Возвращаясь к данным «Вояджера-2» десятилетней давности, ученые обнаружили еще один секрет об Уране

в 14:58, , рубрики: астрономия, атмосфера урана, магнитосфера, Научно-популярное, планетология, планеты, Солнечная система, уран

Привет, читатель! Меня зовут Ирина, я веду телеграм-канал об астрофизике и квантовой механике «Quant». Сегодня подготовила для вас перевод статьи о планете Уран, а точнее, об его секрете, который был обнаружен совсем недавно.

Приятного чтения!

image

«Вояджер-2» сделал этот снимок 14 января 1986, когда приближался к планете Уран. Туманный голубоватый цвет планеты обусловлен присутствием в ее атмосфере метана, который поглощает красные волны света.

Через восемь с половиной лет своего грандиозного путешествия по Солнечной системе космический аппарат НАСА «Вояджер-2» был готов к новой встрече. Это произошло 24 января 1986 года, и вскоре он встретится с таинственной седьмой планетой, ледяным Ураном.
В течение следующих нескольких часов «Вояджер-2» пролетел в пределах 50 600 миль (81 433 километра) от облачных вершин Урана, собирая данные, которые выявили два новых кольца, 11 новых лун и температуру ниже минус 353 градусов по Фаренгейту (минус 214 градусов по Цельсию). Набор данных по-прежнему является единственным близким измерением, которое мы когда-либо делали на планете.

Спустя три десятилетия ученые, заново изучив эти данные, обнаружили еще один секрет.
Без ведома всего сообщества космической физики 34 года назад «Вояджер-2» пролетел через плазмоид — гигантский магнитный пузырь, который, возможно, уносил атмосферу Урана в космос. Это открытие поднимает новые вопросы о единственной в своем роде магнитной среде планеты.

Атмосфера планет по всей Солнечной системе просачивается в космос. Водород поднимается с Венеры, чтобы присоединиться к солнечному ветру, непрерывному потоку частиц, покидающих Солнце. Юпитер и Сатурн выбрасывают шары своего электрически заряженного воздуха. Даже земная атмосфера протекает. (Не волнуйтесь, он останется здесь еще на миллиард лет или около того.)

Эти эффекты ничтожно малы в масштабах человеческого времени, но при достаточно длительном времени атмосферный побег может фундаментально изменить судьбу планеты. В качестве примера рассмотрим Марс.

«Раньше Марс был влажной планетой с плотной атмосферой», — говорит Джина Дибраччо, космический физик из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА и научный сотрудник проекта по изучению атмосферы Марса и волатильной эволюции, или миссии MAVEN. «Она эволюционировала с течением времени» — 4 миллиарда лет утечки в космос — «чтобы стать сухой планетой, которую мы видим сегодня.»

image

Магнитное поле Урана. Желтая стрелка указывает на Солнце, светло-голубая — на магнитную ось Урана, а темно-синяя — на ось вращения Урана.

Атмосферный побег управляется магнитным полем планеты, которое может как помочь, так и помешать этому процессу. Ученые считают, что магнитные поля могут защитить планету, отражая разрушающие атмосферу взрывы солнечного ветра. Но они также могут создавать возможности для бегства, подобно гигантским шарам, которые отрываются от Сатурна и Юпитера, когда линии магнитного поля запутываются. В любом случае, чтобы понять, как меняется атмосфера, ученые уделяют пристальное внимание магнетизму.

Это еще одна причина, по которой Уран — такая загадка. Полет «Вояджера-2» в 1986 году показал, насколько магнитно странна эта планета.

«Структура, то, как она движется… — говорит Дибраччо, — Уран действительно существует сам по себе.»

В отличие от любой другой планеты в нашей Солнечной системе, Уран почти идеально вращается на боку, совершая полный оборот за 17 часов. Ось его магнитного поля направлена на 60 градусов от оси вращения, поэтому, когда планета вращается, ее магнитосфера-пространство, вырезанное ее магнитным полем, колеблется, как плохо брошенный футбольный мяч. Ученые до сих пор не знают, как его смоделировать.

