Спутники Урана преподнесли ученым сюрприз

Исследователи изучили четыре крупнейших спутника ледяного гиганта Урана на предмет их взаимодействия с его магнитосферой. Поскольку они в приливном захвате у своей планеты (как Луна, повернуты одной стороной), предполагалось, что ведущие полушария — то есть обращенные вперед по направлению движения по орбите — светлее противоположных, которые должны, по идее, темнеть из-за бомбардировки электронами.

На деле же оказалось, что у двух спутников никаких признаков потемнения нет, а у внешних лун разница есть — но противоположная ожидаемой, и это противоречит имеющимся данным, собранным в ближнем инфракрасном диапазоне.

Сложная магнитная среда «странного» Урана

Четыре спутника, фигурирующие в этом исследовании — Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон — приливно заблокированы Ураном, то есть всегда обращены к нему одной стороной. Сторона, обращенная в направлении движения, называется ведущим полушарием, а противоположная — задним. Предполагалось, что заряженные частицы, захваченные вдоль линий магнитного поля, в основном ударяют в заднюю сторону спутников, что должно было сделать ее темнее.

«Уран странный, поэтому всегда было неясно, насколько его магнитное поле взаимодействует со спутниками», — объяснил главный исследователь Ричард Картрайт из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса. — Во-первых, он наклонен на 98 градусов относительно плоскости эклиптики. Во время пролета "Вояджера-2" магнитосфера Урана была наклонена примерно на 59 градусов относительно орбитальной плоскости спутников. Таким образом, магнитное поле имеет дополнительный наклон».

Поскольку Уран и его магнитные линии вращаются быстрее, чем спутники движутся по орбите, линии магнитного поля постоянно проносятся мимо них. Если магнитосфера планеты взаимодействует с лунами, заряженные частицы должны осыпать преимущественно их задние стороны.

Эти заряженные частицы, а также космические лучи нашей Галактики, должны затемнять задние полушария Ариэля, Умбриэля, Титании и Оберона и, возможно, способствовать образованию углекислого газа, обнаруженного на этих спутниках.

Но оказалось иначе. Ведущие и задние полушария Ариэля и Умбриэля практически одинаковы по яркости. Однако исследователи обнаружили разницу между полушариями двух внешних спутников — Титании и Оберона, — что стало неожиданностью.

Как жуки на лобовом стекле

Еще более странно, что разница в яркости оказалась противоположной ожидаемой. У двух внешних спутников более темные и красные ведущие полушария по сравнению с задними. Ученые предполагают, что пыль с некоторых нерегулярных спутников Урана оседает на ведущих сторонах Титании и Оберона.

Нерегулярные спутники — это естественные тела с большими, эксцентричными и наклонными орбитами относительно экваториальной плоскости планеты. Микрометеориты постоянно бомбардируют их поверхности, выбрасывая мелкие частицы материала на орбиту вокруг Урана.

За миллионы лет эта пыль движется внутрь к Урану и в конечном итоге пересекает орбиты Титании и Оберона. Эти внешние спутники «собирают» пыль в основном на своих ведущих полушариях, обращенных вперед. Это похоже на то, как насекомые ударяются о лобовое стекло автомобиля на трассе.

В результате ведущие полушария Титании и Оберона становятся темнее и краснее, а внутренние луны Ариэль и Умбриэль, прикрытые внешними, не меняются.

«Мы наблюдаем аналогичный процесс в системе Сатурна и, вероятно, Юпитера. Это одни из первых свидетельств подобного обмена материалом между спутниками Урана», — заметил соавтор исследования Брайан Холлер из Института исследований космоса с помощью космического телескопа.

«Таким образом, это подтверждает альтернативное объяснение — накопление пыли. Я даже не ожидал, что придется рассматривать эту гипотезу, но, знаете, данные всегда удивляют», — добавил Картрайт.

Основываясь на этих выводах, ученые предположили, что магнитосфера Урана может быть довольно спокойной или более сложной, чем считалось ранее. И если она как-то взаимодействует со спутниками, то асимметрию почему-то не порождает.

Уникальное ультрафиолетовое зрение «Хаббла»

Для наблюдения за яркостью четырех крупнейших спутников Урана исследователям потребовались уникальные ультрафиолетовые возможности «Хаббла». Наблюдение объектов в ультрафиолетовом свете невозможно с Земли из-за фильтрующего эффекта атмосферы. Ни один другой современный космический телескоп не обладает сопоставимым зрением и резкостью.

«"Хаббл" с его ультрафиолетовыми возможностями — единственный инструмент, который мог проверить нашу гипотезу», — сказал Кристиан Сото из Института исследований космоса с помощью космического телескопа, который провел большую часть обработки и анализа данных.

Он представил результаты исследования на 246-м собрании Американского астрономического общества в Анкоридже.