Впервые международная группа астрономов под руководством **Northumbria University** создала трехмерную карту верхних слоев атмосферы **Урана**. Используя высокочувствительные приборы **James Webb Space Telescope (JWST)**, исследователи успешно визуализировали сложную структуру ионосферы ледяного гиганта, показав, как его уникальное магнитное поле порождает впечатляющие инфракрасные полярные сияния. Этот прорыв, опубликованный **19 февраля 2026 года** в журнале Geophysical Research Letters, дает наиболее детальное на сегодняшний день представление о переносе энергии в атмосфере планеты и подтверждает загадочную тенденцию к охлаждению, которая озадачивала ученых более тридцати лет.
Исследование под руководством докторанта **Paola Tiranti** основывалось на использовании спектрографа **Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec)** телескопа **Webb** для наблюдения за **Ураном** в течение почти полного 15-часового цикла вращения. Обнаружив слабое инфракрасное свечение **молекул H3+**, команда составила карту атмосферы на высоте до 5000 километров над вершинами облаков. Это исследование знаменует собой значительный скачок по сравнению с предыдущими двухмерными снимками, позволяя ученым проследить, как энергия перемещается по вертикали через атмосферу. Полученные результаты являются вехой в планетологии, предлагая новую основу для понимания энергетического баланса ледяных гигантов как в нашей солнечной системе, так и на орбитах далеких звезд.
Почему магнитное поле Урана необычно и как оно влияет на полярные сияния?
Магнитное поле Урана необычно тем, что оно наклонено примерно на 60 градусов относительно оси его вращения и значительно смещено от центра планеты. Это несовпадение приводит к тому, что магнитосфера хаотично «кувыркается» при вращении планеты, направляя заряженные частицы в атмосферу и создавая сложные, изменчивые инфракрасные полярные сияния, которые не совпадают с географическими полюсами.
В отличие от Земли, где магнитное поле относительно выровнено с осью вращения, **Уран** имеет наклон оси 98 градусов, фактически вращаясь на боку. Ведущий автор **Paola Tiranti** отметила, что чувствительность телескопа **Webb** впервые позволила команде «увидеть влияние его асимметричного магнитного поля» в трех измерениях. Наблюдения выявили две отчетливые яркие полосы полярных сияний вблизи магнитных полюсов. Между этими полосами исследователи обнаружили уникальное снижение интенсивности излучения и плотности ионов — особенность, вероятно, вызванную специфической геометрией силовых линий магнитного поля, направляющих частицы через верхние слои атмосферы.
Как охлаждалась верхняя атмосфера Урана в течение последних 30 лет?
В **верхних слоях атмосферы Урана** с начала 1990-х годов наблюдается устойчивая тенденция к охлаждению: текущие измерения фиксируют среднюю температуру около 426 кельвинов (150 градусов Цельсия). Это долгосрочное снижение сохраняется, несмотря на сезонные изменения планеты, что указывает на доминирующую роль внутренней атмосферной циркуляции или сложной химии ионосферы в регулировании теплового состояния ледяного гиганта.
Измерения команды подтверждают, что тенденция к охлаждению, замеченная наземными телескопами и предыдущими космическими аппаратами, сохранилась и в 2026 году. Данные **JWST** показали, что температуры сейчас значительно ниже тех, что были зафиксированы в конце XX века. Это явление особенно удивительно, учитывая удаленность **Урана** от Солнца, так как традиционные модели солнечного нагрева не полностью объясняют подобные сдвиги. Ученые считают, что раскрытие механизма этого охлаждения необходимо для понимания того, как планеты-гиганты регулируют свою температуру на протяжении десятилетий.
Что открывают новые измерения плотности ионов в атмосфере Урана?
Новые измерения показывают, что **плотность ионов в атмосфере Урана** достигает максимума примерно в 1000 километрах над вершинами облаков, в то время как пик атмосферных температур приходится на гораздо большую высоту — от 3000 до 4000 километров. Картографирование также выявило «затемненные» области низкой плотности ионов между полосами полярных сияний, подобные структурам, ранее наблюдавшимся на Юпитере.
