Знаменитый портрет Урана, сделанный космическим аппаратом Voyager -2, скрывает многие детали сложного мира, некоторые из которых начинают появляться. NASA/JPL
На постоянно растущей карте исследователей Солнечной системы есть гигантское белое пятно. За последние два десятилетия настоящий флот зондов измерял землетрясения на Марсе, изучал углубления в кольцах Сатурна, наблюдал струйные потоки на Юпитере и слышал сердцебиение Плутона. Но с точки зрения тщательного и личного изучения, имидж Урана существенно не вышел за пределы безликого синего пляжного мяча, запечатленного старинными космическим аппаратом Voyager -2 в 1986 году.
Но в прошлом году, просматривая архивы NASA, двое ученых-планетологов заметили нечто, что более ранние анализы упустили из виду — вспышка в магнитном поле Урана, когда космический корабль летел через своего рода магнитный пузырь. Новый результат, опубликованный прошлым летом в научном журнале Geophysical Research Letters, появился, когда ученые-планетарии начали смещать свое внимание к некоторым из самых глубоких загадок поля.
«Миссия Кассини [к Сатурну] закончена, и люди начинают говорить: «Окей, что еще мы можем сделать?», — говорит Хайди Хаммель, планетарный астроном и вице-президент по науке в Ассоциации университетов по исследованию в области астрономии. «Люди снова обращают свое внимание на другие планеты и стирают старые данные».
Джина ДиБраччо и Даниэль Гершман из NASA Goddard Space Flight Center — два таких исследователя. Воодушевленные растущим интересом сообщества к самым удаленным планетам, они часами вручную заново обрабатывали данные тридцатилетней давности. По словам ДиБраччо, ученые Voyager рассчитали силу магнитного поля в целом, поэтому короткие изменения в показаниях магнитометра просто считались неприятностью. Но, увеличивая эти неравномерные скачки и спады, ДиБраччо и Гершман заметили специальный 60-секундный отрезок 45-часового пролета Voyager-2, где поле поднялось и упало мгновенно узнаваемым образом. «Как вы думаете, это может быть… плазмоид?» Гершман спросил ДиБраччо, согласно пресс-релизу NASA.
Плазмоиды — это заряженные шары атмосферы, выбрасываемые в космос, когда солнечный ветер вращается вокруг планет. Потеря таких сгустков может радикально изменить мир в течение длительного периода времени, а их изучение может дать представление о том, как планеты живут и умирают. Исследователи заметили их отщепление с разных планет, но проплывающий через магнитную брешь Voyager-2 спровоцировал первый плазмоид для Урана. «Мы ожидали, что Уран, скорее всего, будет иметь плазмоиды; однако мы точно не знали, как они будут выглядеть», — говорит ДиБраччо.
Теперь, когда они уловили один плазмоид, она говорит, что это выглядит очень похоже на то, что они видели у Сатурна или Юпитера, но занимает относительно большую массу. (Этот плазмоид образовал цилиндр примерно в 22.000 раз больше Земли).
Большое количество таких открытий могло остаться в архивах, ожидая новых анализов. «Большая часть данных Voyager-2 доступна на NASA’s Planetary Data System, — говорит ДиБраччо, — и, вероятно, многое еще предстоит изучить».
В частности, Уран продолжает требовать дальнейшего изучения. В 2014 году Эрих Каркошка, астроном из Университета Аризоны, пересмотрел изображения Voyager-2 с современными методами обработки. Сочетая 1600 изображений и усиливая контраст, работа Каркошки показала, что мир планет, раскрашенный облаками в виде конфетных полосок, все время скрывался в мягком голубом шаре.
Помимо своей неоцененной сложности, это еще и странная планета. Там, где вращаются другие, Уран катится, наклонившись на бок, полюса которого направлены в основном к солнцу или от него. Его магнитное поле также помешано, смещено от центра планеты и наклонено под углом 60 градусов в сторону. Планетарные астрономы слепы к этому магнитному полю с Земли, хотя телескоп Hubble Space Telescope иногда может мельком заглянуть через полярные сияния Урана, которые могут светить далеко от полюсов.
