RW Space

Уран — необычная планета Солнечной системы.

Хотя ось вращения большинства планет перпендикулярна плоскости их орбит, угол наклона Урана составляет 98 градусов. Он перевернулся на бок, вероятно, в результате древнего столкновения. Он также имеет ретроградное вращение, противоположное большинству планет.

Ледяной гигант также имеет необычные отношения с Солнце, которое отличает его от других планет.

Уникальность Урана распространяется на его верхнюю атмосферу, называемую термосфера-корона. Температура в этом регионе превышает 500 градусов по Цельсию, и ответственные за это источники тепла озадачили астрономов.

Корона распространяется как на высоте 50 000 км над поверхностью, что также отличает ее от других планет. Еще более странно, что его температура падает.

Когда в 1986 году «Вояджер-2» пролетел мимо Урана, он измерил температуру термосферы. В последующие десятилетия телескопы непрерывно измеряли температуру Урана.

Все эти измерения показывают, что верхняя атмосфера планеты охлаждается и что температура снизилась вдвое. Ни на одной другой планете не произошло подобных изменений.

Ученым известно, что термосфера Урана представляет собой тонкий слой. Он имеет встроенную ионосферу и помогает астрономам измерять температуру термосферы. Это слой ионов, отделяющий нижние слои атмосферы от магнитосферы планеты.

Ионы H3+ быстро попадают в ионосферу достичь теплового равновесия с окружающими нейтралами. Ионы излучают фотоны в ближнем инфракрасном диапазоне (БИК), что позволяет астрономам контролировать температуру термосферы с помощью наземных телескопов, поскольку некоторые длины волн БИК проходят через атмосферу Земли.

Вот откуда они знают, что верхние слои атмосферы остывают, тогда как наблюдения за нижними слоями атмосферы не показывают охлаждения.

Похолодание вызывает недоумение, и сезонные эффекты были исключены как причина падения температуры. То же самое произошло и с 11-летним солнечным циклом Солнца, в котором наблюдается изменение уровня энергии Солнца.

Новое Исследование, опубликованное в журнале Geophysical Review Letters, дает объяснение температурному сдвигу. Он озаглавлен: «Энергия солнечного ветра, вероятно, управляет температурой термосферы Урана». Ведущий автор — доктор Адам Мастерс с факультета физики Имперского колледжа.

По данным Masters и По мнению его коллег, за охлаждение Урана отвечает солнечный ветер. Солнечный ветер — это поток заряженных частиц, исходящий из самого внешнего слоя Солнца — короны. Это плазма, состоящая в основном из электронов и протонов, а также содержащая атомные ядра и тяжелые ионы.

«Это очевидно очень сильный контроль над верхней атмосферой Урана со стороны солнечного ветра не похож на то, что мы видели на любой другой планете нашей Солнечной системы», — сказал Адамс.

Хотя солнечный ветер не прекращается, его свойства постепенно меняются в течение времени, которое соответствует изменениям в верхних слоях атмосферы Урана.

Примерно с 1990 года среднее внешнее давление солнечного ветра падает медленно, но значительно. Падение не коррелирует с известным 11-летним циклом Солнца, но тесно коррелирует с изменением температуры Урана.

Это подсказало исследователям, что, в отличие от Земли, температура Урана не контролируется фотонами.

Хорошо известный факт, что фотоны Солнца нагревают Землю. Это основа жизни. Хотя магнитосфера нашей планеты в значительной степени защищает Землю от солнечного ветра, фотоны не останавливаются.

Уран дальше от Солнца, чем Земля, почти на 3 миллиарда км, тогда как Земля находится всего в 228 миллионах км от Солнца. Количество фотонов, достигающих Урана, недостаточно, чтобы нагреть планету. Вместо этого уменьшающийся солнечный ветер позволяет магнитосфере Урана расширяться.

Поскольку магнитосфера защищает Уран от солнечного ветра, его расширение затрудняет достижение солнечного ветра до планеты. Энергия течет через пространство вокруг планеты, в конечном итоге достигая термосферы и контролируя ее температуру.

«Убывающая солнечная энергия Кинетическая мощность ветра, или почти идентичная полная мощность солнечного ветра, должна означать ослабление нагрева термосферы Урана, что приводит к наблюдаемому долгосрочному снижению температуры», — объясняют авторы в своей статье.

Это означает, что на близких планетах, таких как Земля, звездный свет контролирует температуру термосферы, а на более удаленных планетах верх берет солнечный ветер.

Это открытие может повлиять на предлагаемую будущую миссию к Урану.

Декадное исследование планетологии и астробиологии 2023-2032 гг. определило миссию на Уран в качестве главного приоритета, хотя до сих пор ни одна из них не была одобрена. Концепция миссии называется Uranus Orbiter and Probe (UOP), и одна из ее основных целей — изучение атмосферы ледяного гиганта.

Миссия должна была раскрыть тайну охлаждения Урана, но ученые изо всех сил пытались ее понять. Эти результаты означают, что цели миссии могут быть обновлены, и возникает вопрос, как энергия солнечного ветра попадает в необычную магнитосферу Урана.

Это исследование не только отвечает на загадочный вопрос об Уране, но также распространяется на экзопланеты. Если такое охлаждение солнечным ветром может произойти здесь, то оно может произойти и где-то еще.

«За пределами Солнечной системы, Это объяснение охлаждения термосферы Урана подразумевает, что экзопланеты-компаньоны, на которых расположены звезды без сильного локального движения (как у Юпитера) и с достаточно большими магнитосферами, будут подвергаться преимущественно электродинамическому взаимодействию со своей родительской звездой», — пишут авторы.

Для этих экзопланет тепловую эволюцию верхних слоев атмосферы будет сильно определять звездный ветер, а не звездное излучение. Звездный ветер также может вызывать определенные типы полярных сияний.

«Это сильное взаимодействие звезды и планеты на Уране может имеют значение для установления того, генерируют ли разные экзопланеты сильные магнитные поля внутри себя — важный фактор в поиске обитаемых миров за пределами нашей Солнечной системы», — заключил Адамс.

Эта статья была первоначально опубликована изданием Universe. Сегодня. Прочтите оригинал статьи.