Эти открытия стали возможны благодаря программе General Observer programme 5073 под руководством **Dr. Henrik Melin** из **Northumbria University**. Используя Integral Field Unit телескопа, команда смогла изолировать вертикальную структуру ионосферы. Исследование подчеркивает, что плотность ионов не следует равномерному градиенту; вместо этого она находится под сильным влиянием магнитной среды планеты. **Paola Tiranti** пояснила, что прослеживание этой вертикальной структуры является решающим шагом на пути к характеристике атмосферной динамики планет-гигантов за пределами нашей солнечной системы, где могут существовать аналогичные магнитные аномалии.
Значение для энергетического баланса ледяных гигантов
Понимание энергетического баланса **Урана** имеет более широкое значение для экзопланетологии. Поскольку ледяные гиганты являются одними из самых распространенных типов планет в галактике, 3D-карта, представленная исследователями из **Northumbria University**, служит «золотым стандартом» того, чего стоит ожидать от подобных миров. Исследование предполагает, что авроральный нагрев и взаимодействие магнитных полей являются основными факторами поведения атмосферы, потенциально перевешивая влияние солнечного излучения для планет, расположенных на большом расстоянии от своих звезд.
Эти данные также дают важный контекст для будущих исследовательских миссий. В настоящее время космические агентства рассматривают миссию **Uranus Orbiter and Probe**, целью которой будет изучение недр и атмосферы планеты in situ. Результаты **JWST** помогают уточнить характеристики приборов и параметры миссии, необходимые для детального изучения ионосферы. Выявляя конкретные высоты, на которых плотность ионов и температура достигают пика, исследование позволяет инженерам лучше прогнозировать атмосферное сопротивление и радиационную обстановку, с которыми столкнется будущий зонд.
Сравнительный взгляд на полярные сияния планет
Хотя полярные сияния на **Уране** вызваны его асимметричным магнитным полем, они имеют фундаментальное сходство с авроральной активностью в других частях солнечной системы. На Земле полярные сияния в настоящее время интенсивны: **Kp-индекс, равный 5**, указывает на умеренную (G1) геомагнитную бурю. В такие периоды сияния видны на широтах до 56,3 градуса, включая такие регионы, как:
- **Фэрбанкс, Аляска** (США)
- **Рейкьявик, Исландия**
- **Тромсё, Норвегия**
- **Стокгольм, Швеция**
- **Хельсинки, Финляндия**
Однако на **Уране** эти «световые шоу» происходят в инфракрасном спектре и гораздо масштабнее, распространяясь на тысячи километров в космос. **JWST** недавно запечатлел подобные явления на Юпитере и Нептуне, что позволяет предположить, что авроральная активность — это универсальная черта планет с магнитным полем, хотя конкретное визуальное проявление сильно зависит от химического состава и магнитной ориентации планеты.
Будущее исследований ледяных гигантов
Успех этого проекта по 3D-картографированию знаменует собой новую эру для исследовательской группы **Solar and Space Physics** в **Northumbria University**. Будущие исследования, скорее всего, будут сосредоточены на следующем этапе изучения Урана: определении того, является ли 30-летняя тенденция охлаждения циклической или постоянной. Астрономы планируют использовать **James Webb Space Telescope** для проведения последующих наблюдений в различных точках 84-летней орбиты планеты, чтобы увидеть, как смена сезонов влияет на трехмерную структуру ионосферы.
Являясь главной космической обсерваторией, **Webb** продолжает разгадывать тайны в нашем ближайшем окружении, одновременно заглядывая в истоки Вселенной. Это исследование, поддержанное **NASA**, **ESA** и **CSA**, подчеркивает важность международного сотрудничества в решении самых сложных вопросов планетологии. С завершением создания первой 3D-карты **Урана** научное сообщество стало на шаг ближе к пониманию «загадочных структур» гигантов, обитающих на краю нашей солнечной системы.
Comments
No comments yet. Be the first!