Спутники Урана удивительно похожи на карликовые планеты в поясе Койпера

Уран
Уран и его спутники в представлении художника. Авторы и права: NASA.

Астроном Уильям Гершель открыл Уран и два его спутника 230 лет назад. Группа астрономов, работающая с космическим телескопом, носящим его имя, сделала неожиданное открытие. Похоже, спутники Урана поразительно похожи на ледяные карликовые планеты.

Космическая обсерватория “Гершель” завершила свою работу в 2013 году. Но данные, собранные в ходе миссии по-прежнему представляют интерес для исследователей. Это открытие было счастливой случайностью, результатом тестирования детектора камеры обсерватории. Уран – очень яркий инфракрасный источник энергии, и команда измеряла влияние таких объектов на камеру.

Уран довольно трудно наблюдать. “Вояджер-2” (НАСА) – единственный космический аппарат, когда-либо посетивший планету, и этот визит многое нам рассказал. Даже у телескопов вроде “Хаббла” возникают трудности.

Команда исследователей, стоявшая за этим исследованием, работала над новым методом анализа данных космической обсерватории “Гершеля” и её инструментом PACS. PACS представлял собой спектрометр низкого разрешения и камеру визуализации в одном устройстве. Он работал в инфракрасном диапазоне и получал более чёткие изображения, чем любой из его предшественников.

Уран
На этом снимке, сделанном широкоугольной камерой “Хаббла” (WFC3), видна обширная яркая штормовая облачная шапка на северном полюсе Урана. Авторы и права: NASA / ESA / A. Simon, NASA’s Goddard Space Flight Center / M. Wong & A. Hsu, University of California, Berkeley.

Статья, в которой представлены результаты исследования, озаглавлен “Herschel-PACS: фотометрия пяти основных спутников Урана”. Она была опубликована в журнале Astronomy and Astrophysics, а ведущим автором является Орс Х. Детре из Института астрономии Макса Планка (MPIA).

“Мы все были удивлены, когда обнаружили на изображениях четыре спутника, и мы даже смогли обнаружить Миранду, самую маленькую и внутреннюю из пяти самых больших спутников Урана”, – сказал Орс Х. Детре.

Обсерватория “Гершеля” не была оборудована коронографом. Коронограф блокирует мощные источники света, позволяя астрономам видеть слабые объекты в непосредственной близости от них. Они используются в солнечных обсерваториях, где они блокируют блики от Солнца, позволяя исследователям видеть выбросы корональной массы и другие солнечные явления. Без коронографа слабые объекты просто теряются в этом свете. Также и яркий инфракрасный свет, исходящий от Урана, означал, что было почти невозможно увидеть его ближайшие спутники.

Без коронографа Детре и его коллегам пришлось проявить смекалку.

“На самом деле, мы проводили наблюдения, чтобы измерить влияние очень ярких инфракрасных источников, таких как Уран, на детектор камеры”, – объясняет соавтор Ульрих Клаас, возглавлявший рабочую группу камеры PACS космической обсерватории “Гершеля” в MPIA. “Мы обнаружили спутники совершенно случайно, как дополнительные точки в чрезвычайно ярком сигнале планеты”.

В диапазоне длин волн на которых работает PACS более холодные объекты излучают ярче. Уран и его спутники нагреваются Солнцем примерно до 60-80K (от -213 до -193 градусов Цельсия).

Помощь сайту

Я буду рад любой помощи некоммерческому проекту “Вселенная Сегодня”.
Ваша помощь мотевирует меня развивать сайт дальше.
МИР: 2204 1201 0541 7451
БЕЛКАРТ: 9112 3930 4027 6490

Благодарю Вас за поддержку!

Наклон оси Урана составляет 97,77 градуса, поэтому он вращается лёжа на боку, перпендикулярно эклиптике. Спутники также соответствуют этому расположению. Когда Уран вращается вокруг Солнца, в первую очередь освещается либо северное, либо южное полушарие.

Уран
«Южное кольцо» и яркое облако на севере Урана. Авторы и права: NASA / ESA / M. Showalter (SETI Institute).

Время проведения наблюдений Урана и его пяти спутников: Титании, Оберона, Умбриэля, Ариэля и Миранды, с помощью PACS было очень удачным.

