Энергия солнечного ветра, вероятно, регулирует температуру термосферы Урана

Верхняя атмосфера Урана охлаждалась на протяжении десятилетий, и теперь ученые показали, почему. Наблюдения с Земли показали, что верхняя атмосфера Урана охлаждалась на протяжении десятилетий без четкого объяснения.

Теперь команда под руководством ученых Имперского колледжа Лондона определила, что за падением стоят непредсказуемые долгосрочные изменения в солнечном ветре — потоке частиц и энергии, исходящих от Солнца.

Команда предсказывает, что верхняя атмосфера Урана должна продолжать становиться холоднее или обратить эту тенденцию вспять и снова стать жарче, в зависимости от того, как изменится солнечный ветер в ближайшие годы.

Ведущий исследователь доктор Адам Мастерс из факультета физики Имперского университета сказал: «Этот явно очень сильный контроль над верхней атмосферой Урана со стороны солнечного ветра не похож на то, что мы видели на любой другой планете в нашей солнечной системе.

«Это означает, что планеты за пределами Солнечной системы могут оказаться в такой же ситуации. Таким образом, эти открытия могут помочь исследователям, исследующим экзопланеты, проливая свет на типы сигналов, которые могут быть обнаружены, исходящие от подобных планет вокруг далеких звезд».

Исследование было опубликовано 14 ноября в журнале Geophysical Research Letters.

Крутая загадка

Последним и единственным космическим кораблем, пролетевшим мимо Урана, был «Вояджер-2» в 1986 году, направлявшийся за пределы Солнечной системы. Он смог измерить температуру верхней части атмосферы Урана, называемой термосферой.

С тех пор наземные телескопы смогли регулярно измерять температуру термосферы Урана — и за это время его общая температура снизилась примерно вдвое.

На Земле также есть термосфера, но она не испытала такого резкого глобального изменения температуры, как и ни одна другая планета Солнечной системы с контролируемой термосферой.

Ученые задавались вопросом, может ли это быть связано с 11-летним «солнечным циклом» активности солнечных пятен, но после 30 лет сбора данных не было обнаружено никакой закономерности, кроме устойчивого снижения. Простой сезонный эффект также был исключен, поскольку равноденствие Урана наступило и прошло в 2007 году.

Тайна была окончательно раскрыта, когда авторы статьи, работавшие в то время в несколько разных областях, собрались на конференции. Они поняли, что объяснение может быть связано с постепенными изменениями свойств солнечного ветра в тот же период времени.

Изменение влияний

В термосфере Земли температура преимущественно контролируется солнечным светом — фотоны (частицы света) приносят энергию и вызывают определенные реакции. Интенсивность этих фотонов, исходящих от Солнца, увеличивается и уменьшается в течение 11-летнего солнечного цикла.

Однако солнечный ветер, утекающий от Солнца в космос, тоже менялся по-другому, в более длительном временном масштабе. Среднегодовое внешнее давление солнечного ветра медленно, но значительно снижается примерно с 1990 года, при этом демонстрируя слабую корреляцию с 11-летним циклом. Однако это снижение точно отражает снижение температуры термосферы Урана.

Это навело команду на мысль, что температура термосферы Урана не контролируется фотонами, как на Земле. Вместо этого, похоже, что снижение давления солнечного ветра привело к увеличению типичного размера защитного магнитного «пузыря» Урана.

Поскольку этот пузырь, известный как магнитосфера, является препятствием на пути солнечного ветра, достигающего поверхности планеты, больший пузырь означает большее препятствие. Это стимулирует поток энергии через пространство вокруг Урана, в конечном итоге достигая термосферы планеты и, по-видимому, строго контролируя ее общую температуру.

Результат предполагает, что на планетах, находящихся ближе к родительской звезде (например, Земля к Солнцу), их термосфера контролируется звездным светом. Но для более удаленных планет, которые могут иметь гораздо большие магнитосферы, падающая энергия звездного ветра может быть гораздо более сильным фактором.

Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте обновления о прорывах, инновациях и важных исследованиях — ежедневно или еженедельно.

К Урану и за его пределами

Доктор Мастерс входит в международную команду, определяющую научные цели будущей миссии НАСА на Уран, запуск которой запланирован на 2030-е годы. Охлаждающая термосфера Урана была загадкой, которую нужно было разгадать, но, не имея представления о возможной причине, было сложно придумать теорию, которую миссия могла бы проверить.

Теперь ситуация изменилась: это открытие одновременно предсказывает, как термосфера Урана должна продолжать развиваться, и пересматривает эту будущую научную цель миссии, чтобы сосредоточиться на том, как энергия солнечного ветра на самом деле попадает в необычную магнитосферу Урана. Команду также интересует, существует ли подобная ситуация на Нептуне, который также не посещался со времен «Вояджера» в 1980-х годах.

Между тем, это открытие может помочь в определении характеристик экзопланет. Где бы ситуация ни была похожа на Уран, выбросы из верхних слоев атмосферы экзопланеты, включая полярные сияния, должны быть очень чувствительны к тому, как развивается падающий звездный ветер. Команда предлагает наблюдателям больше сосредоточиться на экзопланетах, находящихся дальше от родительской звезды и/или в системах с сильными звездными ветрами, где выбросы, возможно, до сих пор недооценивались.

Доктор Мастерс объяснил: «Это сильное взаимодействие звезды и планеты на Уране может иметь значение для установления того, генерируют ли разные экзопланеты сильные магнитные поля в своих недрах — важный фактор в поиске обитаемых миров за пределами нашей Солнечной системы».

Однако загадка того, почему сам солнечный ветер меняется, когда давление снижается на протяжении десятилетий, является вопросом для других ученых.

Информация от: Имперским колледжем Лондона