Po raz pierwszy naukowcy mapują tajemnicze górne warstwy atmosfery Urana
Po raz pierwszy w historii naukowcy zmapowali górne warstwy atmosfery Urana w pełnym trójwymiarze, ujawniając, jak niezwykłe pole magnetyczne lodowego olbrzyma kształtuje jego spektakularne zorze polarne. Przełomowe badania przeprowadziła doktorantka Uniwersytet Northumbria wraz z międzynarodowym zespołem astronomów.
Korzystając z Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, zespół obserwował Uran niemal przez cały obrót planety. Dzięki temu wykryto subtelny blask cząsteczek unoszących się nawet 5 000 kilometrów nad wierzchołkami chmur, co pozwoliło po raz pierwszy w historii zrozumieć, gdzie i jak formują się zorze polarne oraz jak energia rozchodzi się w atmosferze.
Badania, opublikowane 19 lutego w Geophysical Research Letters, potwierdzają również, że górna atmosfera Urana od trzech dekad wykazuje trend ochładzania – zjawisko, które od lat zaskakuje astronomów.
Zorze polarne powstają, gdy naładowane cząstki uwięzione w polu magnetycznym planety uderzają w górne warstwy atmosfery, uwalniając energię w postaci charakterystycznego blasku. W przypadku Urana, jego pole magnetyczne jest wyjątkowo nietypowe – nachylone o niemal 60 stopni i przesunięte względem środka planety. Takie ustawienie sprawia, że zorze przesuwają się po powierzchni w złożony, nieregularny sposób.
Dzięki spektrografowi bliskiej podczerwieni Webba, naukowcy zmapowali temperaturę i gęstość jonów w jonosferze Urana – warstwie, w której atmosfera ulega jonizacji i silnie oddziałuje z polem magnetycznym. Pomiar wykazał, że temperatura osiąga szczyt między 3 000 a 4 000 kilometrów nad chmurami, natomiast gęstość jonów maksymalizuje się około 1 000 kilometrów.
Obserwacje ujawniły dwa jasne pasma zorzy w pobliżu biegunów magnetycznych oraz wyraźne „zaciemnienia” między nimi, prawdopodobnie wynikające z kierowania cząstek przez linie pola magnetycznego. Podobne zjawiska zaobserwowano wcześniej na Jowiszu, co pokazuje, jak geometria pola magnetycznego kontroluje przepływ naładowanych cząstek w atmosferach gazowych olbrzymów.
Średnia temperatura górnej atmosfery zmierzona przez Webba wynosiła około 426 kelwinów (około 150°C), co jest niższą wartością niż wcześniejsze pomiary teleskopowe i sondami. Ochładzanie atmosfery, mimo odległości Urana od Słońca, pozostaje zagadką, której rozwiązanie może pomóc zrozumieć mechanizmy termoregulacji lodowych olbrzymów zarówno w naszym Układzie Słonecznym, jak i w odległych systemach planetarnych.
„To pierwszy raz, kiedy możemy zobaczyć górną atmosferę Urana w trzech wymiarach. Webb pozwala nam śledzić przepływ energii przez atmosferę i obserwować wpływ nierównego pola magnetycznego planety” – podkreśliła główna autorka badań, Paola Tiranti.
Badanie opiera się na danych z programu JWST General Observer 5073, prowadzonego przez dr Henrika Melina z Uniwersytetu Northumbria. Uran obserwowano przez 15 godzin przy użyciu Integralnej Jednostki Polowej teleskopu, co umożliwiło uchwycenie pełnej dynamiki górnej atmosfery.
Teleskop Jamesa Webba, prowadzony przez NASA we współpracy z Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) i Kanadyjska Agencja Kosmiczna (CSA), pozostaje najpotężniejszym obserwatorium do badania Układu Słonecznego i odległych światów, oferując niespotykaną dotąd czułość w badaniach atmosfer planetarnych.
Dzięki tej pracy Uran, dotąd ukryty w cieniu, zyskuje w końcu swoją trójwymiarową mapę, otwierając nowy rozdział w zrozumieniu lodowych olbrzymów i ich złożonych magnetosfer.
Źródło: Uniwersytet Northumbria
Czytaj też: Szwedzka spółka otwiera centrum kontroli startów orbitalnych w Esrange
Grafika tytułowa: NASA / Unsplash
