Космический телескоп «Джеймс Уэбб» впервые зафиксировал полярные сияния на Нептуне. Подобные явления наблюдались на других планетах Солнечной системы, включая Юпитер, Сатурн и Уран, однако ранее не удавалось обнаружить их у Нептуна.
Полярные сияния формируются в результате взаимодействия заряженных частиц, обычно исходящих от Солнца, с магнитным полем планеты. Эти частицы задерживаются в магнитном поле и, сталкиваясь с верхними слоями атмосферы, вызывают интенсивное свечение.
В июне 2023 года с использованием спектрографа ближнего инфракрасного диапазона NIRSpec, установленного на космическом телескопе «Джеймс Уэбб», были сделаны наблюдения. Собранные данные предоставили возможность получить подробное изображение планеты и спектр ее верхней атмосферы.
Нептунианские полярные сияния
Интенсивная эмиссия тригидрогенного катиона (H₃⁺), являющегося характерным химическим признаком полярных сияний, была зафиксирована благодаря NIRSpec. Этот ион возникает в результате взаимодействия заряженных частиц с ионосферой, и его присутствие отчетливо проявилось на снимках, полученных телескопом «Уэбб», где полярные сияния представлены в виде голубых пятен.
В отличие от Земли или Юпитера, на Нептуне полярные сияния возникают не на географических полюсах, а в промежуточных широтах. Эта уникальная особенность обусловлена сложной структурой магнитного поля планеты, которая была обнаружена в 1989 году аппаратом «Вояджер-2».
Поле Нептуна имеет наклон около 47 градусов по отношению к оси вращения и значительно смещено от центра планеты. Из-за этого смещения линии магнитного поля контактируют с атмосферой в областях, расположенных не у полюсов, что приводит к появлению полярных сияний в неожиданных местах.
Более холодная атмосфера, чем ожидалось
Телескоп «Уэбб» не только зафиксировал полярные сияния, но и впервые за долгое время измерил температуру верхних слоев атмосферы Нептуна. Полученные данные свидетельствуют о значительном снижении температуры по сравнению с ранее сделанными оценками – потеря составила несколько сотен градусов.
Из-за низкой температуры было сложно наблюдать полярные сияния на Нептуне: холодная ионосфера производит меньше излучения, что делает это явление труднозаметным даже для высокочувствительного оборудования.
Астрономы до недавнего времени прогнозировали интенсивность полярных сияний на Нептуне, используя данные, полученные аппаратом «Вояджер-2», поскольку прямая обратная связь отсутствовала. Новые данные свидетельствуют о том, что атмосфера планеты, несмотря на ее удаленность от Солнца (более чем в 30 раз превышающую расстояние между Землей и Солнцем), может подвергаться существенным изменениям. Это поднимает новые вопросы о динамике атмосферы и ее взаимодействии с солнечным ветром на значительном удалении.
Ученые теперь планируют проводить наблюдения за Нептуном на протяжении всего солнечного цикла, продолжающегося примерно 11 лет, чтобы выяснить, как колебания солнечной активности воздействуют на эту планету. Полученные данные также могут пролить свет на происхождение магнитного поля Нептуна и его необычную структуру. Это открытие открывает новые возможности для изучения ледяных гигантов — планет, которые остаются малоизученными, но играют важную роль в развитии моделей атмосферной и магнитной эволюции для экзопланетных систем.