JWST turned to the ringed world Saturn in June 2023 to conduct a deep search for new ring structure and faint moons. Saturn itself appears to extremely dark at the infrared wavelengths sensed by JWST’s Near-Infrared Camera (NIRCam), as methane gas absorbs almost all of the sunlight falling on the atmosphere. However, the icy rings stay relatively bright, leading to the unusual appearance of Saturn in the JWST image. Several very deep Saturn exposures taken together with this image were designed to test JWST’s capacity to detect faint moons around the planet and its bright rings. Any newly discovered moons would be important dynamical tracers of the current Saturn system as well as its past history. This context image clearly shows details within the ring system, along with many of Saturn’s moons. The team will use this context image together with the deep exposures to probe some of the fainter rings, including the faint G ring and the diffuse E ring. The E ring is produced by a plume emerging from Enceladus that contains both particles and copious amounts of water vapor, seen in a recent JWST observation of Saturn’s moon Enceladus. Saturn’s atmosphere also shows surprising and unexpected detail in this JWST image. This is the first time that the atmosphere has been seen with such clarity at this particular wavelength (3.23 microns), which likely senses aerosols in the stratosphere high above the main clouds, with contributions from methane fluorescence towards the edge of Saturn’s disc. The large dark diffuse structures in the northern hemisphere do not follow the lines of latitude, so this image does not have the familiar striped appearance of Saturn that is typical of deeper layers. This patchiness is reminiscent of large-scale planetary waves in the stratospheric aerosols, perhaps similar to those that JWST saw at Jupiter. While the north-south asymmetry is consistent with known seasonal variation on Saturn, the northern pole is particularly dark, perhaps due to an unknown seasonal process affecting polar aerosols in particular. A tiny hint of brightening towards the edge of the disc might be due to high-altitude methane fluorescence, emission from the H3+ ion in the ionosphere, or both; detailed spectroscopy with JWST may help decipher the ambiguity.

El telescopio espacial James Webb de la NASA captura fascinantes imágenes de Saturno en el infrarrojo cercano 

Historias. – El 25 de junio de 2023, el telescopio espacial James Webb de la NASA se dirigió hacia el famoso mundo anillado de Saturno para realizar sus primeras observaciones del planeta en el infrarrojo cercano.  

Las imágenes iniciales capturadas por la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) del Webb han dejado a los investigadores completamente fascinados. 

En la longitud de onda infrarroja observada por el telescopio, Saturno aparece extremadamente oscuro debido a que el gas metano absorbe casi toda la luz solar que llega a su atmósfera.  

Sin embargo, los anillos de hielo siguen siendo relativamente brillantes, lo que resulta en la apariencia inusual de Saturno en la imagen captada por el Webb. 

Esta imagen forma parte del programa 1247 de observación de tiempo garantizado del Webb. El programa incluyó exposiciones profundas de Saturno, diseñadas específicamente para probar la capacidad del telescopio para detectar lunas débiles alrededor del planeta y sus brillantes anillos.  

El descubrimiento de cualquier nueva luna podría ayudar a los científicos a obtener una visión más completa del sistema actual de Saturno, así como de su pasado. 

La nueva imagen de Saturno muestra claramente los detalles dentro del sistema de anillos del planeta, junto con algunas de sus lunas, como Dione, Enceladus y Tethys.  

Exposiciones más profundas, que no se muestran en esta imagen, permitirán al equipo explorar algunos de los anillos más débiles del planeta, como el delgado anillo G y el difuso anillo E.  

Los anillos de Saturno están compuestos por una variedad de fragmentos rocosos y helados, que van desde partículas más pequeñas que un grano de arena hasta otras del tamaño de montañas en la Tierra.  

Recientemente, los investigadores utilizaron el Webb para estudiar a Enceladus y descubrieron una gran columna que emerge del polo sur de la luna, la cual contiene partículas y cantidades abundantes de vapor de agua, que a su vez alimenta el anillo E de Saturno. 

La atmósfera de Saturno también muestra detalles sorprendentes e inesperados. Aunque la nave espacial Cassini proporcionó observaciones más claras de la atmósfera, esta es la primera vez que se puede observar con esta nitidez en esta longitud de onda particular (3,23 micrones), exclusiva del Webb.  

Las estructuras grandes, oscuras y difusas en el hemisferio norte no siguen las líneas de latitud del planeta, lo que da a esta imagen una apariencia distinta a las características rayadas típicas de las capas atmosféricas más profundas de Saturno.  

Esta irregularidad recuerda a las ondas planetarias a gran escala en los aerosoles estratosféricos, ubicados por encima de las nubes principales, similares a las observadas en las primeras observaciones del Webb NIRCam de Júpiter. 

Al comparar los polos norte y sur del planeta en esta imagen, se observan diferencias en su apariencia, las cuales son típicas de los cambios estacionales conocidos en Saturno. Actualmente, Saturno está experimentando el verano en su hemisferio norte, mientras que el hemisferio sur emerge de la oscuridad al final de su invierno.  

Sin embargo, el polo norte aparece particularmente oscuro, posiblemente debido a un proceso estacional desconocido que afecta especialmente a los aerosoles polares.  

Un pequeño brillo en el borde del disco de Saturno podría ser resultado de la fluorescencia del metano a gran altitud (emisión de luz después de ser absorbida) o de la emisión del ion trihidrógeno (H3+) en la ionosfera. La espectroscopia del Webb podría ayudar a confirmar estas hipótesis. 

Misiones anteriores, como la Pioneer 11 de la NASA, las Voyager 1 y 2, la nave espacial Cassini y el telescopio espacial Hubble, han seguido la pista de la atmósfera y los anillos de Saturno durante décadas.  

Las observaciones realizadas por el Webb son solo una muestra de lo que este observatorio espacial añadirá a la historia de Saturno en los próximos años, a medida que el equipo científico profundice en los datos y prepare resultados revisados por pares. 

Fotografía: NASA.  

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