20-летнее исследование Урана телескопом «Хаббл» дало новые сведения об атмосфере

Автор: Space Telescope Science Institute

Ледяной гигант Уран, который вращается вокруг Солнца, наклонившись на бок, — это странный и загадочный мир. Теперь, в беспрецедентном исследовании, охватывающем два десятилетия, исследователи, использующие космический телескоп Хаббл НАСА, раскрыли новые сведения о составе и динамике атмосферы планеты. Это стало возможным только благодаря высокому разрешению Хаббла, его спектральным возможностям и долголетию.

Результаты команды помогут астрономам лучше понять, как работает атмосфера Урана и как она реагирует на изменение солнечного света. Эти долгосрочные наблюдения предоставляют ценные данные для понимания динамики атмосферы этого далекого ледяного гиганта, которые могут служить прокси для изучения экзопланет схожего размера и состава.

Когда Voyager 2 пролетал мимо Урана в 1986 году, он сделал снимок планеты крупным планом. То, что он увидел, напоминало безликий сине-зеленый бильярдный шар. Для сравнения, Hubble записал 20-летнюю историю сезонных изменений с 2002 по 2022 год. За этот период группа под руководством Эриха Каркошки из Университета Аризоны, а также Ларри Сромовски и Пэта Фрая из Университета Висконсина использовала тот же инструмент Hubble, STIS (спектрограф с изображением космического телескопа), чтобы нарисовать точную картину структуры атмосферы Урана.

Атмосфера Урана в основном состоит из водорода и гелия с небольшим количеством метана и следами воды и аммиака. Метан придает Урану голубой цвет, поглощая красные длины волн солнечного света.

Урану требуется чуть более 84 земных лет, чтобы завершить один оборот вокруг Солнца. Таким образом, за два десятилетия команда Хаббла наблюдала в основном только северную весну, когда солнце перешло от прямого сияния над экватором Урана к почти прямому сиянию над его северным полюсом в 2030 году. Наблюдения Хаббла указывают на сложные закономерности атмосферной циркуляции на Уране в этот период. Данные, которые наиболее чувствительны к распределению метана, указывают на нисходящий поток в полярных регионах и восходящий поток в других регионах.

Команда проанализировала свои результаты несколькими способами. Колонки изображений показывают изменение Урана за четыре года, в течение которых STIS наблюдал Уран в течение 20-летнего периода. За этот промежуток времени исследователи наблюдали за сезонами Урана, когда южный полярный регион (слева) темнел, входя в зимнюю тень, а северный полярный регион (справа) становился ярче, поскольку он начинал выходить в более прямой вид с приближением северного лета.

Верхний ряд в видимом свете показывает, как цвет Урана воспринимается человеческим глазом даже через любительский телескоп.

Во втором ряду изображение планеты в ложных цветах собрано из наблюдений в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне. Цвет и яркость соответствуют количеству метана и аэрозолей. Обе эти величины не могли быть различимы до того, как STIS Хаббла был впервые направлен на Уран в 2002 году. Как правило, зеленые области указывают на меньшее количество метана, чем синие области, а красные области не показывают его вообще. Красные области находятся на лимбе, где стратосфера Урана почти полностью лишена метана.

Два нижних ряда показывают широтную структуру аэрозолей и метана, выведенную из 1000 различных длин волн (цветов) от видимого до ближнего инфракрасного. В третьем ряду яркие области указывают на более облачные условия, в то время как темные области представляют более ясные условия. В четвертом ряду яркие области указывают на истощенный метан, в то время как темные области показывают полное количество метана.

В средних и низких широтах аэрозоли и истощение метана имеют свою собственную широтную структуру, которая в основном не сильно изменилась за два десятилетия наблюдений. Однако в полярных регионах аэрозоли и истощение метана ведут себя совершенно по-разному.

В третьем ряду аэрозоли вблизи северного полюса демонстрируют резкое увеличение, проявляясь как очень темные в начале северной весны, становясь очень яркими в последние годы. Аэрозоли также, по-видимому, исчезают на левом лимбе, когда исчезает солнечное излучение. Это свидетельствует о том, что солнечное излучение изменяет аэрозольную дымку в атмосфере Урана. С другой стороны, истощение метана, по-видимому, остается довольно высоким в обоих полярных регионах в течение всего периода наблюдений.

Астрономы продолжат наблюдение за Ураном по мере приближения к северному лету на планете.

Источник: Space Telescope Science Institute