Джеймс Уэбб впервые сфотографировал полярные сияния на Нептуне
Впервые космический телескоп «Джеймс Уэбб» непосредственно наблюдал полярные сияния на Нептуне. Это явление хорошо известно на других планетах Солнечной системы, помимо нашей, таких как Юпитер, Сатурн и Уран, но до сих пор оставалось неуловимым в случае с Нептуном.
Полярные сияния возникают, когда энергичные частицы, часто от Солнца, задерживаются в магнитном поле планеты и ударяются о ее верхние слои атмосферы, вызывая яркое излучение.
Эти наблюдения были проведены в июне 2023 года с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона NIRSpec космического телескопа «Джеймс Уэбб». Полученные данные позволили получить детальное изображение планеты и спектр ее верхней атмосферы.
Нептунианские полярные сияния
Благодаря NIRSpec была обнаружена очень интенсивная эмиссия тригидрогенного катиона (H₃⁺), типичного химического индикатора полярных сияний. Этот ион образуется при взаимодействии заряженных частиц с ионосферой, и его присутствие было четко выделено на снимках «Уэбба», где полярные сияния показаны в виде пятен голубого цвета.
Однако, в отличие от Земли или Юпитера, нептунианские полярные сияния возникают не на географических полюсах, а в промежуточных широтах. Эта особенность связана со сложной структурой магнитного поля планеты, обнаруженной в 1989 году зондом «Вояджер-2».
Поле Нептуна наклонено примерно на 47 градусов относительно оси вращения, а также значительно смещено относительно центра планеты. Это смещение приводит к тому, что линии магнитного поля соединяются с атмосферой в неполярных областях, вызывая полярные сияния в неожиданных местах.
Более холодная атмосфера, чем ожидалось
Помимо обнаружения полярных сияний, «Уэбб» впервые со времен пролета «Вояджера-2» смог измерить температуру верхних слоев атмосферы Нептуна. Результаты показали значительное охлаждение по сравнению с предыдущими оценками, потеря температуры составила несколько сотен градусов.
Такое понижение температуры — одна из главных причин, почему полярные сияния на Нептуне было так трудно обнаружить в прошлом: холодная ионосфера испускает меньше излучения и делает явление менее заметным даже для самых чувствительных приборов.
До сих пор астрономы пытались предсказать интенсивность полярных сияний на Нептуне, основываясь на данных «Вояджера-2», но без прямой обратной связи. Новые наблюдения показывают, что атмосфера планеты может претерпевать значительные изменения, несмотря на ее удаленность от Солнца (более чем в 30 раз превышающую расстояние между Землей и Солнцем). Эти изменения ставят новые вопросы о динамике атмосферы и взаимодействии с солнечным ветром на больших расстояниях.
Теперь ученые надеются наблюдать за Нептуном в течение всего солнечного цикла, который длится около 11 лет, чтобы понять, как колебания активности Солнца влияют на планету. Такие наблюдения также могут дать новые подсказки о происхождении магнитного поля Нептуна и его сложной геометрии. Таким образом, открытие открывает новое окно в понимание ледяных гигантов — планет, которые все еще мало изучены, но имеют фундаментальное значение для распространения моделей атмосферной и магнитной эволюции на внесолнечные планетные системы.