Уэбб впервые запечатлел полярные сияния на Нептуне

Автор: Webb Space Telescope

Нептун находится на холодной, темной, обширной границе внешних границ нашей Солнечной системы, примерно в 3 миллиардах миль от Солнца.

Впервые космический телескоп NASA James Webb запечатлел яркую полярную активность на Нептуне. Полярные сияния возникают, когда энергичные частицы, часто исходящие от Солнца, попадают в магнитное поле планеты и в конечном итоге попадают в верхние слои атмосферы. Энергия, высвобождаемая во время этих столкновений, создает характерное свечение.

В прошлом астрономы видели заманчивые намеки на полярную активность на Нептуне, например, во время пролета мимо него космического аппарата NASA Voyager 2 в 1989 году. Однако получение изображений и подтверждение полярных сияний на Нептуне долгое время ускользало от астрономов, несмотря на успешные обнаружения на Юпитере, Сатурне и Уране. Нептун был недостающим элементом головоломки, когда дело дошло до обнаружения полярных сияний на гигантских планетах нашей солнечной системы.

«Оказалось, что на самом деле визуализация полярной активности на Нептуне была возможна только с чувствительностью Уэбба в ближнем инфракрасном диапазоне», — сказал ведущий автор Хенрик Мелин из Нортумбрийского университета, который проводил исследование, работая в Университете Лестера. «Это было так потрясающе — не просто увидеть полярные сияния, но и детализация и четкость сигнатуры действительно потрясли меня». Результаты команды были опубликованы в Nature Astronomy.

Данные были получены в июне 2023 года с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона Уэбба. В дополнение к изображению планеты астрономы получили спектр для характеристики состава и измерения температуры верхней атмосферы планеты (ионосферы). Впервые они обнаружили чрезвычайно заметную линию излучения, указывающую на присутствие тригидрогенного катиона (H ₃ ⁺), который может образовываться в полярных сияниях. На снимках Нептуна, полученных Уэббом, светящееся сияние выглядит как пятна, представленные голубым цветом.

«H ₃ ⁺ был явным признаком полярной активности на всех газовых гигантах — Юпитере, Сатурне и Уране, и мы ожидали увидеть то же самое на Нептуне, поскольку мы исследовали планету на протяжении многих лет с помощью лучших доступных наземных средств», — объяснила Хайди Хаммель из Ассоциации университетов по исследованиям в области астрономии, междисциплинарный ученый Уэбба и руководитель программы Guaranteed Time Observation, в рамках которой были получены данные. «Только с помощью машины вроде Уэбба мы наконец получили это подтверждение».

Активность полярных сияний, наблюдаемая на Нептуне, также заметно отличается от того, что мы привыкли видеть здесь, на Земле, или даже на Юпитере или Сатурне. Вместо того, чтобы ограничиваться северным и южным полюсами планеты, полярные сияния Нептуна расположены в географических средних широтах планеты — вспомните, где на Земле находится Южная Америка.

Наблюдения Нептуна с помощью JWST NIRSpec. Автор: Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02507-9

Это связано со странной природой магнитного поля Нептуна, первоначально открытого Вояджером 2 в 1989 году, которое наклонено на 47 градусов относительно оси вращения планеты. Поскольку полярная активность базируется там, где магнитные поля сходятся в атмосфере планеты, полярные сияния Нептуна находятся далеко от его полюсов вращения.

Революционное обнаружение полярных сияний на Нептуне поможет нам понять, как магнитное поле Нептуна взаимодействует с частицами, которые исходят от Солнца в отдаленные уголки нашей Солнечной системы, что откроет совершенно новое окно в науке об атмосфере ледяных гигантов.

Из наблюдений Уэбба команда также измерила температуру верхней части атмосферы Нептуна впервые с момента пролета Вояджера 2. Результаты намекают на то, почему полярные сияния Нептуна так долго оставались скрытыми от астрономов.

«Я был поражен — верхняя атмосфера Нептуна охладилась на несколько сотен градусов», — сказал Мелин. «На самом деле, температура в 2023 году была чуть более половины от температуры 1989 года».

На протяжении многих лет астрономы предсказывали интенсивность полярных сияний Нептуна на основе температуры, зафиксированной Вояджером 2. Значительно более низкая температура привела бы к гораздо более слабым полярным сияниям. Эта низкая температура, вероятно, является причиной того, что полярные сияния Нептуна оставались незамеченными так долго. Резкое охлаждение также предполагает, что эта область атмосферы может сильно измениться, несмотря на то, что планета находится более чем в 30 раз дальше от Солнца по сравнению с Землей.

Вооруженные этими новыми открытиями, астрономы теперь надеются изучать Нептун с Уэббом в течение полного солнечного цикла, 11-летнего периода активности, обусловленного магнитным полем Солнца. Результаты могут дать представление о происхождении странного магнитного поля Нептуна и даже объяснить, почему оно так наклонено.

«Заглядывая вперед и мечтая о будущих миссиях к Урану и Нептуну, мы теперь знаем, насколько важно иметь инструменты, настроенные на длины волн инфракрасного света, чтобы продолжать изучать полярные сияния», — добавил Ли Флетчер из Университета Лестера, соавтор статьи. «Эта обсерватория наконец-то открыла окно в эту последнюю, ранее скрытую ионосферу планет-гигантов». Эти наблюдения, проведенные под руководством Флетчера, были сделаны в рамках программы гарантированного наблюдения за временем 1249 компании Hammel.

Больше информации: Henrik Melin et al, Discovery of H ₃ ⁺ and infrared aurorae at Neptune with JWST, Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02507-9

Источник: Space Telescope Science Institute