Астрономы открыли две крошечные луны, вращающиеся вокруг Нептуна, и одну — вокруг Урана. В результате число известных спутников двух планет выросло до 16 и 28 соответственно. Названия новым объектам будут присвоены позже.

Источник изображения: nasa.gov

Новый спутник Урана, обнаруженный впервые более чем за два десятилетия, является, возможно, самым маленьким из себе подобных. Его диаметр составляет всего 8 км, а полный оборот вокруг своей планеты он совершает за 680 дней. Для сравнения, марсианский спутник Деймос, который считается одним из самых крохотных в Солнечной системе, имеет диаметр 13 км. Новая луна Урана пока носит название S/2023 U1, а впоследствии ей будет по традиции присвоено имя шекспировского персонажа.

Более яркий из двух новых спутников Нептуна пока будет называться S/2002 N5 — он имеет диаметр 23 км, а его период обращения вокруг планеты составляет 9 лет. Диаметр более тусклого объекта, временно носящего название S/2021 N1, составляет 14 км, а полный оборот вокруг Нептуна он совершает за 27 лет. Оба новых спутника позже получат имена в честь морских богов и нимф из греческой мифологии.

Спутник Урана S/2023 U1. Источник изображения: carnegiescience.edu

Об открытии трёх новых спутников было объявлено накануне, 23 февраля, Центром малых планет при Международном астрономическом союзе — это расположенный в американском Массачусетсе научный орган, ответственный за обозначение планет, комет и спутников в Солнечной системе. Открытие было сделано при помощи обсерваторий на Гавайях и в Чили. Совершили его научный сотрудник Института Карнеги Скотт Шеппард (Scott Sheppard), сотрудники Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA Марин Брозович (Marina Brozovic) и Боб Джейкобсон (Bob Jacobson), Дэвид Толен (David Tholen) из Гавайского университета, Чад Трухильо (Chad Trujillo) из Университета Северной Аризоны и Патрик София Лигава (Patryk Sofia Lykawa) из японского Университета Киндай.

Новый спутник Урана был впервые обнаружен в ноябре минувшего года при помощи «Магеллановых телескопов» (Magellan Telescopes) в Чили. Открытие было подтверждено месяц спустя посредством дальнейших наблюдений и расчётных данных, предоставленных учёными JPL. Новые луны Нептуна были открыты в сентябре 2021 года. После того, как подтвердилась орбита более яркого спутника S/2002 N5, её отследили до 2003 года, но тогда объект потеряли, прежде чем успели подтвердить, что он вращается вокруг планеты. Чтобы открыть менее яркий спутник, потребовались особые условия и наблюдение через Очень большой телескоп (VLT) в Чили и обсерваторию «Джемини» (Gemini) на Гавайях. Астрономы сделали серию пятиминутных экспозиций c трёх- и четырёхчасовыми промежутками и произвели наложение снимков, получив таким образом более чёткие изображения объектов. Все три спутника имеют сильно наклонённые вытянутые орбиты — это значит, что они не возникли у своих планет, а были захвачены их гравитацией.

Первые фотографии Нептуна и Урана сделал космический зонд «Вояджер-2», пролетевший мимо них десятилетия назад. С тех пор учёных терзали смутные сомнения, почему далёкие планеты на снимках разного цвета, хотя составы атмосфер у них похожи? Уран на фотографиях предстал бледно-голубым, а Нептун — более глубокого синего цвета. Разгадали секрет британские учёные.

Истинные цвета Урана (слева) и Нептуна (справа). Источник изображения: University of Oxford

Дело в том, что камера «Вояджера-2» сделала снимки Нептуна и Урана в чуть различающихся динамических диапазонах. Вдобавок к этому снимки Нептуна прошли дополнительную обработку, что повысило их контрастность и сделало цвета более глубокими. Поэтому на первых снимках Уран предстал в аквамариновых тонах, а Нептун — в лазурных.

Забавно, что в научной литературе в аннотации к снимкам Нептуна было указано, что снимки прошли соответствующую обработку, что изменило видимые цвета. Впоследствии это пояснение было утеряно и изображения Нептуна начали кочевать по публикациям фактически в искажённом виде. В результате даже в научной среде стало обычным считать Нептун синим, а не голубым.

«Неправильное представление о цвете Нептуна, а также необычные изменения цвета Урана преследовали нас десятилетиями, — объяснила астроном Хайди Хаммель (Heidi Hammel) из Ассоциации университетов по исследованию астрономии, которая не участвовала в исследовании, но была членом команды NASA по программе «Вояджеров». — Это всестороннее исследование должно, наконец, положить конец обоим проблемам».

