Ученые нашли еще один секрет Урана

В течение следующих нескольких часов Voyager 2 пролетел в пределах 81 433 км от облачных вершин Урана, собрав данные, которые выявили два новых кольца, 11 новых лун и температуры ниже минус 214 градусов по Цельсию. Набор данных по-прежнему является единственным приближенным измерением, которое мы когда-либо делали на планете.

Три десятилетия спустя ученые, исследовавшие эти данные, обнаружили еще один секрет.

Не поставив в известность всё астрономическое сообщество, 34 года назад Вояджер 2 пролетел через плазмоид - гигантский магнитный пузырь, который отправлял атмосферу Урана в космос. Открытие, о котором сообщается в Geophysical Research Letters, поднимает новые вопросы об уникальной в своем роде магнитной среде планеты.

Атмосфера планет во всей Солнечной системе проникает в космос. Водород покидает Венеру, чтобы присоединиться к солнечному ветру, непрерывному потоку частиц, покидающих Солнце. Юпитер и Сатурн выбрасывают шарики своего электрически заряженного воздуха. Даже атмосфера Земли протекает.

Эффекты незначительны в человеческом масштабе времени, но, учитывая длительный период времени, выброс в атмосферу может фундаментально изменить судьбу планеты. Для примера можно рассмотреть Марс.

«Раньше Марс был влажной планетой с густой атмосферой», - сказала Джина ДиБраччо, космический физик в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА и исследователь миссии MAVEN. «Он эволюционировал со временем - 4 миллиарда лет утечки в космос – и стал сухой планетой, которую мы видим сегодня».

Выбросы в атмосферу обусловлены магнитным полем планеты, которое может как помочь, так и помешать процессу. Ученые считают, что магнитные поля могут защитить планету, отражая разрушающие атмосферу потоки солнечного ветра. Но они также могут создавать возможности для потери атмосферы, как гигантские шары, отрывающиеся от Сатурна и Юпитера, когда запутываются линии магнитного поля. В любом случае, чтобы понять изменения атмосферы, ученые обращают пристальное внимание на магнетизм.

Это еще одна причина, почему Уран такой загадочный. Облет Вояджера 2 в 1986 году показал, насколько странное магнитное поле планеты.

«Структура, то, как она движется… Уран действительно сам по себе», - сказал ДиБраччо.

В отличие от любой другой планеты в Солнечной системе, Уран вращается почти идеально на боку, выполняя оборот раз в 17 часов. Его ось магнитного поля направлена ??на 60 градусов от оси вращения, поэтому, когда планета вращается, ее магнитосфера качается, как плохо брошенный футбольный мяч. Ученые до сих пор не знают, как это смоделировать.

Эта странность привлекла к проекту ДиБраччо и Дана Гершмана, коллегу из Годдарда. Оба были частью команды, разрабатывающей планы новой миссии к ледяным великанам Урану и Нептуну, и искали тайны, которые нужно разгадать. Странное магнитное поле Урана, которое в последний раз измеряли более 30 лет назад, казалось хорошим началом.

Поэтому они загрузили показания магнитометра Вояджера 2, которые контролировали силу и направление магнитных полей возле Урана, когда космический корабль пролетал мимо. Не зная, что найдут, они приблизились ближе, чем в предыдущих исследованиях, и составили новый набор данных каждые 1,92 секунды. Плавные линии сменились зубчатыми шипами и провалами. И тогда они увидели: крошечный зигзаг с большой историей.

"Как вы думаете, это может быть плазмоид?" - спросил Гершман у Ди Браччо, увидев загогулины.

Малоизвестные во время полета Вояджера 2, плазмоиды с тех пор стали признанным важным способом потери массы планетами. Эти гигантские пузырьки плазмы, или электрифицированный газ, отрываются от магнитного поля, и уносясь солнечным ветром. По прошествии времени плазмоиды могут истощить ионы из атмосферы планеты, фундаментально изменяя ее состав. Они были обнаружены на Земле и других планетах, но до этого не обнаруживались на Уране - пока.

Найденные Дибрачо и Гершман плазмоиды заняли всего 60 секунд из 45-часового полета Вояджера-2 над Ураном. они появились как быстрый всплеск данных магнитометра. «Если нарисовать его в 3D, он будет выглядеть как цилиндр», - сказал Гершман.

Сравнивая свои результаты с плазмоидами, наблюдавшимися на Юпитере, Сатурне и Меркурии, они оценили цилиндрическую форму длиной не менее 204 000 километров и шириной примерно 400 000 километров. Как и все планетарные плазмоиды, он был полон заряженных частиц ионизованного водорода.

Показания изнутри плазмоида - когда Voyager 2 пролетел сквозь него - намекали на его происхождение. Некоторые плазмоиды имеют скрученное внутреннее магнитное поле, но Дибрачо и Гершман наблюдали гладкие замкнутые магнитные петли. Такие петлеобразные плазмоиды обычно образуются, когда вращающаяся планета сбрасывает кусочки своей атмосферы в космос. «Центробежные силы воздействуют, и плазмоид сжимается», сказал Гершман. Согласно их оценкам, подобные плазмоиды могут составлять от 15 до 55% потери массы атмосферы на Уране, что больше, чем у Юпитера или Сатурна. Вполне возможно, что именно таким путем Уран сбрасывает свою атмосферу в космос.

Как это изменило Уран со временем? С одним набором наблюдений трудно ответить.

«Представьте, что один космический корабль пролетел через эту комнату и попытался охарактеризовать всю Землю», - сказал ДиБраччо. «Очевидно, что он не покажет вам ничего о том, на что похожа Сахара или Антарктида». Но полученные данные помогают сфокусировать новые вопросы о планете.