Два проекта с использованием космического телескопа Джеймса Уэбба будут изучать полярные сияния Урана и Сатурна, чтобы выяснить, какие процессы ими управляют.
Космический телескоп Джеймса Уэбба ( JWST ) будет исследовать захватывающие световые шоу гигантов солнечной системы Урана и Сатурна.
Две группы астрономов из Университета Лестера будут использовать космический телескоп для изучения полярных сияний над газовым гигантом Сатурном и холодным ледяным гигантом Ураном. Цель в том, чтобы более подробно объяснить процессы, которые создают эти полярные световые шоу на разных планетах.
Полярные сияния знакомы жителям Земли, которые могут наблюдать потрясающие Северное сияние и Южное сияние вдоль полюсов нашей планеты.
Эти световые шоу возникают над Землей, когда заряженные частицы, исходящие от солнечного ветра, попадают в защитное магнитное поле нашей планеты , известное как магнитосфера. Эти частицы перемещаются по силовым линиям магнитного поля и устремляются за Землю, но при этом они взаимодействуют с частицами в нашей атмосфере, создавая светящийся свет.
Когда Солнце выбрасывает большие объемы звездной плазмы в так называемых корональных выбросах массы, полярные сияния становятся более заметными и их можно увидеть на более низких широтах над Землей.
Хотя полярные сияния и раньше наблюдались над другими планетами Солнечной системы, и они должны быть возможны вокруг любой планеты с атмосферой и магнитным полем, об этих световых шоу известно меньше.
В настоящее время относительно мало известно о полярных сияниях Урана — ледяного гиганта с атмосферой из воды, аммиака и метана.
На самом деле только в прошлом году, после трех десятилетий исследований, группа из Школы физики и астрономии Лестера подтвердила наличие инфракрасного сияния вокруг Урана.
Из-за прошлого столкновения с телом размером примерно с Землю Уран наклонился под углом 97,77 градуса. Это означает, что его полюса ориентированы почти прямо к Солнцу и от него, а его полярные сияния расположены вокруг того места, которое обычно является экватором для планет Солнечной системы.
Температура всех газовых планет-гигантов, включая Уран, на сотни градусов выше, чем предсказывают модели, поэтому возникает большой вопрос: почему эти планеты настолько горячее, чем ожидалось? Одна из теорий предполагает, что причиной этого является энергичное полярное сияние, которое генерирует и выталкивает тепло от полярного сияния вниз к магнитному экватору.
Исследование Урана начнется в начале 2025 года; телескоп будет делать снимки ледяного гиганта за один день, который длится около 17 земных часов. Это должно позволить команде составить карту полярных сияний по всему вращению магнитного поля Урана.
Ученые также будут стремиться выяснить, производятся ли выбросы, когда магнитное поле Урана взаимодействует с солнечным ветром, как это происходит над Землей, или же взаимодействующие заряженные частицы исходят из источников внутри системы, подобно тому, как Юпитер создает свои полярные сияния. Существует также вероятность того, что полярные сияния на Уране возникают в результате комбинации этих явлений, точно так же, как, по-видимому, возникают полярные сияния на Сатурне.
Проект JWST Saturn Aurora, возглавляемый ученым Центра космической физики Бостонского университета Люком Муром, будет наблюдать северную область полярных сияний газового гиганта в течение всего 10,6-часового сатурнианского дня. Это позволит команде следить за тем, как меняется температура этого региона по мере вращения газового гиганта.
Впервые обнаружив энергию полярных сияний в атмосфере Сатурна, команда надеется узнать больше об источниках заряженных частиц в атмосфере, которые вызывают его полярные сияния.
Оба исследования гигантских планет JWST будут проводиться с использованием высокочувствительной камеры ближнего инфракрасного диапазона мощного космического телескопа (NIRCam).
Как только эти результаты будут получены, ученые смогут лучше понять процессы, которые создают полярные сияния в Солнечной системе, и, в частности, роль этих механизмов на Земле. Возможно, результаты помогут астрономам собрать информацию о полярных сияниях и вокруг планет за пределами системы: внесолнечных планет или «экзопланет».
Большинство экзопланет, обнаруженных на данный момент, относятся к категории субнептуновых и, следовательно, физически похожи на Нептун и Уран по размеру. Это также может означать схожие магнитные и атмосферные характеристики. Анализируя полярное сияние Урана, которое напрямую связано как с магнитным полем, так и с атмосферой планеты, мы можем делать прогнозы об атмосферах и магнитных полях этих миров и, следовательно, об их пригодности для жизни.