Уран обертається надто повільно? Хаббл уточнив дані Вояджера

Уран, сьома планета від Сонця і один із крижаних гігантів нашої Сонячної системи, довгий час залишався об'єктом, оповитим таємницями. Його віддаленість та унікальні характеристики робили його вивчення складним завданням. Однак десятиліття даних, зібраних невтомним Космічним телескопом Хаббл, надали міжнародній групі астрономів свіжий погляд на процеси, що відбуваються на цій далекій планеті. Новий аналіз, результати якого опубліковані в авторитетному науковому журналі Nature Astronomy, дозволив обчислити період обертання одного з найменш вивчених світів нашої Сонячної системи з безпрецедентною досі точністю, поклавши край багаторічній невизначеності.

Досі рукотворний об'єкт відвідував Уран лише один раз. Це була історична подія 24 січня 1986 року, коли космічний апарат NASA «Вояджер-2» здійснив проліт повз планету. Під час цього короткого візиту апарат зібрав величезний масив даних, який донедавна залишався найповнішим джерелом інформації про цього далекого сусіда Землі. Серед отриманих даних були й вельми дивні відкриття, наприклад, той факт, що магнітне поле Урана має значний нахил відносно осі обертання і до того ж сильно зміщене від центру планети. Саме порівнюючи вимірювання цього аномального магнітного поля, астрономи змогли вперше оцінити період обертання планети. Розрахунок «Вояджера-2» дав значення 17 годин, 14 хвилин та 24 секунди. Проте, в цей розрахунок була закладена похибка вимірювання, що становила цілих 36 секунд. На перший погляд, це може здатися невеликою неточністю, але, як зазначають астрономи у своїй новій статті, цього було достатньо, щоб менш ніж за два роки після візиту «Вояджера-2» спостерігачі вже не могли точно визначити положення магнітної осі планети. Ця невизначеність ускладнювала порівняння даних та відстеження змін у магнітосфері Урана з часом.

Така невизначеність була зумовлена унікальними проблемами, які ставлять перед науковими спостерігачами планети-гіганти, подібні до Урана. Хоча Уран технічно не є газовим гігантом (вважається, що він має тверде ядро, тому його класифікують як «крижаний гігант»), його щільна, товста атмосфера, в якій вирують потужні вітри зі швидкостями у сотні кілометрів на годину, фактично приховує від нас будь-які видимі орієнтири на умовній «поверхні». Відсутність чітких деталей, за які можна було б «зачепитися» оком, робить пряме вимірювання швидкості обертання надзвичайно складним. Навіть спроба повторно проаналізувати дані в ультрафіолетовому діапазоні, зібрані «Вояджером-2», яка була здійснена у 2009 році, не змогла суттєво покращити розуміння того, наскільки швидко обертається Уран, і зменшити похибку вимірювання.

Щоб розгадати цю давню загадку, астрономи звернулися до іншого потужного інструменту — Космічного телескопа Хаббл. Починаючи з 2011 року, Хаббл почав регулярно фіксувати зображення ультрафіолетових полярних сяйв Урана. Подібно до земних полярних сяйв, таких як Північне сяйво, аврори на Урані виникають, коли заряджені частинки (переважно від сонячного вітру) стикаються з верхніми шарами атмосфери планети і взаємодіють з її магнітним полем. Ці вражаючі світлові шоу безпосередньо пов'язані з конфігурацією магнітного поля, яке, своєю чергою, «прив'язане» до обертання планети. Протягом наступних років Хаббл зробив ще більше знімків, що дозволило спостерігати за динамікою полярних сяйв Урана за різних умов сонячного вітру та стану магнітосфери планети.

Ретельний аналіз зображень, отриманих Хабблом за довгий період, у поєднанні з вихідними даними, зібраними «Вояджером-2» майже чотири десятиліття тому, дозволив провести значно точніший розрахунок швидкості обертання Урана. Отримане значення дійсно потрапило в межі похибки початкового розрахунку «Вояджера»: згідно з новими обчисленнями, Уран обертається навколо своєї осі за 17 годин, 14 хвилин та 52 секунди. Важливо, що похибка цього нового вимірювання кардинально зменшилася — тепер вона становить лише 0.036 секунди. Це в тисячу разів точніше, ніж попередній результат.

«Наше вимірювання не лише надає важливу точку відліку для спільноти планетарних наук, але й вирішує давню проблему: попередні системи координат, засновані на застарілих періодах обертання, швидко ставали неточними, що унеможливлювало відстеження магнітних полюсів Урана з часом», — пояснив у заяві Лоран Ламі, астроном з Паризької обсерваторії-PSL (Франція), який очолював дослідницьку групу. — «Завдяки цій новій системі довгот ми тепер можемо порівнювати спостереження полярних сяйв, що охоплюють майже 40 років, і навіть планувати майбутню місію до Урана». Це означає, що вчені нарешті отримали надійний «годинник» та систему координат для Урана, що дозволить коректно інтерпретувати як старі, так і нові дані спостережень.

Місія, про яку згадує Ламі, — це поки що не запланований конкретно космічний зонд, який, тим не менш, був визначений Національними академіями наук, інженерії та медицини США у 2022 році як один з головних пріоритетів для NASA на найближче десятиліття. Цьому майбутньому апарату буде доручено детальне картографування гравітаційного та магнітного полів Урана — завдання, яке стане значно простішим завдяки новому, точному знанню періоду обертання планети. Проте (а з Ураном завжди є «проте»), ця місія на даний момент існує суто на папері. NASA, як і значна частина федеральних установ США, стикається з невизначеним майбутнім щодо фінансування, тому залишається незрозумілим, коли саме — і чи взагалі — людство знову відправить дослідницький апарат до цього далекого, холодного і загадкового крижаного гіганта. Тим не менш, уточнення фундаментальних параметрів Урана вже зараз є важливим кроком у нашому розумінні цієї унікальної планети.