Впервые космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА 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 Вояджера-2 НАСА в 1989 году. Однако получение изображений и подтверждение полярных сияний на Нептуне долго 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 во время работы в Университете Лестера. «Было так потрясающе не только увидеть полярные сияния, но и детализация и четкость сигнатуры действительно потрясли меня».
Данные были получены в июне 2023 года с помощью спектрографа Уэбба в ближнем инфракрасном диапазоне. 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 катиона тригидрогена (H3+), который может образовываться в полярных сияниях. На изображениях Нептуна, полученных Уэббом, светящееся полярное сияние выглядит как пятна, представленные голубым цветом.
Слева — улучшенное цветное изображение Нептуна с космического телескопа «Хаббл» НАСА. Справа — это изображение совмещено с данными космического телескопа «Джеймс Уэбб» НАСА. Голубые пятна, которые представляют собой полярную активность, и белые облака — это данные спектрографа ближнего инфракрасного диапазона Уэбба (NIRSpec), наложенные поверх полного изображения планеты с
«H3+ 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 Хаммел из Ассоциации университетов по исследованиям в области астрономии, междисциплинарный ученый Уэбба и руководитель программы гарантированного наблюдения за Солнечной системой, в рамках которой были получены данные. «Только с помощью такой машины, как Уэбб, 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.
Это связано со странной природой магнитного поля Нептуна, первоначально обнаруженного 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.
Новаторское обнаружение полярных сияний Нептуна поможет нам понять, как магнитное поле Нептуна взаимодействует с частицами, которые вылетают из Солнца в отдаленные уголки нашей солнечной системы, что является совершенно новым окном в науке об атмосфере ледяных гигантов.
На основе наблюдений Уэбба команда также измерила температуру верхней части атмосферы Нептуна впервые с момента пролета Voyager 2. Результаты намекают на то, почему полярные сияния Нептуна так долго оставались скрытыми от астрономов.
«Я был поражен — верхняя атмосфера Нептуна остыла 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, зарегистрированной Voyager 2. Значительно более низкая температура привела бы к гораздо более слабым полярным сияниям. Эта низкая температура, вероятно, является причиной того, что полярные сияния Нептуна так долго оставались незамеченными.
Резкое похолодание также предполагает, что эта область атмосферы может сильно измениться, даже несмотря на то, что планета находится более чем в 30 раз дальше от Солнца по сравнению с Землей.
https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-captures-neptunes-auroras-for-first-time/
