Ученые нашли объяснение многолетнему охлаждению атмосферы Урана

Наблюдения с Земли показали, что термосфера Урана, верхний слой его атмосферы, неуклонно остывает на протяжении последних десятилетий.

Температура снизилась практически вдвое по сравнению с 1986 годом, когда зонд «Вояджер-2» совершил единственный близкий облёт планеты. Это явление не имеет аналогов ни на одной другой планете Солнечной системы, за термосферой которой велось наблюдение, включая Землю.

Теперь группа исследователей из Имперского колледжа Лондона, возможно, наконец-то разгадала причину постепенного охлаждения термосферы Урана. Ответ кроется в непредсказуемых колебаниях солнечного ветра, потока частиц и энергии от Солнца.

Резкое охлаждение термосферы Урана

Тонкая верхняя атмосфера Урана, термосфера, которая также включает в себя ионизированный слой, называемый ионосферой, отделяет более плотную нижнюю атмосферу от космической среды магнитосферы, расположенной выше, — магнитного «пузыря», который окружает и защищает планету.

В этом слое образующиеся ионы H3+ быстро достигают теплового равновесия с окружающими нейтральными ионами и испускают фотоны в ближней инфракрасной области. Это позволяет дистанционно отслеживать температуру термосферы с помощью наземных телескопов.

Именно эти телескопы с помощью таких измерений показали, что термосфера Урана неуклонно и резко охлаждалась примерно с 1992 по 2018 год, с 700 до 450 Кельвинов. Практически, со времени пролета «Вояджера-2» она сократилась почти вдвое, и ни 11-летний цикл активности Солнца, ни сезонные изменения Урана так и не смогли объяснить эту тепловую эволюцию.

Роль солнечного ветра

Теперь исследователи обнаружили, что ключ к разгадке тайны может лежать в вариациях давления солнечного ветра.

С 1990 года среднегодовое давление солнечного ветра медленно, но значительно уменьшается, что тесно коррелирует с понижением температуры термосферы Урана.

Это говорит о том, что, в отличие от Земли, где температура термосферы контролируется в основном солнечной радиацией и, следовательно, фотонами, на Уране доминирующим фактором является давление солнечного ветра.

Поэтому уменьшение давления солнечного ветра привело бы к расширению магнитосферы Урана. Большая магнитосфера представляет собой большее препятствие для солнечного ветра, что влияет на поток энергии, достигающей термосферы планеты. И, следовательно, на ее температуру.

Последствия для поиска пригодных для жизни миров

Это открытие может иметь важные последствия для изучения экзопланет. Исследование показывает, что для планет, удаленных от родительской звезды, как Уран от Солнца, энергия звездного ветра может быть гораздо более влиятельным фактором, чем прямое звездное излучение.

Это может иметь особое значение для поиска пригодных для жизни миров за пределами нашей Солнечной системы, поскольку наличие магнитного поля считается важным фактором пригодности для жизни.

Таким образом, если интерпретация ученых верна, то это напрямую указывает на то, что существующие модели, пренебрегающие энергетическим вкладом термосферы, подпитываемой звездным ветром, недооценивают выбросы H3+ некоторыми внесолнечными планетами.

Однако еще предстоит выяснить причину десятилетнего снижения давления солнечного ветра, и этот вопрос потребует дальнейшего изучения научным сообществом.