För första gången har ett internationellt team av astronomer, lett av Northumbria University, skapat en tredimensionell karta över Uranus övre atmosfär. Med hjälp av de högkänsliga instrumenten på James Webb Space Telescope (JWST) har forskare framgångsrikt visualiserat isjättens komplexa jonosfärstruktur och avslöjat hur dess unika magnetfält driver spektakulära infraröda polarsken. Detta genombrott, som publicerades den 19 februari 2026 i Geophysical Research Letters, ger den hittills mest detaljerade bilden av energiöverföring inom planetens atmosfär och bekräftar en mystisk avkylningstrend som har förbryllat forskare i över trettio år.
Forskningen, som leds av doktoranden Paola Tiranti, använde Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) på Webb-teleskopet för att observera Uranus under nästan en hel 15-timmars rotation. Genom att detektera den svaga infraröda glöden från H3+-molekyler kartlade teamet atmosfären upp till 5 000 kilometer ovanför molntäcket. Denna studie markerar ett betydande språng från tidigare tvådimensionella ögonblicksbilder, vilket gör det möjligt för forskare att spåra hur energi rör sig vertikalt genom atmosfären. Fynden representerar en milstolpe inom planetär vetenskap och erbjuder ett nytt ramverk för att förstå energibalansen hos isjättar, både inom vårt eget solsystem och i omloppsbana kring fjärran stjärnor.
Varför är Uranus magnetfält ovanligt och hur påverkar det dess polarsken?
Uranus magnetfält är ovanligt eftersom det är lutat ungefär 60 grader från dess rotationsaxel och är avsevärt förskjutet från planetens centrum. Denna feljustering gör att magnetosfären tumlar kaotiskt när planeten roterar, vilket leder laddade partiklar in i atmosfären och skapar komplexa, skiftande infraröda polarsken som inte ligger i linje med de geografiska polerna.
Till skillnad från jorden, där magnetfältet är relativt väl anpassat till rotationsaxeln, fungerar Uranus med en axellutning på 98 grader, vilket i princip innebär att den roterar på sidan. Huvudförfattaren Paola Tiranti noterade att Webb-teleskopets känslighet gjorde det möjligt för teamet att "se inflytandet av dess skeva magnetfält" i tre dimensioner för första gången. Observationerna detekterade två distinkta, ljusa auroraband nära de magnetiska polerna. Mellan dessa band identifierade forskarna en unik minskning i emission och jontäthet, ett särdrag som sannolikt orsakas av den specifika geometrin hos de magnetiska fältlinjerna som guidar partiklar genom den övre atmosfären.
Hur har Uranus övre atmosfär kylts ned under de senaste 30 åren?
Uranus övre atmosfär har uppvisat en konsekvent avkylningstrend sedan början av 1990-talet, med nuvarande mätningar som registrerar en genomsnittlig temperatur på cirka 426 kelvin (150 minusgrader Celsius). Denna långsiktiga nedgång kvarstår trots planetens säsongsbetonade förändringar, vilket tyder på att intern atmosfärisk cirkulation eller komplex jonosfärisk kemi spelar en dominerande roll i att reglera isjättens termiska tillstånd.
Teamets mätningar bekräftar att den avkylningstrend som observerats av markbaserade teleskop och tidigare rymdfarkoster har fortsatt in i 2026. Data från JWST visade att temperaturerna nu är betydligt lägre än de som registrerades under sent 1900-tal. Detta fenomen är särskilt förvånande med tanke på Uranus avstånd från solen, då traditionella modeller för soluppvärmning inte helt kan förklara dessa skiftningar. Forskare tror att det är avgörande att blottlägga mekanismen bakom denna avkylning för att förstå hur jätteplaneter reglerar sina temperaturer över tidsskalor på flera decennier.
Vad avslöjar de nya mätningarna om jontätheten i Uranus atmosfär?
De nya mätningarna avslöjar att jontätheten i Uranus atmosfär når sitt maximum vid ungefär 1 000 kilometer ovanför molntäcket, medan atmosfärstemperaturerna når sin topp betydligt högre upp, mellan 3 000 och 4 000 kilometer. Kartläggningen identifierade också "mörka" regioner med låg jontäthet mellan aurorabanden, liknande strukturer som tidigare observerats på Jupiter.
