Астрономы открыли две крошечные луны, вращающиеся вокруг Нептуна, и одну — вокруг Урана. В результате число известных спутников двух планет выросло до 16 и 28 соответственно. Названия новым объектам будут присвоены позже.

Источник изображения: nasa.gov

Новый спутник Урана, обнаруженный впервые более чем за два десятилетия, является, возможно, самым маленьким из себе подобных. Его диаметр составляет всего 8 км, а полный оборот вокруг своей планеты он совершает за 680 дней. Для сравнения, марсианский спутник Деймос, который считается одним из самых крохотных в Солнечной системе, имеет диаметр 13 км. Новая луна Урана пока носит название S/2023 U1, а впоследствии ей будет по традиции присвоено имя шекспировского персонажа.

Более яркий из двух новых спутников Нептуна пока будет называться S/2002 N5 — он имеет диаметр 23 км, а его период обращения вокруг планеты составляет 9 лет. Диаметр более тусклого объекта, временно носящего название S/2021 N1, составляет 14 км, а полный оборот вокруг Нептуна он совершает за 27 лет. Оба новых спутника позже получат имена в честь морских богов и нимф из греческой мифологии.

Спутник Урана S/2023 U1. Источник изображения: carnegiescience.edu

Об открытии трёх новых спутников было объявлено накануне, 23 февраля, Центром малых планет при Международном астрономическом союзе — это расположенный в американском Массачусетсе научный орган, ответственный за обозначение планет, комет и спутников в Солнечной системе. Открытие было сделано при помощи обсерваторий на Гавайях и в Чили. Совершили его научный сотрудник Института Карнеги Скотт Шеппард (Scott Sheppard), сотрудники Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA Марин Брозович (Marina Brozovic) и Боб Джейкобсон (Bob Jacobson), Дэвид Толен (David Tholen) из Гавайского университета, Чад Трухильо (Chad Trujillo) из Университета Северной Аризоны и Патрик София Лигава (Patryk Sofia Lykawa) из японского Университета Киндай.

Новый спутник Урана был впервые обнаружен в ноябре минувшего года при помощи «Магеллановых телескопов» (Magellan Telescopes) в Чили. Открытие было подтверждено месяц спустя посредством дальнейших наблюдений и расчётных данных, предоставленных учёными JPL. Новые луны Нептуна были открыты в сентябре 2021 года. После того, как подтвердилась орбита более яркого спутника S/2002 N5, её отследили до 2003 года, но тогда объект потеряли, прежде чем успели подтвердить, что он вращается вокруг планеты. Чтобы открыть менее яркий спутник, потребовались особые условия и наблюдение через Очень большой телескоп (VLT) в Чили и обсерваторию «Джемини» (Gemini) на Гавайях. Астрономы сделали серию пятиминутных экспозиций c трёх- и четырёхчасовыми промежутками и произвели наложение снимков, получив таким образом более чёткие изображения объектов. Все три спутника имеют сильно наклонённые вытянутые орбиты — это значит, что они не возникли у своих планет, а были захвачены их гравитацией.

Первые фотографии Нептуна и Урана сделал космический зонд «Вояджер-2», пролетевший мимо них десятилетия назад. С тех пор учёных терзали смутные сомнения, почему далёкие планеты на снимках разного цвета, хотя составы атмосфер у них похожи? Уран на фотографиях предстал бледно-голубым, а Нептун — более глубокого синего цвета. Разгадали секрет британские учёные.

Истинные цвета Урана (слева) и Нептуна (справа). Источник изображения: University of Oxford

Дело в том, что камера «Вояджера-2» сделала снимки Нептуна и Урана в чуть различающихся динамических диапазонах. Вдобавок к этому снимки Нептуна прошли дополнительную обработку, что повысило их контрастность и сделало цвета более глубокими. Поэтому на первых снимках Уран предстал в аквамариновых тонах, а Нептун — в лазурных.

Забавно, что в научной литературе в аннотации к снимкам Нептуна было указано, что снимки прошли соответствующую обработку, что изменило видимые цвета. Впоследствии это пояснение было утеряно и изображения Нептуна начали кочевать по публикациям фактически в искажённом виде. В результате даже в научной среде стало обычным считать Нептун синим, а не голубым.

