После десятилетий неудачных попыток и многообещающих, но неопределённых результатов астрономы наконец-то зафиксировали полярное сияние на Нептуне. Используя космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), исследователи впервые обнаружили инфракрасное свечение полярного сияния и спектральную подпись ключевого индикатора полярных сияний в верхних слоях атмосферы Нептуна.
Спектр этой ионизированной молекулы также указывает на то, что верхние слои атмосферы Нептуна значительно охладились с момента пролёта «Вояджера-2» 34 года назад.
Полярные сияния наблюдались на планетах и спутниках Солнечной системы. Теории предсказывали, что на Нептуне также должны быть полярные сияния, но предыдущие попытки их обнаружить не увенчались успехом, сказал Хенрик Мелин, исследователь планетарных полярных сияний из Университета Нортумберленда в Ньюкасл-апон-Тайне, Великобритания.
«Я провёл много-много ночей на горе, пытаясь обнаружить это с помощью наземных телескопов. Вы проводите четыре ночи, глядя на Нептун, и ничего не видите», — сказал Мелин.
Это открытие полярного сияния «дополняет набор» полярных сияний на газовых гигантах, добавил он. «У нас есть Юпитер, у нас есть Сатурн, у нас есть Уран. Теперь у нас есть Нептун».
**Холодное полярное сияние**
Полярные сияния возникают, когда заряженные частицы, например, из солнечного ветра или близлежащего вулканического спутника, взаимодействуют с магнитосферой и верхними слоями атмосферы небесного тела. Некоторые полярные сияния светятся в видимом свете, как на Земле и некоторых спутниках Юпитера. Полярные сияния Меркурия сияют в рентгеновском свете.
На планетах с атмосферами, в которых преобладает водород, таких как Юпитер, Сатурн и Уран, полярные сияния обычно светятся в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне и сопровождаются присутствием катиона триводорода (H₃⁺). Где бы они ни возникали, полярные сияния могут помочь учёным понять внутреннее устройство магнитосферы планеты.
«Эмиссии полярного сияния дают важное представление о космической среде планеты», — сказал Джонатан Николс, исследователь полярных сияний на планетах в Лестерском университете в Великобритании, который не участвовал в новом открытии. — «И это особенно важно для Нептуна, который имеет очень странное магнитное поле».
Краткий пролёт «Вояджера-2» в 1989 году показал, что магнитное поле Нептуна наклонено относительно оси вращения и смещено от центра планеты. Во время пролёта также были обнаружены некоторые признаки возможного полярного сияния, которые астрономы с тех пор надеялись подтвердить. Модели атмосферы и магнитного поля Нептуна предполагают, что полярные сияния на Нептуне также можно отследить по H₃⁺, и даже предсказывают долготы, на которых они должны появиться. Но обнаружение полярных сияний оказалось непростой задачей.
В июне 2023 года Мелин и его коллеги получили ближнеинфракрасный спектр Нептуна с помощью JWST, первоначально намереваясь изучить циркуляцию средних слоёв атмосферы Нептуна. Наблюдения неожиданно выявили инфракрасное свечение полярного сияния, а также удивительно чёткий инфракрасный спектр H₃⁺, излучаемый верхними слоями атмосферы планеты.
Интенсивность спектра H₃⁺ указывает на то, что температура верхних слоёв атмосферы, генерирующих полярное сияние, составляет 85 °C (358 K), что значительно ниже температуры 477 °C (750 K), измеренной «Вояджером-2».
«Это было большой неожиданностью», — сказал Мелин.
Сезоны на Нептуне длятся примерно 41 земной год, поэтому такое резкое охлаждение произошло быстрее, чем за сезонный период. Исследователи пока не понимают, что может вызывать такое охлаждение, сказал Мелин, хотя оно, вероятно, не связано с необычно прохладным летом, наблюдаемым в других частях атмосферы Нептуна.
«Следствием таких низких температур является то, что эмиссии полярного сияния чрезвычайно слабы», — сказал Мелин. Это объясняет, почему полярные сияния на Нептуне ускользали от взглядов наземных и космических телескопов раньше. «Просто было очень-очень холодно».
«Здорово видеть это дополнение к семейному портрету полярных сияний в Солнечной системе», — сказал Николс. — «Теперь, когда мы знаем, насколько ярка инфракрасная эмиссия, мы можем рассчитать интенсивность в других длинах волн, таких как ультрафиолетовая, и запустить модели, чтобы увидеть, какова структура верхних слоёв атмосферы».
Исследователи опубликовали своё открытие в журнале Nature Astronomy.
**Нептунианский день**
Данные JWST оказались достаточно чёткими, чтобы проследить полярные сияния до определённых широт и долгот, «создав первую карту полярного сияния на Нептуне», — сказал Мелин.
Более того, полярные сияния появились ровно на тех долготах в южном полушарии, которые предсказывались давними теориями.
«Это многообещающая отправная точка для настоящего понимания Нептуна», — сказал Мелин.
Позже в этом году команда несколько раз направит JWST на Нептун в течение месяца, чтобы узнать больше о том, что вызывает его полярные сияния и как магнитосфера планеты реагирует на различные уровни солнечной активности.
«Изучая морфологию полярных сияний и её изменения со временем, мы можем понять, что их вызывает», — сказал Мелин. Команде нужно больше данных для этого, «но это многообещающая отправная точка для настоящего понимания Нептуна».
Добавить комментарий