Истинные цвета Нептуна и Урана позволило выяснить новое исследование с привлечением данных космического телескопа «Хаббл» и Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории в Чили. Используя спектрометры на этих телескопах, учёные получили данные для построения уточнённой цифровой модели для анализа исходных данных «Вояджера-2». Как результат, Нептун оказался почти того же цвета, что и Уран — аквамаринового, а не лазурного. Нептун оказался чуть темнее, поскольку дымка в его верхних слоях была чуть тоньше, чем на Уране и отражала меньше солнечного света.

Также новое исследование разгадало загадку изменения цвета Урана со временем. В течение своего года, который длится 84 земных года, Уран поворачивается к Солнцу то экватором, то полюсом (он лежит на боку по отношению к эклиптике). В приполярных областях в атмосфере Урана больше метана, который поглощает красные длины волн. Поэтому при обращении к Солнцу полюсом планета приобретает зеленоватый оттенок, что также нашло подтверждение в новой научной работе.

Пятна в атмосферах планет-гигантов — это обычное явление. Мало кто не слышал о знаменитом Большом красном пятне на Юпитере. Но не все они доступны для наблюдения с Земли. Похожее пятно в атмосфере Нептуна обнаружилось только приборами космического аппарата «Вояджер-2» в 1989 году, когда он пролетал рядом с этой далёкой планетой. Позже пятно в атмосфере Нептуна увидел космический телескоп «Хаббл». И лишь теперь его впервые засекли с земного телескопа.

Изображение Нептуна, полученное на четырёх длинах волн. Источник изображения: ESO

Пронаблюдать за загадочным пятном в атмосфере Нептуна удалось с помощью Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории, который в виде четырёх разнесённых и синхронизированных оптических телескопов разместился на горе Серро-Параналь в Чили. Более того, команда по изучению атмосферы Нептуна использовала для получения данных многоканальный спектрометр MUSE. Этот прибор позволил разложить отражённый от Нептуна свет на несколько длин волн и, тем самым, рассказал об особенностях его атмосферы на разных высотах.

Новые наблюдения позволили сделать вывод, что пятна — это не просветы в облаках, как на Земле. По всей видимости, это потемнение частиц в атмосфере Нептуна в процессе происходящих там химических и физических процессов. Лёд и аэрозоли смешиваются ниже основного слоя видимой дымки, и это приводит к потемнению ниже уровня дымки.

Также неожиданно вскрылось, что рядом с большим синим пятном в атмосфере планеты на той же высоте обнаружилось яркое пятно, которое не было видно при наблюдении из космоса. Ранее нечто подобное наблюдалось при обнаружении высотных метановых облаков в атмосфере Нептуна, но новое «яркое глубинное облако» оказалось на той же высоте, что и тёмное пятно, а значит, оно имеет другую природу, пока не объяснённую учёными.

Возможность наблюдения за атмосферой Нептуна с Земли позволит астрономам получить больше информации о происходящих там процессах, освободив космические обсерватории для работы с глубинами Вселенной.

Собираясь в будущем на Нептун, не забудьте поинтересоваться текущей активностью Солнца. От неё будет зависеть погода на этой самой далёкой планете нашей системы. Астрономы обнаружили зависимость облачного покрова на Нептуне от активности Солнца в его 11-летнем цикле. Чем активнее Солнце, тем больше облаков в его небе и тем ярче оно сияет при наблюдении с Земли.

Облачный покров на Нептуне в разные годы (нажмите для увеличения). Источник изображения: NASA / ESA / Erandi Chavez, UC Berkeley / Imke de Pater, UC Berkeley.

Это исследование провела группа астрономов под руководством специалистов Калифорнийского университета в Беркли. Учёные подняли архивы наблюдений за Нептуном с 1994 года. Для изучения были взяты снимки планеты в ближнем инфракрасном диапазоне, сделанные космическим телескопом «Хаббл» и наземными телескопами обсерватории им. Кека на Гавайях и Ликской астрономической обсерватории в Калифорнии.

На основе полученных снимков астрономы рассчитали плотность облачности на Нептуне и её яркость (отражательную способность). Максимумы облачной активности и яркости наблюдались в 2002 и 2015 годах, а минимумы — в 2007 и 2020 годах, причём в последнем случае облака практически исчезли с изображений.

«Я был удивлён тем, как быстро исчезли облака на Нептуне, — признался профессор Имке де Патер (Imke de Pater) из Калифорнийского университета в Беркли. — По сути, мы увидели, что активность облаков снизилась в течение нескольких месяцев». Более того, свежие наблюдения показали, что облачный покров на Нептуне всё ещё не вернулся на прежний уровень.

