Німецько-угорська дослідницька група виявила, що тепловий образ супутників Урану найбільше нагадує карликові планети Пояса Койпера, які холодніші, ніж прохолодніші. Це піднімає хвилююче питання, чи могли ці супутники народитися тут і мігрувати звідси на планету Уран? Стаття Детре Ерса Гунора, керівника німецько-угорської дослідницької групи, яка зробила це відкриття, є цікавим і значущим відкриттям.

Характеристики п’яти основних супутників були визначені під керівництвом угорського дослідника

Астроном Вільям Гершель більше 230 років тому відкрив планету Уран та два її супутники. На основі дальномірних інфрачервоних вимірювань космічного телескопа Гершеля, названого його ім’ям, група астрономів під керівництвом Детре Ерса Гунора (Інститут Макса Планка з астрономії, Німеччина) успішно визначила фізичні властивості 5 основних супутників Урана.

дослідницька

Вільям Гершель, відкривач Урану Джерело: Wikimedia Commons/Лемюель Френсіс Еббот

Грунтуючись на середньому та дальньому інфрачервоному світлі місяців (що означає тепло, що утворюється на місячній поверхні внаслідок випромінювання Сонця), дослідники вважають, що супутники найбільше нагадують карликові планети, такі як Плутон. Дослідницька група розробила нову методику,

за допомогою якого світло місяців було відокремлено від світла Урана, у тисячу разів яскравішого за них.

Поверхня карликової планети Плутон. На зображенні зображений Супутник планум (ліворуч) і гори, що оточують рівнину (праворуч) Джерело: NASA/New Horizons

Нещодавно дослідження було опубліковане у відомому англійському астрономічному журналі Astronomy & Astrophysics.

Дослідження зовнішніх районів Сонячної системи раніше проводилося космічними кораблями, призначеними для тривалих і далеких подорожей, таких як "Вояджер 1" і "2", "Кассіні-Гюйгенс" і "Нові горизонти".

Пілотарі міжпланетних зондів New Horizons Дослідження Плутона Джерело: NASA/JPL

Зараз, однак, німецько-угорська дослідницька група, очолювана Детре Орсом Гунором з Німецького інституту Макса Планка для астрономії (MPIA), показала, що ми можемо отримувати нові та цікаві результати довготривалих спостережень з достатньою винахідливістю.

Монтаж зображення, що порівнює розміри Урана та Землі Джерело: NASA (Зображення змінено Jcpag2012)

Дослідники використовували дані космічного телескопа Гершеля, який проводив вимірювання між 2009 і 2013 роками, і в розробці та експлуатації яких, крім MPIA, брав активну участь Астрономічний інститут астрономії та наук про Землю Міклоша Конколи Теге.

Завдяки своєму величезному 3,5-метровому дзеркалу цей космічний телескоп робить значно чіткіші зображення, ніж його попередники.

далекі інфрачервоні довжини хвиль. Він названий на честь астронома Вільяма Гершеля, який відкрив інфрачервоне випромінювання в 1800 році.

Космічний телескоп Гершеля. Зображення космічного корабля можна побачити перед його власним записом зоряного формування Vela-C Джерело: ESA/ESA/PACS & SPIRE Consortia, T. Hill, F. Motte, Laboratoire AIM Paris-Saclay, CEA/IRFU

Кілька років тому він також відкрив планету Уран та дві її супутники (Титанію та Оберон), які зараз детально вивчаються дослідниками разом із трьома іншими супутниками, пізніше виявленими на планеті (Міранда, Аріель та Умбріель).

Відкриття супутників за даними Гершеля відбулося лише випадково

"Насправді нам було просто цікаво, який ефект мають дуже яскраві об'єкти в інфрачервоному діапазоні, такі як Уран, на датчики камер", - сказав Ульріх Клаас, один із співавторів дослідження, який зіграв провідну роль Роль в MPIA називають космічним телескопом PACS., також у розробці свого приладу, що забезпечує дані для статті.

Місяці, які на зображеннях з’явились у вигляді крихітних крапок, були помічені лише випадково.