Dessa fynd möjliggjordes genom General Observer-programmet 5073, lett av Dr. Henrik Melin vid Northumbria University. Genom att använda teleskopets Integral Field Unit kunde teamet isolera jonosfärens vertikala struktur. Forskningen belyser att jontätheten inte följer en enhetlig gradient; istället påverkas den kraftigt av planetens magnetiska miljö. Paola Tiranti förklarade att spårandet av denna vertikala struktur är ett avgörande steg mot att karakterisera den atmosfäriska dynamiken hos jätteplaneter utanför vårt solsystem, där liknande magnetiska anomalier kan existera.
Implikationer för isjättars energibalans
Att förstå energibalansen hos Uranus har bredare implikationer för fältet exoplanetforskning. Eftersom isjättar hör till de vanligaste typerna av planeter i galaxen, fungerar 3D-kartan från forskarna vid Northumbria University som en "guldstandard" för vad man kan förvänta sig av liknande världar. Studien tyder på att uppvärmning från polarsken och interaktioner i magnetfältet är primära drivkrafter för atmosfäriskt beteende, vilket potentiellt väger tyngre än påverkan från solstrålning för planeter som befinner sig på stora avstånd från sina värdstjärnor.
Data ger också kritiskt sammanhang för framtida utforskningsuppdrag. Just nu utvärderar rymdorganisationer uppdraget Uranus Orbiter and Probe, som syftar till att studera planetens inre och atmosfär på plats. Fynden från JWST hjälper till att förfina de instrument och uppdragsparametrar som krävs för att studera jonosfären på nära håll. Genom att avslöja de specifika höjder där jontäthet och temperatur toppar, gör forskningen det möjligt för ingenjörer att bättre förutsäga det atmosfäriska motståndet och den strålningsmiljö som en framtida sond skulle möta.
En jämförande blick på planetära polarsken
Även om polarskenen på Uranus drivs av dess skeva magnetfält, delar de grundläggande likheter med auroraktivitet på andra håll i solsystemet. På jorden är polarskenen för närvarande kraftiga, med ett Kp-index på 5 som indikerar måttlig (G1) geomagnetisk stormaktivitet. Under sådana perioder är polarsken synliga vid latituder så låga som 56,3 grader, inklusive regioner som:
- Fairbanks, Alaska (USA)
- Reykjavik, Island
- Tromsø, Norge
- Stockholm, Sverige
- Helsingfors, Finland
På Uranus sker dock dessa "ljusshower" i det infraröda spektrumet och är mycket mer omfattande, och sträcker sig tusentals kilometer ut i rymden. JWST har nyligen också fångat liknande fenomen på Jupiter och Neptunus, vilket tyder på att auroraktivitet är ett universellt drag hos magnetiserade planeter, även om den specifika visuella manifestationen beror kraftigt på planetens kemiska sammansättning och magnetiska orientering.
Framtiden för forskning om isjättar
Framgången med detta 3D-kartläggningsprojekt signalerar en ny era för forskargruppen Solar and Space Physics vid Northumbria University. Framtida studier kommer sannolikt att fokusera på nästa steg inom Uranus-forskningen: att avgöra om den 30-åriga avkylningstrenden är cyklisk eller ett permanent skifte. Astronomer planerar att använda James Webb Space Telescope för att utföra uppföljande observationer vid olika tidpunkter i planetens 84 år långa omloppsbana för att se hur de skiftande årstiderna påverkar jonosfärens 3D-struktur.
Som det främsta rymdobservatoriet fortsätter Webb att lösa mysterier i vårt närområde samtidigt som det blickar mot universums ursprung. Denna studie, med stöd från NASA, ESA och CSA, understryker vikten av internationellt samarbete för att tackla de mest komplexa frågorna inom planetär vetenskap. Med den första 3D-kartan över Uranus nu färdigställd är det vetenskapliga samfundet ett steg närmare att förstå de "mystiska strukturer" som finns hos jättarna vid utkanten av vårt solsystem.
Comments
No comments yet. Be the first!