“Время проведения наблюдения также было удачей”, – объясняет Томас Мюллер из MPE. “Во время наблюдений экваториальные районы получили достаточно солнечного излучения для того, чтобы мы смогли измерить, насколько хорошо тепло удерживается на поверхности, когда в данном регионе наступает ночь”, – отметил Мюллер.

Эти наблюдения были удачными, и потому что Урану требуется 84 земных года для того что бы завершить один оборот вокруг Солнца. С момента открытия он даже не совершил трёх оборотов. Так что исследователям определённо повезло, что космическая обсерватория “Гершеля” попала в это окно.

Наблюдение за Ураном и его спутниками, когда они поглощали, а затем выделяли тепло, было критически важным для этого исследования. Мюллер был удивлён тем, что он обнаружил: поверхности пяти спутников, Титании, Оберона, Умбриэля, Ариэля и Миранды, на удивление хорошо поглощали тепло, и они выделяли его медленнее, чем ожидалось.

Миранда
Ледяной спутник Урана Миранда показана на этом изображении, полученном зондом “Вояджер-2” 24 января 1986 года. Авторы и права: NASA / JPL-Caltech.

Свойства спутников удерживать и выделять тепло напомнили команде о другом семействе объектов: карликовых планетах на внешнем крае Солнечной системы. Такие тела, как Плутон и Хаумеа. Эти результаты отличают пять основных спутников Урана от других, меньших по размеру спутников неправильной формы, вращающихся вокруг планеты.

“Мы создали улучшенные теплофизические модели пяти основных спутников Урана”, – пишут авторы в заключении своей статьи. “Полученные нами значения тепловой инерции напоминают значения транснептуновых карликовых планет (ТНО), Плутона и Хаумеа, больше, чем у меньших ТНО и кентавров на гелиоцентрических расстояниях около 30 а.е.”.

Таким образом, тепловые свойства ледяных поверхностей спутников Урана ближе по своим свойствам к карликовым планетам, таким как Плутон и Хаумеа.

“Это также согласуется с предположениями о происхождении неправильных спутников”, – добавляет Мюллер в пресс-релизе. “Предполагается, что из-за их хаотических орбит они были захвачены Ураном”.

Характеристики меньших неправильных спутников похожи на более далёкие, меньшие ТНО. Только пять основных спутников Урана образовались на месте и похожи на такие объекты, как Плутон.

В диапазоне наблюдения PACS Уран кажется чрезвычайно ярким. Эта яркость подавляет близлежащие объекты. Это не критично для очень далёких объектов, таких как другие звёзды, но не для спутников.

“Спутники, которые в 500–7400 раз слабее, находятся на таком маленьком расстоянии от Урана, что сливаются с другими яркими артефактами. Только самые яркие спутники, Титания и Оберон, немного выделяются из окружающего света”, – сказал соавтор Габор Мартон из обсерватории Конколи в Будапеште в пресс-релизе.

Это то, что лежит в основе данного исследования. Команда разработала новые методы обработки данных, чтобы вернуть спутники в поле зрения и устранить слепящие блики. Идея заключалась в том, чтобы уменьшить света настолько, чтобы спутники снова стали видны, и команда могла измерить их яркость. Это все равно, что пытаться привнести силу коронографа в изображения, которые были сделаны без него.

Землеподобная планета
Иллюстрация землеподобной экзопланеты Kepler-1649c. Авторы и права: NASA’s Ames Research Center / Daniel Rutter.

Команда вычислила точное положение спутников Урана в момент, когда были сделаны снимки, а затем использовала эти данные, чтобы удалить саму планету и весь её свет с изображения.

Это исследование показывает, насколько ценными могут быть архивные данные наблюдений. В данных завершённых миссий вроде “Гершеля” скрыты ценные научные открытия. Например, в апреле 2020 года учёные, изучающие данные миссии “Кеплер” (НАСА), обнаружили планету размером с Землю в обитаемой зоне своей звезды.


Больше информации: https://www.aanda.org/
Приветствую! Я основатель и администратор сайта UniverseTodayRu. Увлекаюсь астрономией, физикой и математикой. В 2010 году окончил физ.-мат. факультет БрГУ им. Пушкина. Для наблюдений и съёмки использую связку Sky-Watcher BK 909EQ2 и Canon EOS 1100D. В свободное время вы можете увидеть, как я смотрю на звёзды, задаваясь вопросом, что там? Кроме точных наук интересуюсь всем, что связано с программным обеспечением и информационными технологиями.

Оставьте комментарий