Космический телескоп «Джеймс Уэбб» впервые непосредственно наблюдал полярные сияния на Нептуне.
Полярные сияния появляются, когда заряженные частицы, в том числе солнечного происхождения, улавливаются магнитным полем планеты и сталкиваются с её верхними атмосферными слоями, создавая яркий свет.
Наблюдения были выполнены в июне 2023 года с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона NIRSpec космического телескопа «Джеймс Уэбб». Полученные данные позволили получить детальное изображение планеты и спектр ее верхней атмосферы.
Нептунианские полярные сияния
Благодаря NIRSpec удалось обнаружить очень сильную эмиссию тригидрогенного катиона (H₃⁺), характерного химического индикатора полярных сияний. Этот ион образуется при столкновении заряженных частиц с ионосферой, а его присутствие хорошо видно на снимках «Уэбба», где полярные сияния отображены голубыми пятнами.
В отличие от Земли или Юпитера, сияния на Нептуне появляются не на географических полюсах, а в промежуточных широтах. Эта особенность связана с сложной структурой магнитного поля планеты, выявленной зондом «Вояджер-2» в 1989 году.
Поле Нептуна наклонено примерно на 47 градусов относительно оси вращения и значительно смещено относительно центра планеты. Такое смещение приводит к соединению линий магнитного поля с атмосферой в неполярных областях, вызывая полярные сияния в неожиданных местах.
Более холодная атмосфера, чем ожидалось
«Уэбб» обнаружил полярные сияния и впервые с момента пролёта «Вояджера-2» измерил температуру верхних слоев атмосферы Нептуна. Полученные результаты показывают значительное охлаждение по сравнению с предыдущими оценками, потеря температуры составила несколько сотен градусов.
Низкая температура – главная причина трудности обнаружения полярных сияний на Нептуне раньше: холодная ионосфера излучает меньше энергии, делая явление малозаметным даже для самых чувствительных приборов.
Астрономы до сих пор пытались предсказать интенсивность полярных сияний на Нептуне, используя данные «Вояджера-2», но без прямого обратной связи. Новые наблюдения показывают, что атмосфера планеты может претерпевать значительные изменения, несмотря на ее удаленность от Солнца, которая в 30 раз больше расстояния между Землей и Солнцем. Эти изменения ставят новые вопросы о динамике атмосферы и взаимодействии с солнечным ветром на больших расстояниях.
Учёные надеются наблюдать за Нептуном в течение всего солнечного цикла, который длится около 11 лет, чтобы изучить влияние колебаний активности Солнца на планету. Такие наблюдения могут дать новые сведения о происхождении магнитного поля Нептуна и его сложной геометрии. Открытие открывает новое окно для понимания ледяных гигантов — планет, которые мало изучены, но имеют фундаментальное значение для распространения моделей атмосферной и магнитной эволюции на внесолнечные планетные системы.