Уран выделяет больше тепла, чем получает. Новые данные о десятилетней загадке

Новое исследование, опубликованное в Geophysical Research Letters, похоже, наконец раскрыло одну из самых давних тайн Урана: планета излучает больше тепла, чем получает от Солнца.

Работа, проведённая под руководством Хьюстонского университета в сотрудничестве с учёными из международных институтов и согласующаяся с независимым исследованием группы профессора Патрика Ирвина из Оксфордского университета, показала, что Уран обладает внутренним тепловым потоком, хотя и слабым. Это противоречит данным зонда Voyager 2, полученным в 1986 году.

До сих пор Уран считался исключением среди гигантов Солнечной системы. В то время как Юпитер, Сатурн и Нептун демонстрируют значительное выделение внутреннего тепла, Уран, казалось, излучал ничтожно мало энергии, что не соответствовало теоретическим моделям формирования планет. Новые расчёты, основанные на десятилетиях космических наблюдений и анализе инфракрасного излучения, выявили, что планета излучает примерно на 12,5% больше энергии, чем получает от Солнца.

По словам Синьюэ Ван, ведущего автора статьи, этот избыток энергии представляет собой первичное тепло, которое Уран до сих пор медленно высвобождает со времени своего образования. Это сближает его с другими газовыми гигантами, хотя интенсивность процесса намного ниже. Причины такого различия пока неясны, но они могут быть связаны с уникальной внутренней структурой или особенностями тепловой эволюции.

Скромное, но значимое тепловое излучение

Открытие внутреннего теплового потока Урана, пусть и небольшого, имеет важные последствия для понимания эволюции ледяных гигантов. Если Юпитер и Сатурн излучают более чем вдвое больше энергии, чем получают от Солнца, то Уран демонстрирует небольшой, но измеримый избыток. Это резко контрастирует с выводами Voyager 2, который не обнаружил значимого внутреннего теплового потока.

Соавтор исследования Сюнь Цзян пояснил, что измеренный уровень энерговыделения Урана (+12,5% к получаемой солнечной энергии) указывает на продолжающуюся диссипацию внутренней энергии. Однако его скромные масштабы могут означать, что часть остаточного тепла «заперта» — возможно, из-за сильно стратифицированных внутренних слоёв или неизученных процессов.

Одно из возможных объяснений — катастрофические события в истории Урана, такие как экстремальный наклон его оси, которые нарушили перенос тепла из недр к поверхности. Это могло бы объяснить не только аномальное тепловое поведение, но и другие атмосферные особенности, отличающие Уран от Нептуна, несмотря на их схожие массу и размеры.

Научная поддержка будущих миссий к Урану

Подтверждение существования внутреннего тепла делает космическую миссию к Урану ещё более приоритетной. Научное сообщество уже включило его в список ключевых целей на 2023–2032 годы согласно рекомендациям Decadal Survey Национальных академий наук, инженерии и медицины США.

Исследование также показывает, что уровень теплового излучения Урана меняется в зависимости от сезонов, каждый из которых длится около 20 лет. Из-за экстремального осевого наклона и вытянутой орбиты поглощаемая и излучаемая энергия планеты могут значительно варьироваться. Это указывает на сложное взаимодействие между внутренней структурой и атмосферной динамикой, подчёркивая необходимость прямых и непрерывных наблюдений на месте.

Наконец, авторы отмечают, что разработанные методы применимы и к изучению других планет Солнечной системы, а также экзопланет. Понимание энергетического баланса таких далёких миров, как Уран, не только углубляет сравнительную планетологию, но и может помочь в моделировании атмосферных систем — включая земную.