В Солнечной системе насчитывается 8 известных планет. Семь из них следуют определённому порядку: они вращаются в одном направлении, их северные и южные полюса ориентированы примерно одинаково, а их системы спутников имеют плоскости орбит, приблизительно совпадающие с общей плоскостью Солнечной системы.
Но есть и Уран.
«Уран — это странно», — сказал Кристиан Сото, астроном из Научного института космического телескопа при Университете Джонса Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд, на 246-м заседании Американского астрономического общества 8–12 июня в Анкоридже, Аляска. Настолько странно, что, когда его команда решила проверить, казалось бы, простую гипотезу о спутниках Урана, они не только не смогли подтвердить свою гипотезу, но и обнаружили прямо противоположное.
Уран — седьмая планета от Солнца, и его странность наиболее ярко проявляется в том, что по сравнению с остальной Солнечной системой он наклонён на 98 градусов набок. Это означает, что его полюса направлены не на Полярную звезду и Южный Крест — или на какие-либо другие созвездия в северном и южном небе Земли, — а на созвездия, расположенные ближе к нашему экватору.
Джерри Олтион, астроном-любитель и производитель телескопов из Юджина, штат Орегон, и давний обозреватель журнала Sky and Telescope, определил точное местоположение полюсов Урана с помощью программного обеспечения планетария. Северный полюс Урана, по его словам, направлен к звезде под названием Сабик в созвездии Змееносца, чуть севернее эклиптики между Скорпионом и Стрельцом. Южный полюс Урана направлен к границе между созвездиями Ориона и Тельца.
Орбиты крупных спутников Урана также необычны: они следуют плоскости, которая, хотя и тесно связана с экватором планеты, почти перпендикулярна орбитам большинства других крупных тел в Солнечной системе.
И чтобы добавить странности, учёные-планетологи обнаружили, что магнитное поле Урана отличается от его оси вращения на 59 градусов. Это примерно то же самое, как если бы магнитные полюса Земли находились в Перте и северной Флориде.
Целью Сото было определить, как необычное магнитное поле Урана взаимодействует с его четырьмя крупнейшими спутниками: Ариэлем, Умбриэлем, Титанией и Обероном.
Эти спутники всегда повёрнуты к Урану одной и той же стороной, как и Луна к Земле. Вследствие этого у них также есть постоянные «ведущая» и «отстающая» стороны.
Ведущая сторона обращена в том же направлении, что и их орбиты, в то время как отстающая сторона обращена в противоположном направлении.
Может показаться, что ведущая сторона наиболее подвержена воздействию радиации от магнитного поля Урана, но на самом деле всё наоборот. Это связано с тем, что Уран вращается один раз каждые 17 часов 14 минут, в то время как ни у одного из этих спутников период обращения не короче 60 часов. Это означает, что магнитное поле Урана настигает их сзади, наиболее сильно воздействуя на их отстающие стороны.
Чтобы определить влияние этого на поверхности спутников, команда Сото использовала космический телескоп Хаббла для получения ультрафиолетовых изображений их ведущих и отстающих сторон в поисках признаков радиационного облучения.
Миллионы лет более интенсивного облучения их отстающих сторон, по его словам, должны были создать больше соединений, таких как углекислый газ, которые поглощают ультрафиолетовый свет. Это сделало бы их отстающие стороны сравнительно тёмными при наблюдении с помощью ультрафиолетовой камеры Хаббла.
Но, по его словам, когда космический телескоп Хаббла направил свой взгляд на спутники Урана, он не обнаружил ничего подобного. У самого внутреннего из четырёх спутников, Ариэля и Умбриэля, едва ли можно было заметить разницу между их ведущими и отстающими сторонами. У двух внешних спутников, особенно у самого дальнего, Оберона, более тёмной оказалась ведущая сторона.
Это было, мягко говоря, поразительно.
Одна из возможностей состоит в том, что магнитосфера Урана (зона, содержащая излучение, захваченное его магнитным полем) может быть не такой активной, как считалось ранее. «Или, — сказал Сото, — всё может быть намного сложнее, чем мы думали».
Но это объясняет только отсутствие потемнения на отстающих сторонах этих спутников. Потемнение на их ведущих сторонах означает, что происходит и какой-то другой процесс.
Скорее всего, по словам Сото, это связано с группой других спутников Урана, известных как его неправильные спутники.
Неправильные спутники — это спутники, орбиты которых каким-то образом необычны. Они могут быть далеко расположены, сильно наклонены, иметь сильно вытянутую эллиптическую форму или даже вращаться в направлении, противоположном большинству других спутников. Скорее всего, эти спутники — астероиды, захваченные, когда они приблизились к своей планете слишком близко. Они, как правило, намного меньше крупных спутников, хотя их диаметр может превышать 100 километров.
Четыре крупнейших спутника Урана, упорядоченные по их расстоянию от планеты. Слева направо: Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон.
Сатурн имеет их больше всего — 250, согласно последним подсчётам в Википедии. У Юпитера — 89. У Урана на сегодняшний день известно только 10, но, поскольку он изучен не так хорошо, как Сатурн и Юпитер, у него может быть гораздо больше, пока не обнаруженных.
«Мы думаем, что микрометеориты постоянно сталкиваются с поверхностями неправильных спутников Урана, — сказал Сото. — [Это] выбрасывает пыль на их орбиты вокруг планеты». В течение миллионов лет, по его словам, «эта пыль движется внутрь, к Урану, и в конечном итоге пересекает орбиты других спутников. Эти спутники проносятся сквозь пыль и собирают её, в основном на своих ведущих полушариях».
«Лучшая аналогия, которую мы можем придумать, — это быстрая езда по шоссе, и жуки, бьющиеся о лобовое стекло. Вот что мы здесь наблюдаем», — говорит он.
Причина, по которой ведущие стороны внутренних спутников, Ариэля и Умбриэля, не покрываются большим количеством этой пыли, вероятно, заключается в том, что внешние спутники, Оберон и Титания, защищают их от пыли, собирая её, прежде чем она сможет мигрировать так далеко внутрь, сказал Сото. Но почему Оберон, по-видимому, получает гораздо больше пыли, чем Титания, — загадка.
«Это один из странных выводов, которые мы получили, — сказал Сото. — У нас есть вся эта пыль, но по какой-то причине Титания в безопасности, а Оберон получает всю эту пыль».
Далее, по его словам, последуют исследования с помощью ближнего инфракрасного спектрографа космического телескопа Джеймса Уэбба, который будет наблюдать те же четыре спутника в августе, сентябре и январе.
Но мечта, по его словам, — это специальная миссия к Урану, одной из двух планет, которые не посещали за последние 39 лет. «Вот на что мы надеемся», — сказал Сото.
Ещё в 2021 году NASA рассматривала планы по созданию орбитального аппарата и зонда Урана, который мог бы достичь гигантской планеты в начале 2040-х годов. В текущем бюджетном цикле NASA финансирование такой миссии маловероятно, но Сото не отказался от перспективы миссии по повторному посещению Урана в будущем.
«Это очень странно, так почему бы и нет?» — сказал он.