Международная группа астрономов впервые составила подробную карту верхних слоев атмосферы Урана, показывая, как температура и концентрация заряженных частиц меняются с высотой. Результаты опубликованы в Geophysical Research Letters и основаны на данных, полученных с помощью спектрографа NIRSpec космического телескопа «Джеймс Уэбб»

«Это первый раз, когда мы можем видеть атмосферу Урана в трех измерениях. С помощью телескопа Уэбб мы проследили, как энергия поднимается через верхние слои планеты, и заметили влияние ее необычно наклоненного магнитного поля», — говорит Паола Тиранти из Университета Нортумбрии,руководившая исследованием.

Карта ионосферы и полярные сияния

Команда наблюдала Уран почти полный оборот планеты, фиксируя слабое свечение молекул над облаками. Это позволило составить карту температуры и плотности ионов в ионосфере — слое, расположенном до 5000 км над облаками, где атмосфера ионизируется и взаимодействует с магнитным полем.

Измерения показали, что температура достигает максимума на высоте 3000–4000 км, а плотность ионов — около 1000 км. Вблизи магнитных полюсов были обнаружены две яркие полосы полярного сияния и зоны с пониженной интенсивностью излучения, что связано с особенностями линий магнитного поля. Сходные затемненные области наблюдались на Юпитере, где движение частиц также определяется геометрией магнитного поля.

Долгосрочное охлаждение атмосферы

Данные подтверждают, что верхние слои атмосферы Урана продолжают охлаждаться, как и на протяжении последних трех десятилетий. Средняя температура составила около 153 °C, что примерно на 50–70 градусов ниже предыдущих измерений наземными и космическими телескопами.

«Мы видим, что планета постепенно теряет тепло, и теперь можем понять, как энергия распределяется в ее верхних слоях», — объясняет Тиранти.

Магнитное поле и энергетический баланс

 

Этот ускоренное видео показывает полный оборот Урана, снятый космическим телескопом «Джеймс Уэбб». Телескоп наблюдал планету непрерывно около 17 часов. Видео собрано из более 1200 спектроскопических снимков и демонстрирует распределение температуры водорода, пиковые значения плотности ионов, а также структуры полярных сияний, формируемых необычным магнитным полем Урана.

Магнитосфера Урана — одна из самых необычных в Солнечной системе. Она наклонена и смещена относительно оси вращения, поэтому полярные сияния распространяются сложным образом. Телескоп Уэбб показал, как эти эффекты проникают в атмосферу, помогая ученым оценить энергетический баланс ледяного гиганта.

«Раскрывая вертикальную структуру Урана с такой детализацией, мы получаем ключ к пониманию того, как ледяные гиганты перераспределяют энергию. Это важный шаг для изучения планет за пределами Солнечной системы», — добавляет Паола.

О наблюдениях и инструменте

Исследование проводилось в рамках программы JWST General Observer 5073. Спектрограф NIRSpec фиксировал Уран в течение 15 часов. NIRSpec вместе с инструментом MIRI предоставлен Европейским космическим агентством, которое также обеспечило запуск телескопа на ракете «Ариана-5» и участвовало в разработке ее модификаций для миссии.