«Неправильное представление о цвете Нептуна, а также необычные изменения цвета Урана преследовали нас десятилетиями, — объяснила астроном Хайди Хаммель (Heidi Hammel) из Ассоциации университетов по исследованию астрономии, которая не участвовала в исследовании, но была членом команды NASA по программе «Вояджеров». — Это всестороннее исследование должно, наконец, положить конец обоим проблемам».

Истинные цвета Нептуна и Урана позволило выяснить новое исследование с привлечением данных космического телескопа «Хаббл» и Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории в Чили. Используя спектрометры на этих телескопах, учёные получили данные для построения уточнённой цифровой модели для анализа исходных данных «Вояджера-2». Как результат, Нептун оказался почти того же цвета, что и Уран — аквамаринового, а не лазурного. Нептун оказался чуть темнее, поскольку дымка в его верхних слоях была чуть тоньше, чем на Уране и отражала меньше солнечного света.

Также новое исследование разгадало загадку изменения цвета Урана со временем. В течение своего года, который длится 84 земных года, Уран поворачивается к Солнцу то экватором, то полюсом (он лежит на боку по отношению к эклиптике). В приполярных областях в атмосфере Урана больше метана, который поглощает красные длины волн. Поэтому при обращении к Солнцу полюсом планета приобретает зеленоватый оттенок, что также нашло подтверждение в новой научной работе.

Планета Уран и её спутники — это не самые удобные объекты для снимков с помощью телескопов. Эти непоседы не позволяют делать снимки с длинной выдержкой, что ведёт к потере ценных для науки деталей. На выручку приходят компьютеры и монтаж из кадров с разной выдержкой, что даёт возможность получить удивительный по красочности и детализации результат.

Источник изображений: NASA, ESA

Европейское космическое агентство, которое как и NASA имеет отношение к работе космической обсерватории «Джеймс Уэбб», поделилось новым снимком Урана и его окрестностей, полученных с помощью четырёх длин волн камерой ближнего инфракрасного диапазона телескопа.

Новый снимок отличается яркостью и большим количеством деталей. Так, ранее в этом году Уран был снят камерой NIRCam «Уэбба» на длинах волн 1,4 и 3,0 мкм. Новое изображение сделано с использованием ещё двух диапазонов: 2,1 и 4,6 мкм. Чувствительные датчики «Уэбба» позволили различить даже внутреннее почти не различимое кольцо.

На самой планете выделяется яркая область — это северная полярная шапка или, точнее, аэрозольная взвесь в атмосфере в виде кристалликов льда из воды, метана и других веществ. Эта область также подвержена активному полярному циклону. Его впервые смогли наблюдать в этом году. На снимках «Уэбба» можно разглядеть воздушные завихрения по краям циклона, что даёт некоторое представление о процессах в его атмосфере.

Поскольку снимок Урана делался широкоугольным, на нём позируют 14 из 27 крупнейших спутников планеты — это Оберон, Титания, Умбриэль, Джульетта, Пердита, Розалинда, Пак, Белинда, Дездемона, Крессида, Ариэль, Миранда, Бьянка и Порция. На снимке они представлены синими точками. Кроме того, в кадр попали некоторые из галактик в виде розовых и белых спиралей и веретён. Помимо научной ценности, новая фотография седьмой по счёту планеты нашей системы может по праву считаться своеобразным новогодним украшением момента.

Космический аппарат New Horizons был запущен 19 января 2006 года. С тех пор он миновал Юпитер и провёл облёт Плутона и его спутников. Теперь космическая лаборатория переключает своё внимание на Уран и Нептун, двигаясь в поясе Койпера, более чем в 8 миллиардах километров от Земли, и NASA приглашает всех астрономов-любителей помочь внести «реальный вклад в космическую науку», поделившись наблюдениями за атмосферой и энергетическим балансом обеих планет.

