«Джеймс Уэбб» впервые запечатлел полярные сияния на Нептуне

Год на самой дальней планете от Солнца длится 165 земных лет, а скорость ветра в его атмосфере превышает 2000 километров в час. Вокруг этого ледяного гиганта обращаются 16 известных спутников и тонкие, слабо заметные кольца. 

Поскольку у Нептуна есть собственное (хотя и необычно наклоненное) магнитное поле, которое может направлять заряженные частицы солнечного ветра в верхние слои атмосферы, на нем должны быть полярные сияния. Однако до сих пор астрономы не наблюдали их. 

Теперь с помощью инфракрасной камеры NIRSpec, установленной на орбитальном телескопе «Джеймс Уэбб», международная исследовательская группа из Лестерского университета (Великобритания) и Ассоциации университетов по исследованию в области астрономии (AURA) под руководством Хенрика Мелина (Henrik Melin) и Хайди Хаммел (Heidi Hammel) смогла уловить очень слабый спектральный сигнал трехатомного иона водорода H₃⁺ — одного из самых распространенных ионов во Вселенной. Он состоит из трех протонов (ядер водорода) и двух электронов. 

Результаты новой научной работы, опубликованной в журнале Nature Astronomy, показали, что этот ион в верхней атмосфере Нептуна присутствует в зонах сияний и подтверждает, что это полярные (пусть и «не совпадающие с полюсами») авроры. На Земле и Сатурне, например, все полярные сияния сосредоточены в районе полюсов, однако заметные светящиеся пятна на восьмой планете расположились в средних широтах. 

Виной всему — необычное магнитное поле Нептуна, наклоненное на 47° относительно оси вращения. Из-за этого линии магнитного поля сходятся не у самих полюсов, а «в стороне» — именно там частицы врезаются в верхние слои атмосферы и «загораются» авророй. Астрономы также предположили, что полярные сияния на Нептуне связаны с солнечным ветром: когда он сильнее, авроры становятся ярче. 

Спектральный анализ показал, что температура в верхнем слое атмосферы Нептуна заметно снизилась за прошедшие десятилетия: в 1989 году зарегистрированная «Вояджером-2» температура составляла примерно плюс 480 °C, теперь же она не превышает плюс 80 °C. То есть это ощутимый спад на сотни градусов по абсолютной шкале. 

При этом заметного влияния солнечного цикла (с периодичностью примерно 11 лет ) на нагрев внешних регионов планеты не было, из-за чего астрономы предположили существование неизвестных механизмов, которые «включают» и «выключают» источники тепла в верхней атмосфере ледяного гиганта.

Новые результаты позволят усовершенствовать компьютерные модели распределения заряженных частиц в атмосфере Нептуна, рождения полярных сияний и ежегодных изменений температур. Дальнейшие наблюдения с помощью «Уэбба» помогут прояснить картину и послужат «примером» для будущих миссий к ураново-нептунианскому семейству ледяных гигантов.