Вперше в історії зафіксовано полярне сяйво на Нептуні: відкриття телескопа Джеймса Вебба

Астрономи здійснили історичний прорив у дослідженні найвіддаленішої планети Сонячної системи. Завдяки унікальним можливостям космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) вчені вперше змогли достовірно зафіксувати полярне сяйво у верхніх шарах атмосфери Нептуна, що поклало край десятиліттям спекуляцій щодо цього атмосферного явища на крижаному гіганті.

Отримані дані свідчать про те, що енергетичні частинки, більшість з яких надходить від Сонця, вражають іоносферу Нептуна, вивільняючи характерне світіння. Ці частинки подорожують вздовж магнітних полів планети, перш ніж зіткнутися з атмосферою, створюючи яскраві емісії, які тепер чітко видно на інфрачервоних зображеннях телескопа Вебб.

Хоча полярні сяйва інших газових гігантів — Юпітера, Сатурна і Урана — вже були зафіксовані раніше, світіння Нептуна довгий час залишалося невловимим для дослідників. Космічний апарат «Вояджер-2» надав перші натяки на існування полярного сяйва на Нептуні під час свого прольоту в 1989 році, але жоден інструмент з того часу не зміг підтвердити це явище.

«Виявилося, що фактичне відображення полярного сяйва на Нептуні було можливе лише завдяки чутливості телескопа Вебб у ближньому інфрачервоному діапазоні», — розповів провідний автор дослідження Хенрік Мелін з Університету Нортумбрії, який проводив дослідження під час роботи в Університеті Лестера. «Це було настільки приголомшливо — не просто побачити полярне сяйво, але й деталі та чіткість сигнатури дійсно шокували мене».

Телескоп Вебб зафіксував зображення в червні 2023 року за допомогою свого ближнього інфрачервоного спектрографа. Астрономи також зібрали спектральні дані для аналізу температури та хімічного складу атмосфери Нептуна. Вперше вони чітко ідентифікували сильну емісійну лінію від H3+, молекули, що утворюється під час полярних сяйв. Характерне світіння H3+ проявилося як блакитні плями на зображеннях Нептуна, отриманих телескопом Вебб.

Хоча на Землі полярне сяйво танцює поблизу полюсів, на Нептуні воно з'являється в середніх широтах. Причина полягає в магнітному полі Нептуна. «Вояджер-2» виявив, що воно нахилене на 47 градусів відносно осі обертання планети. Цей нахил зміщує місце сходження силових ліній, переміщуючи полярне сяйво далеко від очікуваних полярних зон. Незвичайна геометрія додає складності «космічній погоді» Нептуна, і розуміння цього допомагає вченим картографувати, як сонячні частинки взаємодіють з магнітними полями віддалених планет.

Дані телескопа Вебб також виявили, що верхня атмосфера Нептуна значно охолола з 1989 року. «Я був вражений — верхня атмосфера Нептуна охолола на кілька сотень градусів. Фактично, температура в 2023 році становила трохи більше половини від тієї, що була в 1989 році», — розповів Мелін. Нижчі температури послаблюють яскравість полярного сяйва, що пояснює, чому світлові шоу Нептуна не вдавалося виявити протягом десятиліть.

Ці нові відкриття знаменують початок нової ери у дослідженні крижаних гігантів. Вчені тепер планують спостерігати за Нептуном протягом повного сонячного циклу, який триває близько 11 років. Розуміння змін у сонячній активності може розкрити більше інформації про магнітне поле Нептуна та зміни в його атмосфері.

«Коли ми дивимося вперед і мріємо про майбутні місії до Урана та Нептуна, ми тепер знаємо, наскільки важливо мати інструменти, налаштовані на довжини хвиль інфрачервоного світла, щоб продовжувати вивчення полярних сяйв», — сказав Лі Флетчер з Університету Лестера, співавтор дослідження. «Цей телескоп нарешті відкрив вікно в останню, раніше приховану іоносферу газових гігантів».

Результати спостережень телескопа Вебб були опубліковані в науковому журналі Nature Astronomy та проведені в рамках програми гарантованого часу спостережень Хайді Хаммел, міждисциплінарного вченого проєкту Вебб з Асоціації університетів для досліджень в астрономії (AURA). Ці відкриття відкривають нові шляхи для вивчення таємниць найвіддаленіших світів нашої Сонячної системи.