20-летнее исследование Урана с помощью космического телескопа «Хаббла» позволило получить новые данные о его атмосфере

Ледяной гигант Уран, который вращается вокруг Солнца на боку, представляет собой странный и загадочный мир. Теперь, в ходе беспрецедентного исследования, охватывающего два десятилетия, исследователи, использующие космический телескоп Хаббл НАСА, получили новое представление о составе и динамике атмосферы планеты. Это было возможно только благодаря высокому разрешению "Хаббла", спектральным возможностям и долговечности.

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

Когда «Вояджер-2» пролетел мимо Урана в 1986 году, он сделал крупный снимок планеты, повёрнутой к нам боком. То, что он увидел, напоминало простой сине-зелёный бильярдный шар. Для сравнения, «Хаббл» запечатлел 20-летнюю историю сезонных изменений с 2002 по 2022 год. В течение этого периода команда под руководством Эриха Каркошки из Университета Аризоны, а также Ларри Сромовски и Пэта Фрая из Университета Висконсина использовала тот же инструмент «Хаббла», STIS (спектрограф космического телескопа для получения изображений), чтобы составить точную картину структуры атмосферы Урана.

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

За 20-летний период команда «Хаббла» наблюдала за Ураном четыре раза: в 2002, 2012, 2015 и 2022 годах. Они обнаружили, что, в отличие от газовых гигантов Сатурна и Юпитера, метан не распределён по Урану равномерно. Вместо этого его концентрация сильно снижается вблизи полюсов. Это снижение оставалось относительно постоянным на протяжении двух десятилетий. Однако структура аэрозолей и дымки резко изменилась, значительно просветлев в северном полярном регионе по мере приближения планеты к северному летнему солнцестоянию в 2030 году.

Уран совершает один оборот вокруг Солнца чуть более чем за 84 земных года. Таким образом, за два десятилетия команда «Хаббла» наблюдала в основном северную весну, когда Солнце перемещается от положения прямо над экватором Урана к положению почти прямо над его северным полюсом в 2030 году. Наблюдения «Хаббла» указывают на сложные схемы атмосферной циркуляции на Уране в этот период. Данные, наиболее чувствительные к распределению метана, указывают на нисходящие потоки в полярных регионах и восходящие потоки в других регионах.

Команда проанализировала свои результаты несколькими способами. В столбцах изображений показаны изменения, произошедшие с Ураном за четыре года, в течение которых STIS наблюдал за Ураном в течение 20-летнего периода. В течение этого времени исследователи наблюдали за сменой времён года на Уране: южная полярная область (слева) темнела, переходя в зимнюю тень, а северная полярная область (справа) светлела, приближаясь к более прямому обзору по мере наступления северного лета.

Верхний ряд в видимом свете показывает, каким Уран кажется человеческому глазу даже в любительский телескоп.

Во втором ряду представлено цветное изображение планеты, полученное в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Цвет и яркость соответствуют количеству метана и аэрозолей. Оба этих показателя невозможно было различить до того, как в 2002 году камера STIS телескопа «Хаббл» впервые была направлена на Уран. Как правило, зелёные области указывают на меньшее количество метана, чем синие, а красные области не содержат метана. Красные области находятся на краю диска, где стратосфера Урана почти полностью лишена метана.

Два нижних ряда показывают широтную структуру аэрозолей и метана, полученную на основе 1000 различных длин волн (цветов) от видимой до ближней инфракрасной области. В третьем ряду светлые области указывают на более облачные условия, в то время как темные области обозначают более ясные условия. В четвертом ряду светлые области указывают на истощенный метан, в то время как темные области показывают полное количество метана.

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

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

Астрономы продолжат наблюдать за Ураном по мере приближения планеты к северному лету.

Источник: НАСА