Команда Voyager изначально предполагала, что магнитное колебание было связано с тем, что Уран лежит на животе, но когда три года спустя космический корабль пролетел мимо Нептуна (который стоит прямо), он увидел такое же явное несоответствие между планетой и ее полем. Теперь исследователи предполагают, что что-то во внутренней работе мира должно выделять их магнитные поля. «Мальчик, мы бы хотели усовершенстововать эту теорию», — говорит Хаммель.
Следующее поколение ученых-планетологов может сделать именно это, поскольку интерес к отправке специальной миссии на Уран или Нептун растет. Грубые наброски возможных исследований были опубликованы в 2018 году и в начале прошлой недели. ДиБраччо говорит, что больше таких предложений сейчас в процессе создания. Общая мечта — послать орбитальный аппарат в стиле Кассини, который будет летать вокруг одной из планет, исследуя ее магнитное поле и изучая ее тепловой поток. Космический корабль также будет нести хотя бы один меньший зонд для запуска в атмосферу. Там он мог бы измерять невидимые газы, оставшиеся от формирования планеты.
И если орбитальный спутник нацелен на Нептун, он может запланировать свидания с загадочным лунным Тритоном (не путать с Титаном Сатурна). Вероятно, бывшая карликовая планета Нептун, вырванная из практически недоступного царства, которым правят Плутон и другие замерзшие тела, Тритон может скрывать подземный океан.
Понимание внешних границ нашей солнечной системы еще никогда не казалось столь актуальным. NASA стремится планировать свои планетарные исследования десятилетие за десятилетием, и в настоящее время они выбирают цели на конец 2020-х и начало 2030-х годов. Кроме того, между последним так называемым «десятилетним исследованием» и нынешним, наука экзопланет значительно ушла вперед, и Нептун и Уран стали больше, чем просто локальными странностями.
Исследователи теперь знают, что подобные миры «Суб-Нептун» являются наиболее распространенным типом планет в галактике. И многие из этих миров, вероятно, являются планетами «ледяных гигантов», сродни нашему большому голубому дуэту. В отличие от газовых гигантов, которые в основном состоят из водорода и гелия, эти планеты в основном состоят из более тяжелых молекул, таких как вода и аммиак. Если исследователи хотят понять, что делает эти миры настолько распространенными в инопланетных системах и почему наша солнечная система такая странная, им придется выяснить все, что только в их силах об Уране и Нептуне.
Но наш космический задний двор огромен, и выход к забору потребует времени и тщательного планирования. Солнце светит слишком слабо для солнечных батарей, поэтому атомная энергия — единственный вариант для многолетней миссии. И миллиарды миль – это просто очень далеко.
«Даже с нашими лучшими ракетами и гравитационными ускорителями у нас еще есть десятилетие, — говорит Хаммель. Между разработкой технологии и разработкой миссии, она надеется увидеть запуск зонда, даже если она не сможет работать с данными, которые когда-нибудь отправят обратно на Землю. «Большинство из нас склонны мыслить в долгосрочном масштабе времени», — говорит она.
Доказательство плазмоидов Урана были затеряны в данных Voyager-2 в течение тридцати лет, прежде чем ДиБраччо и Гершман натолкнулись на них. Следующая встреча с ледяным гигантом может состояться не раньше, чем через двадцать лет, и любые исследователи, которые могут когда-нибудь почерпнуть дополнительную информацию из своих прежних данных, вероятно, еще даже не родились. Представление о том, какие виды открытий могут быть впереди, дает астрономам, таким как Хаммель, уникальную долгосрочную перспективу. «Я мечтаю исследовать Уран и Нептун и мечтаю о фантастических космических телескопах, — говорит Хаммель, — так мы переживаем трудные времена. Мы мечтаем о будущем».