Источник изображения: NASA

«Объединив информацию, которую New Horizons собирает в космосе, с данными телескопов на Земле, мы можем дополнить и даже усилить наши модели, чтобы раскрыть тайны, витающие в атмосферах Урана и Нептуна, — отметил Алан Стерн (Alan Stern), главный исследователь проекта New Horizons из Юго-западного научно-исследовательского института штата Колорадо. — Даже с любительских астрономических телескопов размером всего 16 дюймов эти дополнительные наблюдения могут быть чрезвычайно важными».

Согласно сообщению в блоге NASA, New Horizons будет работать в тандеме с космическим телескопом «Хаббл», чтобы сосредоточиться на более тонких деталях атмосфер планет и изучения передачи тепла от ядра через газовую оболочку. Астрономы-любители могут помочь измерить распределение ярких деталей на Уране или даже охарактеризовать любые необычно яркие детали на Нептуне. Идея обращения за помощью к широкой публике заключается в том, что они могут отслеживать особенности в течение гораздо более длительного периода времени, чем любой космический корабль.

Тех, кто решит принять участие в этом совместном исследовании, просят опубликовать любые полученные изображения на X или Facebook✴, используя хэштег #NHiceGiants. Изображения должны содержать сведения о времени и дате создания, и полосе пропускания фильтра. После публикации команда New Horizons соберёт изображения и любую вспомогательную информацию.

Снимки двух ледяных гигантов, сделанные телескопом «Хаббл», будут доступны для общественности в конце сентября этого года в Архиве космических телескопов Микульского (MAST), на портале stsci.edu. Изображения, сделанные New Horizons, скорее всего станут доступны только к концу 2023 года.

Земным астрономам не всегда предоставляется возможность удобного наблюдения за планетой Уран. Полный оборот вокруг Солнца этот газовый гигант совершает за 84 года. Для современных учёных время удобного наблюдения за северным полюсом Урана началось около десяти лет назад, чем они сразу воспользовались и нашли там типичный для атмосферных планет циклон.

Циклон над северным полюсом Урана в трёх разных диапазонах частот. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/VLA

Заглянуть под покров облаков на Уране астрономы смогли с помощью радиотелескопа VLA (Very Large Array («Очень большая антенная решётка»), состоящего из 27 антенн, расположенных в Нью-Мексико (США). Сканирование в диапазонах сантиметровых и миллиметровых волн (K, Ka и Q) показало наличие циклона в атмосфере над северным полюсом планеты — закрученных в спираль по ходу вращения Урана потоков чуть более тёплого и сухого воздуха.

Это стало первым наблюдением циклона над северным полюсом планеты. Ранее признаки циклона были обнаружены над её южным полюсом, когда там много лет назад пролетал зонд NASA «Вояджер-2». Но зонд не смог заглянуть под покров облаков и измерить температуру воздушных потоков, с чем успешно справился массив радиотелескопа VLA.

Данная работа стала финальным аккордом в череде изучения атмосфер планет Солнечной системы. Теперь мы точно знаем, что на всех планетах с атмосферой вне зависимости от её строения (это камень или газовый гигант), присутствуют такие атмосферные явления, как полярные циклоны. На Земле они формируются преимущественно над водой и мигрируют в процессе своего развития, тогда как над безводными мирами они рождаются над полюсами.

«Эти наблюдения говорят нам гораздо больше об истории Урана. Это гораздо более динамичный мир, чем можно было подумать, — сказал ведущий автор работы Алекс Экинс (Alex Akins) из Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии. — Это не просто голубой газовый шар. Здесь многое происходит "под капотом"».

Изображение Урана в натуральных цветах, сделанное зондом NASA «Вояджер-2» в 1986 году

Данные сделанных наблюдений и новые исследования Урана в ближайшие годы необходимы также с практической стороны. В начале 30-х годов NASA рассчитывает послать автоматическую межпланетную станцию для изучения спутников Урана и планеты. Для разработки наиболее развёрнутого плана экспедиции о месте разведки необходимо узнать как можно больше, чем учёные будут заниматься всё оставшееся до полёта время.