Масштабуйте зображення п’яти найбільших супутників Урана - Міранди, Аріеля, Умбріеля, Титанії та Оберона. Зображення були зроблені космічним кораблем "Вояджер-2" 24 січня 1986 року, коли він проходив повз Уран. Джерело: NASA/JPL/MPIA

Камера PACS бачить в діапазоні від 70 до 160 мікрометрів далекого інфрачервоного світла. Роздільна здатність телескопа пропорційна діаметру телескопа, але обернено пропорційна довжині хвилі світла, яке він бачить.

Цей діапазон довжин хвиль приблизно в сто разів перевищує дальність зору космічного телескопа Хаббла подібного розміру. Це означає, що, хоча PACS бачить тепло найхолодніших крижаних об’єктів - чого Хаббл не бачить, - воно також робить приблизно в сто разів більше розмитих зображень.

П’ять найбільших супутників Урана Джерело: Європейська південна обсерваторія/ESA

Тому супутники майже зрослися в образі Урана.

Однак холодні предмети, такі як Уран та його супутники (з температурою від 60 до 80 Кельвінів, тобто від -213 до -193 градусів Цельсія через сонячну радіацію), виглядають дуже яскравими на цих довжинах хвиль.

Закри крижаної поверхні Міранди Джерело: Voyager 2 - зображення НАСА

"Саме ця далека інфрачервона інформація бракувала наших відомостей на сьогодні. Отже, разом із вимірами космічного телескопа Шпітцера та Інфрачервоного телескопічного об'єкта NASA (IRTF), наша картина була повною". - додав Золтан Балог, який також був членом команди MPIA PACS.

Відкриття були зроблені в щасливий час

"Спостереження також відбувалися в дуже щасливий час", - пояснив Томас Мюллер з Інституту Макса Планка для позаземної фізики (MPE) в Гархінгу, який також керував розробкою приладу PACS.

"Вісь обертання Урана, а отже і площина орбіти його супутників, аномально відхиляється від їх орбіти навколо Сонця. Уран обертається навколо Сонця протягом декількох десятиліть, але більшу частину своєї орбіти сонячне випромінювання досягає або півдня, або півночі стовпи.

Вісь Урана аномально відхилена щодо інших планет Сонячної системи Джерело: NASA/JPL-Caltech

Однак під час вимірювань екваторіальні райони Урану в основному зазнавали сонячного проміння. На основі них ми змогли виміряти,

ступінь збереження поверхні супутників тепла, коли вони мігрують до нічної сторони Урана.

- Зібраних даних ми дізналися багато нового про природу матеріалу, який їх утворює ", - сказав Мюллер, який виконував модельні розрахунки під час досліджень і використовував їх для визначення теплових (теплових) та фізичних характеристик супутників.

Титанія на космічному кораблі "Вояджер-2" джерело: NASA/JPL - PIA00039

Коли корабель «Вояджер-2» пройшов повз Уран у 1986 році, умови були набагато менш сприятливими для проведення подібних вимірювань. У той час прилади могли спостерігати лише південні райони Урану та супутники.

Супутники нагадують карликові планети на краю Сонячної системи

Мюллер виявив, що ці місячні поверхні надзвичайно добре утримують тепло і досить повільно охолоджуються. Астрономи досі спостерігали подібне явище лише у випадку з невеликими небесними тілами з дуже шорсткою крижаною поверхнею.

Виходячи з цього, дослідницька група дійшла висновку, що супутники Урана найбільше нагадують карликові планети у зовнішніх районах Сонячної системи, таких як Плутон або Хаумеа.

Фотографія місяця Аріель, зроблена Voyager 2. Великі супутники Урана мають такі особливості, як карликові планети, що обертаються навколо Сонячної системи Джерело: NASA/JPL

Інші дослідження, також за допомогою приладу Гершеля/PACS, показали, що нерегулярні супутники, що знаходяться далі від Урана, мають різні можливості утримання тепла. Ці супутники, як правило, менші і менш зв’язані так звані. Вони нагадують TNO,

це невеликі небесні тіла, що обертаються навколо Сонця в районі за Нептуном.

