Решена загадка необычного похолодания Урана

Уран отличается от других планет Солнечной системы. В то время как ось вращения большинства планет перпендикулярна их орбитальной плоскости, у Урана угол наклона составляет экстремальные 98 градусов к плоскости эклиптики. Он как будто лежит на боку, предположительно из-за древнего столкновения. Кроме того, его орбита ретроградная — противоположная движению других планет.

Уникальность Урана распространяется и на его атмосферу. Ее верхние слои, которые называют термосферой, нагреваются более чем до 500 градусов Цельсия, и источники этого тепла долгое время озадачивали астрономов. Термосфера простирается на 50 000 км над поверхностью планеты, что также необычно. И что еще более странно, ее температура снижается.

Когда аппарат «Вояджер-2» пролетел мимо Урана в 1986 году, он измерил температуру термосферы. В последующие десятилетия телескопы непрерывно контролировали температуру Урана, и все измерения показали, что она с тех пор уменьшилась вдвое. Ни одна другая планета не испытывала таких изменений.

Термосфера Урана включает в себя ионосферу, помогающую астрономам измерять температуру. Это слой ионов, отделяющий нижнюю атмосферу от магнитосферы планеты. Ионы H3+ в ионосфере быстро достигают теплового равновесия с окружающими нейтральными частицами, испуская фотоны в ближнем инфракрасном диапазоне.

Загадочное падение температуры не является следствием сезонных изменений или 11-летнего цикла Солнца. Недавнее исследование, опубликованное в Geophysical Review Letters, предлагает гипотезу, согласно которой температуру термосферы Урана контролирует солнечный ветер — поток заряженных частиц, исходящих из внешнего слоя Солнца. Это плазма, состоящая в основном из электронов и протонов, а также содержащая атомные ядра и тяжелые ионы.

С 1990 года среднее давление солнечного ветра постепенно падает, что совпадает с изменением температуры Урана. Падение мощности кинетической энергии солнечного ветра приводит к снижению температуры.

От солнечного ветра планету в значительной степени защищает магнитосфера. Она пропускает фотоны, которые и нагревают, например, Землю. Уран находится гораздо дальше от Солнца: почти в 3 млрд км, в то время как Земля — всего в 228 млн км. Количество фотонов, достигающих Урана, недостаточно для нагрева. Уменьшающийся солнечный ветер меньше давит на магнитосферу Урана и она расширяется, тем самым еще эффективнее останавливая солнечный ветер. Это, в свою очередь, охлаждает верхние слои атмосферы.

Открытие может повлиять на будущую миссию к Урану Uranus Orbiter and Probe. Она сосредоточится на изучении атмосферы ледяного гиганта и поможет объяснить, как энергия солнечного ветра проникает в уникальную магнитосферу Урана.

Если такая ситуация имеет место в нашей Солнечной системе, то она возможна и за ее пределами.