis using Cassini's visual and infrared mapping spectrometer, led by Kevin Baines of JPL, confirmed the storm is very violent, dredging up larger atmospheric particles and churning up ammonia from deep in the atmosphere in volumes several times larger than previous storms. Other Cassini scientists are studying the evolving storm, and a more extensive picture will emerge soon.
Imagens térmicas infravermelhas de Saturno obtidas com o Very Large Telescope Imager e espectrômetro de infravermelho médio do instrumento (Visir) do Observatório Europeu do Sul, em Cerro Paranal, no Chile, aparecem no centro e à direita.
Imagem do amador Trevor Barry, de Broken Hill, Austrália, em luz visível, aparece à esquerda. As imagens foram obtidas em 19 de janeiro de 2011, durante a fase madura da tempestade do norte. A segunda imagem foi obtida no comprimento de onda que revela as estruturas mais baixas da atmosfera de Saturno, mostrando as nuvens de tempestade e agitação o vórtice cooler central. A terceira imagem é sensível a altitudes muito maiores na estratosfera normalmente pacífica de Saturno, onde vemos as balizas inesperadas de emissão infravermelha que flanqueiam a região central fria sobre a tempestade. Crédito: ESO / Universidade de Oxford / T. Barry.
Saturno é muito grande e está muito longe. Seu ano equivale a 30 anos da Terra, quando a primavera se aproxima do hemisfério norte do planeta gigante, algo que desperta sob as nuvens, causando uma perturbação dramática em todo o planeta. Cada vez que isso acontece lá aumenta muito a capacidade de observatórios astronômicos para estudar o fenômeno e é isso que tem acontecido agora. O Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO) e a sonda Cassini da NASA observaram, com um nível de detalhe nunca antes alcançado, a tempestade singular, cujo vórtice alcançou 5.000 km de diâmetro. O novo estudo, realizado por uma equipe internacional de astrônomos, incluindo o espanhol, foi publicado na revista Science.É o sexto desses grandes eventos detectados desde 1876, mas o primeiro estudado em luz infravermelha, que pode ver as variações de temperatura dentro da tempestade em Saturno, e também o primeiro observado por uma nave espacial. "O estudo destas tempestades gigantes, sem paralelo na Terra permite-nos controlar e verificar os modelos utilizados para interpretação e previsão do tempo em nosso ambiente", disse Agustín Sánchez Lavega, especialista em atmosferas planetárias.
"Nesta pesquisa, primeiro mediu-se as enormes mudanças na temperatura até 25 graus Celsius quando a tempestade maciça ocorreu acima do teto de nuvens, o que a tornou visível", diz.A tempestade foi detectada em dezembro de 2010 pelo instrumento de ondas de rádio e plasma da Cassini, em órbita ao redor do planeta, e amadores puderam monitorar seu progresso. Ele então foi estudado em grande detalhe utilizando a câmera infravermelha do telescópio VLTde Visir do ESO em Cerro Paranal, no Chile, com as observações obtidas com o espectrômetro da Cassini, CIRS."Esta perturbação no hemisfério norte de Saturno tem criado uma enorme erupção, um violento complexo de um material brilhante das nuvens, que se espalhou a circundar o planeta", disse Leigh Fletcher (Universidade de Oxford, Reino Unido), autor do novo estudo. "Ter o VLT e Cassini enquanto pesquisava esta tempestade oferece uma grande oportunidade de colocar as observações da Cassini no contexto.
Estudos anteriores destas tempestades não foram capazes de utilizar a luz solar refletida, mas agora, olhando para a luz infravermelha (calor), pela primeira vez, nós podemos revelar regiões ocultas da atmosfera e medir as mudanças realmente significativas na temperatura e os ventos associados a este evento. "
A tempestade pode ter se originado no fundo de nuvens de água, onde um fenômeno semelhante de tempestades elétricas provocou a criação de uma enorme coluna de convecção, a massa de gás quente movida para cima, empurrando a normalmente serena atmosfera exterior de Saturno. Estas grandes perturbações interagem com o vento correndo o leste e o oeste, provocando mudanças drásticas de temperatura na parte superior da atmosfera.
