У самой необычной планеты Солнечной системы есть и весьма странные спутники. Первые инфракрасные спектры малых внутренних лун Урана, которые будут представлены 18 декабря на ежегодном собрании Американского геофизического союза (AGU) 2025 года в Новом Орлеане, показали, что их поверхность гораздо краснее, темнее и беднее водой, чем у крупных лун, обращающихся далеко от планеты.
«Мы пытались понять, как эти свойства меняются среди колец и спутников, — сказал Мэтт Хедман, планетолог из Университета Айдахо в Москве (США) и соавтор исследования. — У нас не было много информации об их спектрах раньше, потому что их сложно наблюдать».
Новые наблюдения также показали, что некоторые луны находятся не совсем там, где должны были бы быть, подчеркивая, как много астрономам еще предстоит узнать о динамике системы Урана.
Маленькие, темные и красные
В 1986 году «Вояджер-2» пролетел мимо Урана, совершив единственный в истории человечества визит к этой системе. В то время астрономы знали только о пяти крупных лунах планеты и нескольких кольцах. «Вояджер-2» обнаружил еще 11 спутников и смог приблизительно измерить их размеры. С тех пор ученые с помощью наземных и космических телескопов открыли более десятка дополнительных спутников, доведя общее количество лун Урана до 29.
Многие из недавно открытых лун довольно крошечные — от Сикоракса диаметром 150 километров до Маба и Купидона, размер которых составляет всего 10 километров. Большинство из них также обращаются внутри или сразу за пределами системы колец Урана, вблизи гораздо более яркой планеты.
Все эти свойства делали задачу изучения мельчайших лун Урана сложной для астрономов. Здесь на помощь пришел инфракрасный супертелескоп «Джеймс Уэбб» (JWST).
«Отчасти то, что делает JWST особенно хорошим для этой задачи по сравнению, скажем, с «Хабблом» и другими оптическими телескопами, — это то, что в инфракрасном диапазоне Уран гораздо тусклее, поэтому объекты, вращающиеся вокруг него, увидеть намного проще», — пояснил Хедман. Более того, все спектральные особенности, которые интересовали команду, такие как водяной лед, проявляются на длинах волн, доступных для наблюдения JWST.
Исследователи наблюдали Уран на нескольких инфракрасных длинах волн в феврале и получили детальное представление о внутренней части планетной системы. Они хотели охарактеризовать известные малые луны и поискать новые. Им действительно удалось обнаружить ранее неизвестную луну, временно названную S/2025 U1, которая обращается сразу за внешним краем эпсилон-кольца.
Эти наблюдения также предоставили первую информацию об инфракрасной яркости самых маленьких лун, многие из которых оставались неуловимыми со времен пролета «Вояджера».
«Большинство колец и внутренних лун демонстрируют очень похожие свойства, — сказал Хедман. — Они, как правило, гораздо краснее, темнее и беднее водой по сравнению с крупными внешними лунами — Мирандой, Ариэлем, Умбриэлем, Титанией и Обероном».
«А потом есть Маб», — добавил Хедман.
Новые спектры показывают, что поверхность Маба голубее и богаче водой, чем у других внутренних лун, сказал Джейкоб Герман, аспирант кафедры физики Университета Айдахо и ведущий автор исследования. Фактически, ее спектр поверхности очень похож на спектр Миранды — крупной луны, которая обращается ближе всех к кольцам и к самому Мабу. Мозаичная поверхность Миранды намекает на бурное прошлое.
Сталкивались ли две луны друг с другом в какой-то момент хаотического прошлого Урана? Могло ли это столкновение быть связано с мю-кольцом Урана, которое, вероятно, образовано материалом, осыпающимся с Маба? Хедман надеется, что будущие наблюдения или долгосрочная миссия к Урану дадут ответы на эти вопросы.