И всё же, проанализированные изображения выявили интригующую закономерность между сезонными изменениями облачного покрова Нептуна и солнечным циклом — периодом, когда магнитное поле Солнца меняется каждые 11 лет, становясь всё более запутанным, как клубок ниток. Этот процесс проявляется в увеличении числа солнечных пятен и росте количества вспышек на Солнце до максимума, после чего активность идёт на спад и начинается новый цикл.

По мере роста активности Солнца очевидным образом возрастает интенсивность ультрафиолетового излучения с нашего светила. Анализ изображений Нептуна показал, что облачный покров на Нептуне начинает расти примерно через два года после достижения пика солнечной активности. Также учёные обнаружили связь между количеством облаков и яркостью ледяного гиганта от отраженного от него солнечного света.

«Эти замечательные данные дают нам самое убедительное доказательство того, что облачный покров Нептуна коррелирует с солнечным циклом», — сказал профессор де Патер. — Наши результаты подтверждают теорию о том, что ультрафиолетовые лучи Солнца, когда они достаточно сильны, могут вызывать фотохимическую реакцию, которая приводит к образованию облаков на Нептуне».

Земная наука дошла до того уровня, когда может делать прогноз погоды на основе наблюдений через бездну космоса. В конечном итоге это поможет понять ряд нюансов поведения погоды на Земле и на других планетах.

Космический аппарат New Horizons был запущен 19 января 2006 года. С тех пор он миновал Юпитер и провёл облёт Плутона и его спутников. Теперь космическая лаборатория переключает своё внимание на Уран и Нептун, двигаясь в поясе Койпера, более чем в 8 миллиардах километров от Земли, и NASA приглашает всех астрономов-любителей помочь внести «реальный вклад в космическую науку», поделившись наблюдениями за атмосферой и энергетическим балансом обеих планет.

Источник изображения: NASA

«Объединив информацию, которую New Horizons собирает в космосе, с данными телескопов на Земле, мы можем дополнить и даже усилить наши модели, чтобы раскрыть тайны, витающие в атмосферах Урана и Нептуна, — отметил Алан Стерн (Alan Stern), главный исследователь проекта New Horizons из Юго-западного научно-исследовательского института штата Колорадо. — Даже с любительских астрономических телескопов размером всего 16 дюймов эти дополнительные наблюдения могут быть чрезвычайно важными».

Согласно сообщению в блоге NASA, New Horizons будет работать в тандеме с космическим телескопом «Хаббл», чтобы сосредоточиться на более тонких деталях атмосфер планет и изучения передачи тепла от ядра через газовую оболочку. Астрономы-любители могут помочь измерить распределение ярких деталей на Уране или даже охарактеризовать любые необычно яркие детали на Нептуне. Идея обращения за помощью к широкой публике заключается в том, что они могут отслеживать особенности в течение гораздо более длительного периода времени, чем любой космический корабль.

Тех, кто решит принять участие в этом совместном исследовании, просят опубликовать любые полученные изображения на X или Facebook✴, используя хэштег #NHiceGiants. Изображения должны содержать сведения о времени и дате создания, и полосе пропускания фильтра. После публикации команда New Horizons соберёт изображения и любую вспомогательную информацию.

Снимки двух ледяных гигантов, сделанные телескопом «Хаббл», будут доступны для общественности в конце сентября этого года в Архиве космических телескопов Микульского (MAST), на портале stsci.edu. Изображения, сделанные New Horizons, скорее всего станут доступны только к концу 2023 года.

Международная команда астрономов, оценив сопровождающие Нептун так называемые троянские астероиды, установила, что все они имеют красный цвет разной степени насыщенности, краснее, чем большинство астероидов в Солнечной системе. Результаты исследования опубликовали в журнале Monthly Notices Королевского астрономического общества Великобритании. Наблюдение позволяет учёным делать некоторые выводы об истории Солнечной системы.

Источник изображения: lmencos/pixabay.com

Троянские астероиды представляют собой облако небесных тел, сопровождающих Нептун на параллельной орбите вокруг Солнца. Они находятся в гравитационно стабильном положении между Нептуном и Солнцем и — между Нептуном и карликовой планетой Плутон. Первый из них открыли в 2001 году, пока описаны менее 50 подобных небесных тел.

Причина не в том, что таких астероидов мало, вероятно, их просто трудно обнаружить на большом удалении от Нептуна, поскольку размеры в поперечнике составляют всего 50-100 км, а находятся они на орбитах в 4,5 млрд км от Солнца. Для обнаружения и исследования использовались самые крупные и мощные телескопы Земли.