Уран и его спутники станут следующей масштабной задачей для изучения космоса силами NASA. Экспедиция может стартовать к 2031 году. Но цели и задачи надо выбирать сегодня, для чего необходимо заново поднять и проанализировать все данные по системе Урана. Ведь только так можно создать необходимые научные инструменты для изучения этой планеты и её спутников. И новый анализ удивил — на спутниках Урана, вероятно, имеются подлёдные океаны.

Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

Мимо Урана — седьмой планеты нашей системы — пролетал один единственный космический аппарат — «Вояджер-2». Он предоставил данные ещё в середине 80-х годов прошлого века. С тех пор наблюдения за Ураном и его спутниками велись только удалённо — с Земли и с её орбиты, хотя ряд межпланетных станций делали это с орбит Юпитера и Сатурна. Используя новый набор данных, а также наблюдения за лунами планет-гигантов, учёные создали и проверили новую модель строения спутников Урана.

Некоторые луны Юпитера и Сатурна уверенно демонстрируют признаки наличия на них глубоких — до многих десятков километров глубиной — океанов. Как раз сейчас в систему Юпитера направлен зонд JUICE для изучения его спутников и, в том числе, поиска признаков океанов на трёх крупнейших из них — Ганимеде, Европе и Каллисто. Эти признаки и данные также были использованы в новом моделировании, поскольку луны Юпитера, Сатурна и Урана могут иметь схожее геологические строения, и формировались в более-менее похожих условиях. Не учитывать такое было бы недальновидно.

Повторный анализ данных с космического аппарата НАСА «Вояджер-2» и новое компьютерное моделирование позволили специалистам NASA сделать вывод, что четыре крупнейшие луны Урана, вероятно, содержат океанический слой между ядром и ледяной корой. Это исследование стало первым, в котором подробно описывается эволюция внутреннего состава и структуры всех пяти крупных лун Урана: Ариэли, Умбриэли, Титании, Оберона и Миранды. По результатам работы делается вывод, что на четырёх из этих лун имеются океаны, глубина которых может составлять десятки километров.

У Урана известны 27 лун, четыре самых крупных из них — это Ариэль (1160 км в поперечнике), Умбриэль (1170 км), Оберон (1520 км) и Титания (1589 км). Давно считалось, что Титания, как самая крупная, могла сохранить достаточно внутреннего тепла от радиоактивного распада, чтобы поддерживать подлёдный океан тёплым и даже потенциально пригодным для поддержания в нём жизни. Остальные луны считались недостаточно большими для сохранения тепла и воды в жидкой фазе. Новая работа даёт надежду, что жидкие океаны могут быть также на трёх других крупных спутниках Урана. Следовательно, будущая миссия должна это учитывать и готовить соответствующие научные приборы.

Приборы в миссии к Урану должны уметь определять как химический состав вещества на поверхности планеты, так и заглянуть под её поверхность. Для твёрдой породы необходим один диапазон сканирования, для поиска воды — другая методика. Например, о наличии воды подо льдом можно судить по регистрации токов, которые создают магнитные поля спутников. Также спектральный анализ вещества на поверхности вблизи вероятных разломов расскажет о содержании недр и о химическом составе подлёдной воды.

Наконец, обнаружение относительно свежих разломов — это также верный признак тектонической активности лун и теплоты её недр (как вариант, наличие тёплого океана). Учитывая вновь вскрывшиеся возможности, NASA сможет лучше спланировать миссию к Урану.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США прислал свежий снимок планеты Уран — ледяного гиганта Солнечной системы. На представленном снимке отчётливо видны кольца Урана и некоторые спутники планеты.

Источник изображений: NASA / ESA / CSA / STScI / J. DePasquale (STScI)

Уран является седьмой планетой от Солнца, и он действительно уникален. Планета вращается «лежа на боку» — экватор повёрнут к плоскости орбиты почти на 98 градусов. Этим обусловлены экстремальные климатические условия, ведь полюса Урана в течение многих лет находятся под солнечным светом, а затем на столь же длительный период погружаются в полную темноту. Период обращения Урана вокруг Солнца занимает 84 года. В настоящее время на северном полюсе, который попал в объектив космической обсерватории, идёт поздняя весна, а лето наступит в 2028 году.

