Спустя восемь с половиной лет после своего старта, в своем грандиозном путешествии по Солнечной системе, космический корабль NASA Voyager 2 был готов к очередной встрече. Это было 24 января 1986 года, и вскоре он встретит таинственную седьмую планету, ледяной Уран.
В течение следующих нескольких часов Voyager 2 пролетел в пределах 80 000 км от облачных вершин Урана, собрав данные, которые выявили два новых кольца, 11 новых лун и температуры ниже минус 214 градусов по Цельсию. Эти данные по-прежнему является единственными приближенными измерениями, которое мы когда-либо делали для планеты.
Три десятилетия спустя ученые, анализирующие эти данные, обнаружили еще один секрет.
Без ведома всего астрономического сообщества 34 года назад Voyager 2 пролетел через плазмоид, гигантский магнитный пузырь, который, возможно, выносил атмосферу с Урана в космос. Открытие, о котором сообщается в Geophysical Research Letters, поднимает новые вопросы об уникальной в своем роде магнитной среде планеты.
Шаткий магнитный чудак
Атмосфера всех планет Солнечной системе проникает в космос. Водород исходит из Венеры, чтобы присоединиться к солнечному ветру, непрерывному потоку частиц, покидающих Солнце. Юпитер и Сатурн выбрасывают шарики своего электрически заряженного воздуха. Даже атмосфера Земли вытекает в космос, но не волнуйтесь, она продержится еще около миллиарда лет.
Эффекты незначительны в человеческом масштабе времени, но, учитывая достаточно долгий период времени, выбросы атмосферы могут фундаментально изменить судьбу планеты. Для примера, посмотрите на Марс.
«Раньше Марс был влажной планетой с густой атмосферой», - сказала Джина Ди Браччо, физик космоса в центре космических полетов имени Годдарда НАСА и исследователь проекта по атмосфере Марса и изменчивой эволюции, или миссии MAVEN. «Он эволюционировал со временем - 4 миллиарда лет утечки в космос - и Марс стал сухой планетой, которую мы видим сегодня».
Выбросы в атмосферу обусловлены магнитным полем планеты, которое может как помочь, так и помешать процессу. Ученые считают, что магнитные поля могут защитить планету, отражая разрушающие атмосферу потоки солнечного ветра. Но они также могут создавать возможности для потери атмосферы, как гигантские шары, отрывающиеся от Сатурна и Юпитера, когда линии магнитного поля запутываются. В любом случае, чтобы понять, как меняется атмосфера, ученые обращают пристальное внимание на магнетизм.
Это еще одна причина, почему Уран такая загадочная планета. Облет Voyager 2 в 1986 году показал, насколько это странная магнитная планета.
«Структура, то, как она движется…», - сказал Ди Браччо, - «Уран действительно сам по себе».
В отличие от любой другой планеты в нашей солнечной системе, Уран вращается почти идеально на своем боку. Его ось магнитного поля направлена на 60 градусов от этой оси вращения, поэтому, когда планета вращается, ее магнитосфера - пространство, вырезанное его магнитным полем, - качается, как плохо брошенный футбольный мяч. Ученые до сих пор не знают, как это можно смоделировать.
Эта странность привлекла к проекту Ди Браччо и ее соавтора Дана Гершмана, коллегу по физике в Годдарде. Оба были частью команды, разрабатывающей планы новой миссии к «ледяным великанам» Урану и Нептуну, и они искали тайны, которые нужно разгадать. Странное магнитное поле Урана, которое в последний раз измеряли более 30 лет назад, казалось хорошим началом.
Поэтому они загрузили показания магнитометра Voyager 2, который контролировал силу и направление магнитных полей возле Урана, когда космический корабль пролетал мимо. Не зная, что они найдут, они приблизились ближе, чем в предыдущих исследованиях, и построили новый график с показаниями каждые 1,92 секунды. Плавные линии старого графика сменились зубчатыми шипами и провалами. И вот, тогда они это увидели: крошечный зигзаг с большой историей.
"Как вы думаете, это может быть ... плазмоид?" - спросил Гершман у Ди Браччо, увидев зигзаг.
Малоизвестные во время полета Voyager 2 плазмоиды с тех пор стали признанным важным способом потери массы планетами. Эти гигантские пузырьки плазмы, или электрифицированный газ, отрываются от части его магнитного поля, уносясь солнечным ветром. С достаточным количеством времени выходящие плазмоиды могут истощить ионы из атмосферы планеты, фундаментально изменяя ее состав. Они были обнаружены на Земле и других планетах, но никто не обнаруживал плазмоиды на Уране - до этого времени.
Убегающие пузыри
Найденные Ди Браччо и Гершманом плазмоиды в данных занимали всего 60 секунд из 45-часового пролета Вояджера-2 мимо Урана. Они появились как быстрый всплеск данных магнитометра. «Но если бы вы нарисовали его в 3D, он бы выглядел как цилиндр», - сказал Гершман.
Сравнивая свои результаты с плазмоидами, наблюдавшимися на Юпитере, Сатурне и Меркурии, они оценили цилиндрическую форму длиной не менее 204 000 километров и шириной примерно до 400 000 километров. Как и все планетарные плазмоиды, он был полон заряженных частиц - в основном ионизованного водорода, считают авторы.
Показания изнутри плазмоида - когда Voyager 2 пролетел через него - намекали на его происхождение. В то время как некоторые плазмоиды имеют скрученное внутреннее магнитное поле, Ди Браччо и Гершман наблюдали гладкие замкнутые магнитные петли. Такие петлеобразные плазмоиды обычно образуются, когда вращающаяся планета сбрасывает кусочки своей атмосферы в космос. «Центробежные силы вступают в силу и плазмоид сжимается», сказал Гершман. Согласно их оценкам, подобные плазмоиды могут составлять от 15 до 55% потери массы атмосферы на Уране, что больше, чем у Юпитера или Сатурна.
Как это изменило Уран с течением времени? С одним набором наблюдений трудно сказать.
«Представьте, что один космический корабль пролетел через вашу комнату и попытался охарактеризовать всю Землю», - сказал Ди Браччо. «Очевидно, что он точно не покажет вам ничего о том, на что похожа Сахара или Антарктида».
Но полученные данные помогают сфокусировать новые вопросы о планете, для ее будущего исследования.
По информации https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20200326212623
