Анализ старых данных с космического аппарата NASA Voyager 2 раскрывает несколько загадок Урана

Первая панель этой концепции художника изображает, как вела себя магнитосфера Урана — его защитный пузырь — до пролета космического аппарата NASA Voyager 2. Вторая панель показывает необычную солнечную погоду, которая наблюдалась во время пролета 1986 года, что дало ученым искаженное представление о магнитосфере. Автор: NASA/JPL-Caltech

Когда космический аппарат НАСА Voyager 2 пролетел мимо Урана в 1986 году, он предоставил ученым первую — и, пока, единственную — возможность близко рассмотреть эту странную, вращающуюся вбок внешнюю планету. Наряду с открытием новых лун и колец, перед учеными встали новые загадочные загадки. Возбужденные частицы вокруг планеты бросили вызов их пониманию того, как работают магнитные поля, чтобы задерживать излучение частиц, и Уран заслужил репутацию аномалии в нашей солнечной системе.

Теперь новое исследование, анализирующее данные, собранные во время этого пролета 38 лет назад, обнаружило, что источником этой конкретной тайны является космическое совпадение. Оказывается, в дни, непосредственно предшествовавшие пролету Вояджера-2, планета подверглась влиянию необычного вида космической погоды, которая сжала магнитное поле планеты, резко сжав магнитосферу Урана.

«Если бы Voyager 2 прибыл всего на несколько дней раньше, он бы увидел совершенно иную магнитосферу Урана», — сказал Джейми Ясински из Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии и ведущий автор новой работы, опубликованной в Nature Astronomy. «Космический аппарат увидел Уран в условиях, которые встречаются лишь около 4% времени».

Магнитосферы служат защитными пузырями вокруг планет (включая Землю) с магнитными ядрами и магнитными полями, защищая их от струй ионизированного газа — или плазмы, — которые вырываются из Солнца в солнечном ветре. Узнать больше о том, как работают магнитосферы, важно для понимания нашей собственной планеты, а также тех, что находятся в редко посещаемых уголках нашей солнечной системы и за ее пределами.

Вот почему ученые стремились изучить магнитосферу Урана, и то, что они увидели в данных Voyager 2 в 1986 году, их смутило. Внутри магнитосферы планеты находились электронные радиационные пояса, интенсивность которых уступала только печально известным жестоким радиационным поясам Юпитера. Но, по-видимому, не было источника заряженных частиц, чтобы питать эти активные пояса; фактически, остальная часть магнитосферы Урана была почти лишена плазмы.

Отсутствующая плазма также озадачила ученых, поскольку они знали, что пять основных лун Урана в магнитном пузыре должны были производить ионы воды, как это делают ледяные луны вокруг других внешних планет. Они пришли к выводу, что луны должны быть инертными и не проявлять никакой постоянной активности.

Voyager 2 НАСА сделал этот снимок Урана во время пролета мимо ледяного гиганта в 1986 году. Новое исследование с использованием данных миссии показывает, что во время пролета произошло событие солнечного ветра, что привело к загадке магнитосферы планеты, которая теперь может быть решена. Автор: NASA/JPL-Caltech

Разгадка тайны

Так почему же не наблюдалось плазмы, и что происходило, чтобы усилить радиационные пояса? Новый анализ данных указывает на солнечный ветер. Когда плазма от солнца ударяла и сжимала магнитосферу, она, вероятно, вытесняла плазму из системы. Событие солнечного ветра также могло бы на короткое время усилить динамику магнитосферы, что подпитывало бы пояса, инжектируя в них электроны.

Результаты могут быть хорошими новостями для пяти основных лун Урана: некоторые из них могут быть геологически активными. С объяснением временного отсутствия плазмы, исследователи говорят, что вполне вероятно, что луны на самом деле могли извергать ионы в окружающий пузырь все это время.

Ученые-планетологи сосредоточили свои усилия на расширении своих знаний о загадочной системе Урана, которую Десятилетний обзор планетарной науки и астробиологии Национальной академии наук 2023 года определил в качестве приоритетной цели для будущей миссии НАСА.

Линда Спилкер из JPL была среди ученых миссии Voyager 2, которые внимательно следили за изображениями и другими данными, поступившими во время пролета Урана в 1986 году. Она помнит ожидание и волнение от этого события, изменившего взгляды ученых на систему Урана.

«Пролет был полон сюрпризов, и мы искали объяснение его необычного поведения. Магнитосфера, измеренная Voyager 2, была лишь моментальным снимком во времени», — сказал Спилкер, который вернулся в знаковую миссию, чтобы возглавить ее научную группу в качестве ученого проекта. «Эта новая работа объясняет некоторые из очевидных противоречий, и она снова изменит наш взгляд на Уран».

«Вояджер-2», который сейчас находится в межзвездном пространстве, находится на расстоянии почти 13 миллиардов миль (21 миллиарда километров) от Земли.

Больше информации: Jamie Jasinski et al, The anomalous state of Uranus's magnetosphere during the Voyager 2 flyby, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02389-3. www.nature.com/articles/s41550-024-02389-3

Источник: NASA