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).

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/
Присоединяйся

Вы могли пропустить:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.