Одной из перспективных миссий до 2032 года выбрана отправка зонда к Урану. Учёных волнует факт быстрого охлаждения термосферы этой планеты, которая с 1986 года понизила температуру в два раза. Подобного не наблюдается ни у одной планеты Солнечной системы, и эта аномалия требует изучения. Новая работа учёных помогла найти ответ на эту загадку, что может заставить изменить цели миссии.
Художественное представление системы Урана. Источник изображения: NASA
Земной зонд пролетел рядом с Ураном лишь однажды. Это произошло в 1986 году в ходе полёта «Вояджера-2» NASA. Среди прочих измерений автоматическая межпланетная станция оценила температуру термосферы Урана — области пространства на высоту до 50 тыс. км над ним. Атомы и молекулы в тропосфере Урана нагреваются так же, как частицы в термосфере Земли — за счёт энергии ультрафиолетового излучения Солнца.
Согласно переданной «Вояджером-2» информации, температура в верхних слоях термосферы Урана достигала 500 ℃. В термосфере Земли частицы нагреваются до 1500 ℃ и даже 2000 ℃. Экипаж на МКС не поджаривается лишь потому, что термосфера очень и очень разреженная. Измерять температуру термосферы Урана можно также с Земли. Свободно летающие там ионы трёхатомного водорода излучают фотоны в ближнем инфракрасном диапазоне, свободно проходящие сквозь атмосферу нашей планеты и позволяющие делать измерения дистанционно. Регулярные замеры ставили учёных в тупик: термосфера Урана стабильно становилась холоднее вне зависимости от циклов активности Солнца и сезонных изменений, и к сегодняшнему дню она стала в два раза холоднее, чем при пролёте «Вояджера-2».
В новом исследовании группы учёных под руководством доктора Адама Мастерса с физического факультета Имперского колледжа Лондона даётся объяснение температурной аномалии. По мнению авторов работы, температуру термосферы Урана определяет энергия солнечного ветра, а не фотоны, как это происходит с термосферой Земли.
С 1990 года регистрируется постоянное среднее ослабление давления солнечного ветра, представленного в основном солнечными электронами, протонами, атомами и тяжёлыми ионами. Как доказывают авторы работы, снижение давления солнечного ветра на магнитосферу Урана заставляет её расширяться и, тем самым, влияет на температуру термосферы. В условиях Земли это компенсируется нагревом планеты фотонами звезды.
До Урана свет Солнца добирается в скромном объёме и не может влиять на нагрев его газовой оболочки. Поэтому лишённая давления солнечного ветра газовая оболочка Урана расширяется, и плазме Солнца становится труднее добираться до поверхности планеты и передавать ей свою энергию, что ведёт к охлаждению термосферы Урана.
Интересное практическое применение данного явления заключается в том, что мы можем исследовать экзопланеты в других звёздных системах, делая выводы о магнитосферах экзопланет и возможности зарождения жизни на них. Ведь магнитосфера — это защита от ионизирующего излучения. Её-то и надо искать в первую очередь для правильных выводов о пригодности планет к биологической жизни.