«Эти новые измерения значительно расширяют наши текущие знания, обнаруживая, например, разительные различия в составе и отражательной способности поверхностей таких лун, как Маб, Купидон и Пердита», — сказала Жадилене Ксавье, астрофизик из Университета Сан-Паулу в Гуаратингуэте (Бразилия), не участвовавшая в этом исследовании.
«Предстоит еще многое открыть в отношении малых внутренних лун Урана, особенно их происхождения, состава и долгосрочной орбитальной стабильности, — добавила Ксавье. — Более точные данные об их плотности, трехмерной форме и свойствах поверхности были бы необходимы, чтобы определить, являются ли эти луны фрагментами, образовавшимися в результате столкновений, захваченными объектами или реликтовыми остатками, связанными с формированием системы колец Урана».
Совсем немного не там
Поскольку «Вояджер-2» провел у Урана лишь короткое время, он мог предоставить лишь ограниченную информацию об орбитальных периодах и расстояниях малых лун, иногда с большой погрешностью. Когда исследователи сравнили текущее положение лун с позициями, предсказанными данными «Вояджера-2», оказалось, что некоторые луны находятся не там, где, казалось бы, должны были быть.
«Пердита была довольно сильно смещена, — сказал Герман. — И еще Купидон, что было удивительно». Позиции Корделии, Офелии, Крессиды и Дездемоны также отличались, но незначительно. Команда все еще пытается выяснить, являются ли расхождения просто следствием более точных наблюдений за этими крошечными объектами или же в игре есть неизвестные динамические факторы.
«Эти новые наблюдения весьма полезны для улучшения нашего понимания внутренней системы Урана, особенно ее орбитальной динамики», — сказал Матия Чук, исследователь динамики Солнечной системы из Института SETI в Маунтин-Вью (Калифорния).
Чук, не участвовавший в исследовании, отметил, что Корделия и Офелия «пасут» эпсилон-кольцо Урана, Крессида и Дездемона входят в группу лун с хаотическими орбитами, а Пердита, как известно, взаимодействует с другой луной, Белиндой. «Так что тот факт, что эти [пять] лун не находятся в предсказанных позициях, ценен для понимания системы, но я бы не сказал, что это неожиданно», — сказал Чук.
Эти наблюдения лишь намекают на то, сколько загадок Уран все еще скрывает.
«Для такого динамика, как я, — сказал Чук, — было бы идеально знать точные массы этих лун, потому что тогда мы могли бы предсказать их будущие взаимодействия и также с некоторой уверенностью оценить, насколько они стабильны в долгосрочной перспективе».
Хедман и его команда планируют снова наблюдать систему Урана с помощью JWST, изучают архивные и технические изображения и надеются наладить долгосрочный мониторинг, чтобы лучше понять динамику лун и, возможно, оценить их массы. Исследователи также рассчитывают на коллег, моделирующих планетные орбиты, чтобы лучше понять, как луны и кольца Урана могут влиять друг на друга.
«Это очень динамичная и взаимосвязанная система», — заключил Герман.
Открытия «Джеймса Уэбба» делают миссию к ледяным гигантам Урану и Нептуну, которую научное сообщество обсуждает десятилетиями, еще более актуальной. Только космический аппарат на орбите сможет точно измерить массы этих загадочных лун, детально картографировать их поверхность и напрямую проанализировать состав. Неправильные орбиты внутренних лун указывают на сложные гравитационные взаимодействия не только между собой и с кольцами, но, возможно, и с неоткрытыми до сих пор объектами или невидимыми резонансами.
Изучение этой далекой, холодной и динамичной системы — это не просто удовлетворение научного любопытства. Это ключ к пониманию общей истории формирования и миграции планет во внешней Солнечной системе, а также к разгадке того, насколько типичны или, наоборот, уникальны такие миры в галактике. Каждая новая деталь, подобно открытой S/2025 U1 или необычному спектру Маба, добавляет новый фрагмент в эту головоломку, напоминая, что даже в нашей собственной космической «соседней» системе нас ждут фундаментальные открытия.
Поделитесь в вашей соцсети👇
Ваш комментарий