"Це також добре поєднується з теорією, яка пояснює походження зовнішніх супутників Урану", - додав Мюллер. "Через їх хаотичну орбіту ми вважаємо, що Уран захопив ці небесні тіла на пізнішому етапі своєї еволюції".

Вісь Урана майже ідентична площині його орбіти Джерело: космічний телескоп Хаббл - Центр космічних польотів Маршалла NASA

З оптичною системою Гершеля зображення кожного точкоподібного об'єкта виглядає більше як змащений, нерівний "плеч"

на зображеннях PACS. Це функція розподілу точок (PSF) англійською мовою, яка змащує зображення кожного точкоподібного об’єкта з однаковим малюнком на всьому детекторі PACS. Завдяки яскравим об’єктам, таким як Уран, кожна маленька деталь PSF стає видимою, але це майже засліплює камеру PACS на величезній площі.

Зображення праворуч показує положення та орбіту п’яти найбільших супутників Урана, як було видно 12 липня 2011 року з космічного телескопа Гершель. На несправньо забарвленому зображенні праворуч показано теплове випромінювання супутників після віднімання від Урана більш ніж тисячі разів їхнього світла Джерело: Т. Мюллер (HdA)/Ö. H. Detre et al./MPIA (Herschel PACS, 70 мікрометрів)

"500-7400-кратні слабкі супутники настільки незначні від газового гіганта, що, здається, вони зливаються з ФНП, намальованими Ураном. Тільки дві найяскравіші супутники, Титанію та Оберіон, можна дещо розрізнити очима на знімках. Але ми знали, що вони всі там ховаються! " - так описав виклик Габор Мартон, один із співавторів дослідження, співробітник астрономічного інституту Міклоша Теге в Будапешті.

Складна технологія обробки даних робить видимим те, що раніше було невидимим

Це випадкове відкриття спонукало Детре Ерса Хунора, керівника дослідження, зробити супутники "захованими" в яскравому сяйві Урана.,

таким чином, їх яскравість також можна надійно виміряти.

"У подібних випадках, наприклад, під час пошуку екзопланет, ми використовуємо так звані коронографи, щоб закрити світло від центральної зірки", - пояснив Детре.

Фотографія Міранди зроблена Voyager 2 NASA/JPL-Caltech

"Однак космічний телескоп не мав такого пристрою. Натомість ми закликали до видатної фотометричної та оптичної стабільності камери PACS. Це означає, що форма та сила УФП УФ не зміниться.,

лише слабкі місяці рухаються майже непомітно на зображеннях.

"Він розрахував точне положення супутників на момент спостережень і, використовуючи вже згадану стабільну світність, розробив метод видалення світла Урана з даних.

Зображення пояснюють, як було видалено знак Уран. Зліва: зображення показує світність Урана та його 5 основних супутників, виміряних на інфрачервоній довжині хвилі 70 мікрометрів одночасно. Посередині: ретельно розроблена модель, заснована на даних, що показує лише розподіл яскравості Урана. Справа: кінцевий результат, що залишився від зображення ліворуч після віднімання центру. Джерело: Detre et al./MPIA

Ми були вражені побачивши 4-місячне зображення, чітко окреслене на знімках. Навіть найменший п’ятий, який обертається навколо Міранди, з’явився ".

- - сказав Детре. "Наші результати дуже добре показали, що нам не обов'язково потрібні складні міжпланетні подорожі, щоб дізнатись нові речі про нашу Сонячну систему". - сказав співавтор Хендрік Лінц від імені MPIA. "Більше того, розроблений метод також може бути використаний для подальшого моніторингу електронного архіву Європейського космічного агентства (ЄКА). Хто знає, які сюрпризи все-таки були приховані в морі архіву?"

Джерело: (Detre, Ö. H.; Müller, TG; Klaas, U.; Marton, G.; Linz, H.; Balog, Z. "Herschel -PACS фотометрія п'яти основних супутників Урану". Астрономія та астрофізика 641: A76.)