Новое изображение Урана получено с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона NIRCam, которая размещена в конструкции «Джеймса Уэбба». На полученном изображении планета имеет голубой оттенок. Изображение раскрывает некоторые особенности динамичной атмосферы планеты. На правой стороне Урана на полюсе, обращённом к Солнцу, есть область повышенной яркости, которую называют полярной шапкой. Она является уникальной, поскольку появляется только в период, когда на эту область попадают прямые солнечные лучи.

Осенью полярная шапка исчезает и учёные надеются, что полученные в ходе наблюдения данные помогут узнать больше об этом феномене. На краю полярной шапки можно рассмотреть яркое облако, а также несколько протяжённых объектов сразу за краем шапки. Второе яркое облако видно у левого края лимба планеты. Такие облака типичны для Урана и, вероятно, связаны с грозовой активностью. Планета характеризуется как ледяной гигант из-за своего химического состава. Считается, что большую часть массы планеты составляет горячая плотная жидкость из «ледяных» материалов, таких как вода, метан и аммиак.

Уран имеет 13 известных колец, 11 из которых видны на представленном снимке. Некоторые из них получились настолько яркими, что может показаться, как будто они сливаются в одно широкое кольцо. В дополнение к этому в поле зрения космической обсерватории попали многие из 27 известных спутников Урана. Шесть наиболее ярких спутников выделены на представленном NASA снимке.

Телескоп «Хаббл» (Hubble) прислал свежие снимки Урана и Юпитера, показывающие, как медленно меняется погода на этих планетах. Над Северным полюсом Урана разрастается белая шапка ледяного смога, а ставшее своеобразной визитной карточкой Юпитера Большое красное пятно, напротив, уменьшается.

Уран в 2014 (слева) и 2022 (справа) гг. Источник изображения: nasa.gov

В отличие от земной погоды, которая может меняться каждый день, атмосферные процессы на планетах в дальней части Солнечной системы демонстрируют стабильность. Это можно понять: солнечного света они получают очень мало, а на полный оборот вокруг звезды у них уходят земные годы и даже десятилетия. Поэтому особую ценность представляют снимки, сделанные с разницей в несколько лет — они показывают, что атмосферы этих планет всё же «живые».

Сравнение снимков Урана, сделанных в 2014 и 2022 гг., показывает, что по мере приближения к летнему сезону над Северным полюсом ледяного гиганта разрастается шапка ледяного смога. Год на планете длится 87 земных лет, то есть на каждое время года приходится более 20 лет. Учёные характеризуют белый объект над Северным полюсом планеты как «фотохимический туман» — нечто вроде смога, который формируют загрязнения воздуха над крупными земными городами. Астрономы пытаются изучить химические процессы, вызвавшие это явление, но этому препятствует большая продолжительность времён года на Уране. В точке летнего солнцестояния планета окажется в 2028 году — в последний раз такое было в 1940-е годы.

Разница между временами года на Уране огромна: наклон планеты относительно плоскости орбиты составляет всего 8° — она практически «лежит на боку». В результате в свои зимние периоды Северное и Южное полушария почти не получают солнечного света.

Юпитер в ноябре 2022 (слева) и в январе 2023 (справа) гг. На левом снимке — пролёт спутника Ио, на правом — Ганимеда

Интересные погодные процессы удалось выявить и на снимках Юпитера. На последних изображениях с «Хаббла» видно, что Большое красное пятно газового гиганта достигло минимальных размеров за 150 лет регулярных наблюдений. Большое красное пятно — это гигантский шторм, диаметр которого в два раза превышает земной, а скорость ветра по периметру достигает 430–680 км/ч. И к северу от экватора, похоже, формируется ещё одна гигантская буря.

Новую штормовую область астрономы уже успели наречь «вихревой улицей» — здесь находится целый ряд взаимосвязанных циклонов, которые вращаются в разных направлениях. Объединившись, они могли бы образовать мегашторм ещё крупнее Большого красного пятна, но такой сценарий учёные считают маловероятным. «Хаббл» наблюдает за Юпитером с самого своего выхода на околоземную орбиту в начале девяностых, и лишь в последнее десятилетие астрономы стали отмечать образование циклонов, формирующих «вихревую улицу».