Останні дослідження NASA суттєво переглядають усталене десятиліттями уявлення про Уран, який традиційно вважався аномально холодною планетою, що не генерує власного тепла. Нові дані вказують на те, що ця далека крижана куля, як і інші світи Сонячної системи, насправді виробляє власне внутрішнє тепло. Цей висновок кардинально змінює розуміння її природи та еволюції.
Уран, сьома планета від Сонця, завжди вирізнявся серед своїх космічних сусідів численними унікальними характеристиками. Від моменту свого відкриття астрономом Вільямом Гершелем у 1781 році і аж до останніх 50 років, інформація про нього була вкрай обмеженою. Значний прорив у вивченні Урану стався завдяки прольоту зонда “Вояджер-2” у січні 1986 року, а також розвитку потужних космічних та наземних телескопів.
Вільям Гершель (1738–1822) — видатний британський астроном німецького походження, який став відомим завдяки відкриттю планети Уран у 1781 році. Це було перше відкриття планети за допомогою телескопа, що розширило відомі межі Сонячної системи. Гершель також зробив значний внесок у вивчення галактичної структури, відкрив два супутники Урану (Титанію та Оберон) та два супутники Сатурна (Мімас та Енцелад), а також вперше зафіксував інфрачервоне випромінювання.
“Вояджер-2” – це автоматичний міжпланетний зонд NASA, запущений у 1977 році. Він є єдиним космічним апаратом, який відвідав чотири зовнішні планети Сонячної системи: Юпітер, Сатурн, Уран та Нептун. Проліт повз Уран у 1986 році надав людству перші та досі єдині детальні зображення та дані про цю загадкову планету, її кільця та супутники.
Сучасні знання описують Уран як світ із надзвичайно великим нахилом осі, що призводить до його “обертання на боці”. Це означає, що протягом 42 років одні полюси, а потім інші, безпосередньо спрямовані до Сонця, створюючи нескінченне літо. Окрім того, Уран, за винятком Венери, обертається навколо своєї осі у зворотному напрямку до інших планет, а його магнітне поле нахилене на 60° від полюсів. Існує також гіпотеза, що глибоко в атмосфері Урану, де тиск досягає неймовірних значень, метан може перетворюватися на надтверді кристали, що призводить до “діамантових дощів”.
Венера — друга планета від Сонця, відома своїм унікальним ретроградним обертанням, тобто вона обертається навколо своєї осі у напрямку, протилежному обертанню більшості інших планет Сонячної системи, включаючи Землю. Це створює враження, що Сонце на Венері сходить на заході і заходить на сході. Венера також характеризується надзвичайно гарячою атмосферою, що складається переважно з вуглекислого газу, та сильним парниковим ефектом.
Загальноприйнятим фактом донедавна вважалося, що Уран є однією з найхолодніших планет у Сонячній системі. Його атмосфера, яка не замерзає, може охолоджуватися до екстремальних -224 °C (-371,2 °F). Більше того, згідно з попередніми підрахунками, Уран не мав власного внутрішнього джерела тепла. Якщо скласти кількість тепла, отриманого від Сонця, і відняти випромінюване тепло, загальний тепловий баланс планети дорівнював нулю. Це було аномалією, оскільки інші планети, особливо газові гіганти – Юпітер, Сатурн та Нептун – випромінюють більше тепла, ніж отримують.
Юпітер, Сатурн і Нептун є газовими гігантами Сонячної системи, кожен з яких відіграє ключову роль у її динаміці. Юпітер — найбільша планета, відома своєю Великою Червоною Плямою, гігантським атмосферним вихором. Сатурн вражає своєю складною системою кілець, що складаються з мільярдів крижаних і кам’яних частинок. Нептун — найвіддаленіший відомий газовий гігант, що вирізняється інтенсивними вітрами та динамічною погодою. Всі ці планети, на відміну від Урану, демонструють значний внутрішній тепловий потік, який є залишком тепла від їхнього формування, а також результатом радіоактивного розпаду елементів у їхніх ядрах та фазових змін у внутрішній структурі.
Це “холодне серце” Урану ставило перед планетологами серйозне питання: чому він так поводиться? Інші планети продукують надлишок тепла, яке залишилося від їхнього формування приблизно 4,5 мільярда років тому, а також від розпаду радіоактивних елементів у їхніх ядрах та фазових змін у внутрішній структурі планети з часом. Припускалося, що якщо Уран настільки холодний, це може бути пов’язано з тим, що він значно старший за інші планети, або ж грандіозне космічне зітнення, яке поклало його “на бік”, могло винести все зайве тепло за межі планети.
Однак у всіх цих припущеннях була одна велика проблема: профіль теплового балансу Урану ґрунтувався виключно на дуже короткому наборі даних, зібраних під час єдиного прольоту зонда “Вояджер-2”. Чи було цього достатньо для формування об’єктивного висновку?
Нові дані та їх значення
Згідно з новим дослідженням, проведеним NASA та Оксфордським університетом, відповідь на це питання — “очевидно, ні”. Команда вчених під керівництвом Емі Саймон, планетолога з Центру космічних польотів імені Ґоддарда NASA у Грінбелті, штат Меріленд, взялася за проблему Урану з нової перспективи. Цього разу вони додали спостереження за Ураном, зібрані протягом десятиліть з наземних та космічних телескопів, зокрема з космічного телескопа “Габбл” NASA та інфрачервоного телескопа NASA на Гаваях. Це дозволило отримати набагато повніше уявлення про те, скільки світла поглинається, відбивається та випромінюється Ураном у всіх напрямках. Ці дані були інтегровані в нову комп’ютерну модель, яка також враховувала атмосферні серпанки, хмари та сезонні зміни на планеті. Простіше кажучи, вони перерахували всі показники з набагато більшою точністю.
NASA (Національне управління з аеронавтики та дослідження космічного простору) — це незалежне агентство федерального уряду США, відповідальне за цивільну космічну програму, аеронавтичні дослідження та аерокосмічні дослідження. Його Центр космічних польотів імені Ґоддарда, розташований у Грінбелті, штат Меріленд, є однією з провідних лабораторій NASA, що займається розробкою місій та науковими дослідженнями у галузі наук про Землю та космос. Космічний телескоп “Габбл”, спільний проект NASA та Європейського космічного агентства (ESA), запущений у 1990 році, став одним з найважливіших інструментів для астрономічних спостережень, надаючи неймовірні зображення та дані про Всесвіт. Інфрачервоний телескоп NASA (IRTF), розташований на вершині вулкана Мауна-Кеа на Гаваях, є ключовим інструментом для вивчення Сонячної системи в інфрачервоному діапазоні. Гаваї, архіпелаг у центральній частині Тихого океану, відомі своїми унікальними географічними умовами, що роблять їх ідеальним місцем для астрономічних обсерваторій.
Результати дослідження показали, що Уран випромінює на 15% більше тепла, ніж отримує від Сонця, протягом свого 84-річного обертання навколо світила. Хоча цей дисбаланс не такий великий, як у сусіднього Нептуна, він є надзвичайно значущим. За даними NASA, цей висновок допомагає остаточно розв’язати питання щодо віку Урану, що, своєю чергою, підтверджує сучасні уявлення про часову шкалу формування Сонячної системи, про те, як і коли планети мігрували на свої нинішні орбіти, про механізми цих процесів, а також про те, як ці знання можуть бути пов’язані зі спостереженнями за екзопланетами розміром з Уран, що обертаються навколо інших зірок.
