Астрономы обнаружили три новых спутника, вращающихся вокруг ледяных гигантов нашей Солнечной системы. Один вращается вокруг Урана, а два — вокруг Нептуна. Чтобы их найти, потребовалась тяжелая работа, в том числе десятки временных экспозиций с помощью некоторых из наших самых мощных телескопов в течение нескольких лет. Все три являются захваченными объектами, и, вероятно, вокруг обеих планет есть еще спутники, ожидающие открытия.
Это первая новая луна, обнаруженная вокруг Урана за 20 лет, и в результате общее количество планет на планете достигло 28. Одно из новых лун вокруг Нептуна является самым маленьким из когда-либо обнаруженных с помощью наземного телескопа, а пара новых открытий довела общее количество Нептуна до 16. .
Новолуние Урана имеет предварительное название S/2023 U1 и впервые наблюдалось 4 ноября 2023 года Скоттом Шеппардом из Carnegie Science. Как и другие внешние спутники планеты, он в конечном итоге получит имя из пьесы Шекспира. Другие названия лун включают Оберон, Титанию и Ариэль. S/2023 U1 имеет диаметр всего 8 км, что совсем крошечно по сравнению с крупнейшей луной ледяного гиганта Титанией, размер которой составляет почти 800 км. Крошечная луна совершает оборот вокруг Урана за 680 дней.
Пара новых спутников Нептуна также крошечная. Самая яркая из них имеет предварительное название S/2002 N5, имеет диаметр около 23 км и вращается вокруг Нептуна почти девять лет. Более тусклая из них имеет предварительное название S/2021 N1, имеет диаметр около 14 км и вращается вокруг планеты за почти 27 лет. Им обоим дадут имена из греческой мифологии.
Все спутники, которые легко наблюдать, были обнаружены давно. Эти маленькие спутники потребовали гораздо больше работы. Хотя Скотт Шеппард сыграл главную роль, ему оказали большую помощь.
«Три недавно открытых спутника — самые слабые, когда-либо обнаруженные вокруг этих двух ледяных планет-гигантов с помощью наземных телескопов», — объяснил Шеппард. «Чтобы обнаружить такие слабые объекты, потребовалась специальная обработка изображений».
Шеппард использовал телескопы Магеллана в обсерватории Лас-Кампанас Карнеги Сайенс в Чили, чтобы впервые обнаружить новую луну Урана в ноябре 2023 года. Месяц спустя он провел последующие наблюдения с Магелланом. Шеппард работал с этими наблюдениями вместе с Мариной Брозович и Бобом Джейкобсоном из Лаборатории реактивного движения НАСА, чтобы определить орбиту Луны. Он также нашел Луну на старых изображениях 2021 года, полученных телескопом Субару и телескопом Магеллан.
Шеппард также обнаружил более яркий из новых спутников Нептуна с помощью телескопа Магеллан. Он сотрудничал с Дэвидом Толеном из Гавайского университета, Чадом Трухильо из Университета Северной Аризоны и Патриком Софией Ликава из Университета Киндай, чтобы найти другую новую луну Нептуна. Оно было чрезвычайно слабым, но его все же можно было обнаружить с помощью телескопа Субару. Оба новых спутника Нептуна впервые наблюдались в сентябре 2021 года. В октябре 2021 года, октябре 2022 года и ноябре 2023 года последующие наблюдения с помощью телескопов Магеллана подтвердили наличие более яркого спутника Нептуна.
Подтвердить более тусклую луну последующими наблюдениями оказалось сложнее. Для этого были задействованы мощные орудия в мире телескопов. Очень Большой Телескоп ESO и 8-метровый телескоп Обсерватории Джемини использовались в идеальных условиях наблюдения для подтверждения крошечной, слабой луны. Даже тогда астрономы использовали наблюдения 2021 года, чтобы знать, куда направить мощные телескопы и найти Луну.
Яркая новая луна Нептуна была впервые замечена пару десятилетий назад, но так и не была признана луной.
«После того, как орбита S/2002 N5 вокруг Нептуна была определена с помощью наблюдений 2021, 2022 и 2023 годов, она была прослежена до объекта, который был замечен вблизи Нептуна в 2003 году, но был потерян до того, как было подтверждено, что он вращается вокруг планеты», — объяснил Шеппард. .
Чтобы собрать достаточно данных и увидеть спутники, потребовались десятки пятиминутных экспозиций в течение трех- или четырехчасовых периодов в несколько ночей. На этих длинных выдержках положение планеты и спутников меняется. Экспозиции были объединены в одно глубокое изображение. Это было непростое использование времени для пары больших телескопов. Но результатом стали самые глубокие изображения систем Урана и Нептуна.
«Поскольку спутники движутся всего за несколько минут относительно фоновых звезд и галактик, одиночные длинные выдержки не идеальны для получения глубоких изображений движущихся объектов», — сказал Шеппард. «При наложении этих нескольких экспозиций вместе появляются звезды и галактики со следами за ними, а движущиеся объекты, похожие на планету-хозяин, будут рассматриваться как точечные источники, выделяя луны из-за фонового шума на изображениях».
Три новолуния, скорее всего, являются захваченными объектами. Их орбиты эксцентричны и наклонены, и они довольно далеки от своих планет. Но независимо от происхождения своих спутников, все четыре планеты-гиганта Солнечной системы имеют схожее расположение и конфигурацию лун.
«Даже Уран, перевернутый набок, имеет такое же количество лун, что и другие планеты-гиганты, вращающиеся вокруг нашего Солнца», — объяснил Шеппард. «А у Нептуна, который, вероятно, захватил далекий объект пояса Койпера Тритон — богатое льдом тело, большее, чем Плутон — событие, которое могло разрушить его лунную систему, имеет внешние спутники, которые кажутся похожими на его соседей».
Что эти спутники могут рассказать нам об истории Солнечной системы? Они являются еще одним свидетельством хаотичных дней становления Солнечной системы.
В частности, эти спутники показывают нам, что группы спутников вокруг ледяных гигантов аналогичны группам вокруг других гигантов, Юпитера и Сатурна. Газовые гиганты имеют динамические орбитальные группировки внешних спутников, и теперь мы знаем, что они есть и у Урана и Нептуна.
Группировка спутников свидетельствует о том, что гораздо более крупные родительские спутники были разбиты на куски в результате столкновений с другими объектами, вероятно, с кометами или астероидами. Столкновения оставили разбитые фрагменты на тех же орбитах, что и родительские спутники. Почти наверняка в результате этих столкновений образовались и другие спутники, меньшие по размеру, но наши нынешние технологии не могут их обнаружить.
Если вокруг ледяных гигантов есть и другие спутники, то они, вероятно, имеют диаметр менее 8 км вокруг Урана и менее 14 км вокруг Нептуна.