Эта странность привлекла к проекту Дибраччо и ее соавтора Дэна Гершмана, коллегу по космической физике. Оба были частью команды, разрабатывающей планы новой миссии к «ледяным гигантам» Урану и Нептуну, и они искали загадки, которые можно было бы разгадать. Странное магнитное поле Урана, последний раз измеренное более 30 лет назад, казалось хорошей отправной точкой.

Поэтому они загрузили показания магнитометра «Вояджера-2», который отслеживал силу и направление магнитных полей вблизи Урана, когда космический корабль пролетал мимо. Не имея ни малейшего представления о том, что они обнаружат, они приблизились ближе, чем предыдущие исследования, рисуя новую точку данных каждые 1,92 секунды. Плавные линии уступили место зазубренным шипам и провалам. И вот тогда они увидели его: крошечный зигзаг с большой историей.

«Как ты думаешь, это может быть… плазмоид?» — спросил Гершман у Дибраччо, заметив эту закорючку.

Малоизвестные во время полета «Вояджера-2» плазмоиды с тех пор стали признаваться важным способом потери массы планетами. Эти гигантские пузырьки плазмы, или наэлектризованного газа, отщипываются от конца магнитного хвоста планеты — той части ее магнитного поля, которую Солнце сдувает назад, как ветровой шок. При достаточном времени ускользающие плазмоиды могут слить ионы из атмосферы планеты, коренным образом изменив ее состав. Их наблюдали на Земле и других планетах, но никто не обнаружил плазмоидов на Уране — пока.

«Я думаю, что это действительно так», — сказала Дибраччо.

image

Данные магнитометра, полученные во время полета «Вояджера-2» над Ураном в 1986 году. Красная линия показывает данные, усредненные за 8-минутные периоды, временную частоту, используемую несколькими предыдущими исследованиями. В черном цвете те же данные выводятся на график с более высоким временным разрешением 1,92 секунды, показывая зигзагообразную сигнатуру плазмоида.

Пузырь сбегает

Обнаруженный Дибраччо и Гершманом плазмоид занимал всего 60 секунд 45-часового полета «Вояджера-2» на Уране. Это было похоже на быстрый всплеск вверх-вниз в данных магнитометра. «Но, если вы изобразите его в трехмерном изображении, он будет выглядеть как цилиндр», —сказал Гершман.

Сравнивая свои результаты с плазмоидами, наблюдаемыми на Юпитере, Сатурне и Меркурии, они оценили цилиндрическую форму по меньшей мере в 127 000 миль (204 000 километров) в длину и примерно до 250 000 миль (400 000 километров) в поперечнике. Как и все планетарные плазмоиды, он был полон заряженных частиц — в основном ионизированного водорода.
Показания приборов внутри плазмоида — когда «Вояджер-2» пролетал сквозь него — намекали на его происхождение. В то время как некоторые плазмоиды имеют скрученное внутреннее магнитное поле, Дибраччо и Гершман наблюдали гладкие замкнутые магнитные петли. Такие петлеобразные плазмоиды обычно образуются, когда вращающаяся планета выбрасывает в космос кусочки своей атмосферы.

«Центробежные силы берут верх, и плазмоид отрывается», — сказал Гершман. По их оценкам, на плазмоиды, подобные этому, может приходиться от 15 до 55% потерь массы атмосферы на Уране, что больше, чем на Юпитере или Сатурне. Вполне возможно, что именно таким образом Уран сбрасывает свою атмосферу в космос.

Как побег плазмоида изменил Уран с течением времени? Имея только один набор наблюдений, это трудно сказать.

«Представьте себе, что один космический корабль просто пролетел через эту комнату и попытался охарактеризовать всю Землю, — говорит Дибраччо. — Очевидно, он не скажет вам ничего о том, что такое Сахара или Антарктида.»

Но полученные результаты помогают сформулировать новые вопросы о планете.
«Вот почему я люблю планетарную науку, — сказала Дибраччо. —Ты всегда идешь туда, куда на самом деле не знаешь.»

Автор: Irina S.

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js