Телескоп «Джеймс Уэбб» раскрыл структуру верхних слоев атмосферы Урана

Международной группе астрономов впервые в истории удалось составить подробную карту вертикальной структуры верхних слоев атмосферы Урана. Наблюдения, проведенные с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), позволили ученым проследить, как меняются температура и концентрация заряженных частиц в зависимости от высоты над облачным покровом ледяного гиганта.

В ходе исследования, результаты которого были опубликованы в журнале Geophysical Research Letters, астрономы использовали инструмент NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона), установленный на борту «Уэбба». С помощью режима Integral Field Unit телескоп вел непрерывное наблюдение за планетой на протяжении почти 15 часов 19 января 2025 года, что соответствует практически полному обороту Урана вокруг своей оси. Это позволило собрать беспрецедентный объем данных и создать трехмерное изображение верхней атмосферы планеты на высоте до 5000 километров над видимой поверхностью облаков.

Работа, возглавляемая Паолой Тиранти из Нортумбрийского университета (Великобритания), предоставляет самый детальный на сегодняшний день портрет ионосферы Урана — области, где атмосфера под воздействием солнечного излучения и потоков энергичных частиц становится частично ионизированной. Анализ данных показал, что максимальная плотность ионов в ионосфере Урана достигается на высоте около 1000 километров, в то время как самые высокие температуры, составляющие в среднем около 153 градусов Цельсия, фиксируются на высотах между 3000 и 4000 километров. Ученые также обнаружили значительные вариации этих параметров в зависимости от долготы, что напрямую связано со сложной и необычной геометрией магнитного поля планеты.

Ключевым результатом исследования стало получение новых данных о полярных сияниях Урана. Благодаря чувствительности «Уэбба» ученые смогли зафиксировать две яркие полосы сияний вблизи магнитных полюсов планеты, а также область между ними с пониженной интенсивностью свечения и меньшей плотностью ионов. Эта структура наглядно демонстрирует, как линии магнитного поля направляют потоки заряженных частиц в верхние слои атмосферы, формируя распределение сияний. Магнитное поле Урана является одним из самых необычных в Солнечной системе: его ось сильно наклонена относительно оси вращения планеты и к тому же смещена относительно геометрического центра. Эта конфигурация приводит к тому, что полярные сияния на Уране распределены асимметрично и их положение сложным образом меняется по мере вращения планеты.

Кроме того, полученные данные подтвердили долгосрочный тренд на охлаждение верхней атмосферы Урана, который астрономы наблюдают с 1990-х годов. Зафиксированная средняя температура оказалась ниже значений, полученных ранее с помощью наземных телескопов и межпланетных станций. Это открытие имеет важное значение для понимания механизмов переноса и распределения энергии в атмосферах ледяных гигантов — класса планет, широко распространенного не только в Солнечной системе, но и за ее пределами.