По словам ведущего автора исследования Брайса Болина (Bryce Bolin) из подведомственного NASA Центра космических полётов Годдарда, в новой научной работе число исследованных объектов значительно увеличилось. Команда объединила данные, собранные за последние два года четырьмя телескопами — оборудованием Паломарской обсерватории в Калифорнии, «Джемини север» и «Джемини юг» на Гавайях и в Чили, а также телескопом Кека на Гавайях. Исследователи отследили 18 троянских астероидов и оценили их цвет. Оказалось, что они краснее большинства астероидов Солнечной системы, включая даже насыщенные красные варианты.

Троянские астероиды Нептуна, снятые разными телескопами. Источник изображения: Брайс Болин

Такой цвет, по данным учёных, свидетельствует о том, что сопровождающие Нептун астероиды богаты нестабильными компонентами вроде аммиака и метанола, лёд из которых очень чувствителен к теплу и быстро переходит в газообразное состояние, когда на него в достаточной степени воздействует солнечная радиация. Из-за этого астероиды ближе к Солнцу имеют менее красный оттенок, поскольку их аммиак и метанол давно испарились. Если ближе к Солнцу астероиды лишь слегка красноваты, то за орбитой Плутона у них тёмно-красный цвет.

Более того, похоже, что некоторые астероиды сформировались на заре формирования Солнечной системы ещё дальше от Солнца, чем они находятся сегодня и только позже переместились ближе к Нептуну, попав в его гравитационную ловушку. Изучение этих объектов может помочь понять, как формировались астероиды в молодой Солнечной системе и как изменился их состав за последние 4,6 млрд лет.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) в очередной раз продемонстрировал свои способности снимать не только далёкие галактики, но и близкие объекты — на сей раз в его объективе оказался Нептун. Ледяной гигант предстал в совершенно новом свете, а изображение его колец оказалось самым чётким более чем за 30 лет.

Нептун в объективе «Джеймса Уэбба». Источник изображений: nasa.gov

Наиболее поразительной деталью на новом снимке действительно оказались кольца планеты — некоторые из них не удавалось повторно зафиксировать ещё с 1989 года, когда мимо Нептуна пролетал аппарат «Вояджер-2». Интерес исследователей к Нептуну не угасал с самого момента его открытия в 1846 году. Планета вращается вокруг Солнца на расстоянии в 30 раз большем, чем Земля — звезда кажется такой маленькой и тусклой, что полдень на Нептуне больше похож на земные сумерки. Из-за химического состава недр планета характеризуется как ледяной гигант: в отличие от Юпитера и Сатурна, здесь много элементов тяжелее водорода и гелия. Это хорошо видно по синему цвету Нептуна на изображениях с телескопа «Хаббл», сделанных в видимом диапазоне — синий цвет обусловлен присутствием газообразного метана.

Снимок Нептуна, сделанный телескопом «Хаббл»

«Джеймс Уэбб» получил снимки планеты на камеру ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) от 0,6 до 5 мкм, поэтому на последних изображениях планета синей не кажется: газообразный метан хорошо поглощает красный и инфракрасный цвет, поэтому при использованных фильтрах планета кажется тёмной за исключением областей с высотными облаками. Облака из метанового льда предстают на снимках в виде ярких полос и пятен — солнечный свет частично отражается до того, как впоследствии поглотиться метаном. Яркая полоса по экватору планеты может свидетельствовать о процессах глобальной атмосферной циркуляции, порождающих мощнейшие ветры на Нептуне. Северный полюс планеты пока оказался вне поля зрения, но в этой области отчётливо различимо нечто яркое. На снимок также попал и уже известный учёным вихрь в районе Южного полюса — впервые за всё время удалось зафиксировать также сплошную полосу расположенных поблизости облаков.

Телескоп заснял 7 из 14 известных спутников Нептуна. Самым ярким объектом на изображении оказалась некая яркая точка, и это не звезда, а большой и необычный спутник Нептуна Тритон. Из-за конденсированного азота он отражает около 70 % падающего на него солнечного света, а в инфракрасном диапазоне явно кажется ярче самой планеты, где излучение поглощается метаном. Кроме того Тритон вращается вокруг Нептуна по необычной ретроградной орбите, противоположной направлению движения других спутников. Астрономы предполагают, что он первоначально принадлежал к поясу Койпера, но впоследствии был захвачен планетой. Дополнительные исследования обоих объектов намечены на будущий год.