Со времен визита «Вояджера-2» к далекой планете в 1986 году, когда его инструменты засекли радио- и ультрафиолетовое излучение от этого небесного тела, астрономы надеялись обнаружить у него и инфракрасные «сияния». По словам авторов, новое исследование наконец поставило точку в этом вопросе и с него начинается новая эра изучения Урана.
Инфракрасные сияния на Уране в 2006 году в представлении художника. Более ярко отмечены места подтвержденных инфракрасных сияний / © NASA, ESA and M. Showalter
Магнитное поле Урана — одна из главных особенностей этой планеты. Во-первых, центр поля сдвинут на треть радиуса тела, во-вторых, оно находится под сильным наклоном (59 градусов) к оси вращения планеты. К тому же каждый местный день (~17 часов) его полюса меняются местами. Ученые не знают, почему магнитное поле находится под таким наклоном, но надеются, что разобраться в этом помогут сияния на планете.
С помощью данных наблюдений в ближнем инфракрасном диапазоне за сияниями на Юпитере и Сатурне астрономы смогли разобраться во взаимодействиях магнитосферы, ионосферы и термосферы на этих планетах. С 1990-х годов ученые пытались увидеть инфракрасные сияния на Уране, чтобы так же изучить его взаимодействия, но безуспешно.
Сияния возникают, когда высокоэнергетические заряженные частицы, пролетая по линиям магнитного поля планеты, «врезаются» в частицы ее атмосферы. На Уране атмосфера состоит преимущественно из водорода и гелия, поэтому сияния (в отличие от полярного сияния на Земле) возникают за пределами видимого спектра.
Ключевой объект таких наблюдений в ближнем инфракрасном диапазоне — катионы триводорода, заряженные частицы, яркость излучения которых зависит от температуры и плотности. Поэтому их излучение можно использовать как термометр для планеты.
Впервые ученые засекли на Уране катионы триводорода в 1992 году и с их помощью изучали его ионосферу. Но для того, чтобы связать их излучение с инфракрасными сияниями, не хватало продолжительности и точности данных.
Группа астрономов из Лестерского университета (Великобритания) проанализировала высокоточные наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне, собранные телескопом «Кек II» в 2006 году. Тогда обсерватория наблюдала за Ураном на протяжении примерно шести часов.
Ученые обнаружили усиленное излучение от триводорода. Сопоставив интенсивность, температуру, плотность частиц и полное излучение, астрономы пришли к выводу, что усиление было спровоцировано сиянием. Потому что в период усиления плотность увеличивалась на фоне минимальных изменений в температуре. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Astronomy.
«Эта работа — кульминация 30-летнего изучения сияний на Уране. Она наконец подтвердила существование инфракрасных сияний, и с нее начинается новая эра исследований сияний на этой планете. Результаты помогут расширить наши знания о сияниях на ледяных гигантах и усилят понимание работы магнитных полей планет Солнечной системы, экзопланет и даже собственной планеты», — прокомментировала результаты главный автор исследования аспирантка Эмма Томас из Школы физики и астрономии Лестерского университета.
Действительно, температура газовых гигантов, в числе которых — Уран, намного выше, чем должна быть, если бы планеты обогревалась лишь теплом звезды. По одной из версий, их нагревают мощные сияния. Поэтому астрономы так заинтересованы в их изучении.