"Nossas observações mostram que a nova tempestade tem um enorme efeito sobre a atmosfera: a energia e o material transportado por longas distâncias, ajustando os ventos na atmosfera, criando fluxos de material ejetado e redemoinhos gigantes, perturba o lento processo de mudança de estações em Saturno" , diz Glenn Orton (Jet Propulsion Laboratory, em Pasadena, EUA), outro membro da equipe.
A nova imagem obtida pelo Visir revelou alguns fenômenos inesperados que foram batizados como balizas estratosféricas. São mudanças de temperatura na parte superior da estratosfera de Saturno muito fortes, entre 250 e 300 quilômetros acima das nuvens na baixa atmosfera, o que mostra quão longe estamos de entender os efeitos da tempestade na atmosfera.
A temperatura na estratosfera de Saturno é geralmente inferior a 130 graus Celsius neste momento, mas as medições mostraram que os raios eram entre 15 e 20 graus mais quentes. Estas luzes nunca foram detectadas, os astrônomos não têm certeza se esta é uma característica comum nesses tipos de tempestades.
"Nesta pesquisa, primeiro mediu-se as enormes mudanças na temperatura até 25 graus Celsius quando a tempestade maciça ocorreu acima do teto de nuvens, o que a tornou visível", diz.A tempestade foi detectada em dezembro de 2010 pelo instrumento de ondas de rádio e plasma da Cassini, em órbita ao redor do planeta, e amadores puderam monitorar seu progresso. Ele então foi estudado em grande detalhe utilizando a câmera infravermelha do telescópio VLTde Visir do ESO em Cerro Paranal, no Chile, com as observações obtidas com o espectrômetro da Cassini, CIRS."Esta perturbação no hemisfério norte de Saturno tem criado uma enorme erupção, um violento complexo de um material brilhante das nuvens, que se espalhou a circundar o planeta", disse Leigh Fletcher (Universidade de Oxford, Reino Unido), autor do novo estudo. "Ter o VLT e Cassini enquanto pesquisava esta tempestade oferece uma grande oportunidade de colocar as observações da Cassini no contexto.
Estudos anteriores destas tempestades não foram capazes de utilizar a luz solar refletida, mas agora, olhando para a luz infravermelha (calor), pela primeira vez, nós podemos revelar regiões ocultas da atmosfera e medir as mudanças realmente significativas na temperatura e os ventos associados a este evento. "
A tempestade pode ter se originado no fundo de nuvens de água, onde um fenômeno semelhante de tempestades elétricas provocou a criação de uma enorme coluna de convecção, a massa de gás quente movida para cima, empurrando a normalmente serena atmosfera exterior de Saturno. Estas grandes perturbações interagem com o vento correndo o leste e o oeste, provocando mudanças drásticas de temperatura na parte superior da atmosfera.
"Nossas observações mostram que a nova tempestade tem um enorme efeito sobre a atmosfera: a energia e o material transportado por longas distâncias, ajustando os ventos na atmosfera, criando fluxos de material ejetado e redemoinhos gigantes, perturba o lento processo de mudança de estações em Saturno" , diz Glenn Orton (Jet Propulsion Laboratory, em Pasadena, EUA), outro membro da equipe.
A nova imagem obtida pelo Visir revelou alguns fenômenos inesperados que foram batizados como balizas estratosféricas. São mudanças de temperatura na parte superior da estratosfera de Saturno muito fortes, entre 250 e 300 quilômetros acima das nuvens na baixa atmosfera, o que mostra quão longe estamos de entender os efeitos da tempestade na atmosfera.
A temperatura na estratosfera de Saturno é geralmente inferior a 130 graus Celsius neste momento, mas as medições mostraram que os raios eram entre 15 e 20 graus mais quentes. Estas luzes nunca foram detectadas, os astrônomos não têm certeza se esta é uma característica comum nesses tipos de tempestades.
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