Это открытие, опубликованное в журнале Nature Astronomy, свидетельствует не только о существовании авроров. Оно открывает новую главу в нашем понимании структуры атмосферы Нептуна, его магнитного поведения и его странного положения среди внешних планет.

Прорыв, который готовился десятилетиями

Нептун, расположенный более чем в 4,5 миллиардах километров от Солнца, всегда был сложной целью. Его огромное расстояние, низкая яркость и необычное магнитное поле делали детальные наблюдения с Земли практически невозможными. Хотя пролет «Вояджера-2» НАСА в 1989 году намекнул на авроральную активность, прямого визуального подтверждения не было — до сих пор.

Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) телескопа Уэбба позволил ученым обнаружить сильную эмиссионную линию, связанную с H₃⁺, молекулярным ионом, который образуется при взаимодействии заряженных частиц с атмосферой планеты. Это излучение является хорошо известным индикатором авроров на других газовых гигантах, но до новых наблюдений на Нептуне его не удавалось обнаружить.

Хенрик Мелин из Нортумбрийского университета, ведущий автор исследования, назвал открытие неожиданным по своей четкости. «Это было так потрясающе — не просто увидеть авроры, но детализация и четкость подписей просто потрясли меня», — сказал он.

Одно из самых удивительных открытий — расположение авроров на Нептуне. В отличие от концентрированных полярных сияний, наблюдаемых на Земле и других газовых гигантах, авроры на Нептуне появляются в средних широтах. Эта аномалия связана с необычно наклоненным и смещенным магнитным полем планеты — его впервые обнаружил «Вояджер-2», — которое отклоняется от оси вращения на 47 градусов.

Поскольку авроры возникают там, где линии магнитного поля втягивают заряженные частицы в атмосферу планеты, странная геометрия поля Нептуна приводит к авроральной активности вдали от полюсов. Такое поведение магнитного поля делает Нептун уникальной лабораторией для изучения физики магнитосферы во внешней части Солнечной системы.

Загадочное падение температуры атмосферы

Помимо авроральных изображений, команда использовала «Вебб» для измерения температуры ионосферы Нептуна впервые за 30 лет. Результаты оказались неожиданными. По сравнению с данными, полученными «Вояджером-2» в 1989 году, верхние слои атмосферы Нептуна, похоже, сильно охладились — на несколько сотен градусов.

Это охлаждение может объяснить, почему авроры на Нептуне так долго оставались невидимыми. Более низкие температуры снижают интенсивность инфракрасного излучения, что делает его практически невозможным для обнаружения с помощью прежних приборов.

«Я был поражен — верхняя атмосфера Нептуна охладилась на несколько сотен градусов», — отметил Мелин. «Фактически, температура в 2023 году составляет чуть более половины от температуры в 1989 году».

Вооружившись этими новыми знаниями, исследователи теперь планируют наблюдать за Нептуном в течение всего солнечного цикла — периода продолжительностью примерно 11 лет, в течение которого магнитная активность Солнца колеблется. Наблюдая за тем, как солнечные ветры влияют на магнитное поле и авроральное поведение Нептуна с течением времени, астрономы надеются лучше понять происхождение магнитного наклона планеты и процессы, формирующие ее дальнее окружение.

Будущие миссии к Нептуну и Урану также смогут воспользоваться этими результатами. Приборы, чувствительные к инфракрасному излучению, как на борту «Уэбба», могут оказаться критически важными для изучения сложных взаимодействий между солнечными частицами и атмосферами ледяных гигантов.

По словам Ли Флетчера из Лестерского университета, «эта обсерватория наконец-то открыла окно в последнюю, ранее скрытую ионосферу планет-гигантов».

Это открытие не просто завершает авроральную головоломку среди газовых гигантов Солнечной системы — оно меняет наши представления об изучении самых внешних регионов нашей планетарной окрестности.

Последствия открытия выходят далеко за рамки Нептуна. Изучение аврор на Нептуне предоставляет ценную информацию о взаимодействии магнитных полей и атмосфер на планетах, что может помочь нам понять более широкие астрофизические процессы. Наблюдения «Уэбба» также могут пролить свет на природу экзопланет, особенно тех, которые считаются «горячими Нептунами» — газовыми гигантами, вращающимися близко к своим звездам.

Новые данные бросают вызов существующим моделям атмосферной динамики Нептуна. Резкое падение температуры требует пересмотра нашего понимания энергетического баланса планеты и роли солнечной активности в формировании ее атмосферы. Будущие исследования будут направлены на то, чтобы распутать сложное взаимодействие между магнитным полем Нептуна, составом атмосферы и солнечным ветром.

Использование телескопа «Джеймс Уэбб» для изучения авроров Нептуна демонстрирует его беспрецедентные возможности для изучения самых дальних пределов нашей Солнечной системы. Чувствительность телескопа к инфракрасному свету позволяет ученым наблюдать явления, которые были невидимы для предыдущих поколений приборов, открывая новые горизонты для планетарных исследований.

В заключение, обнаружение аврор на Нептуне является знаменательным достижением, которое знаменует собой новую эру в исследовании ледяных гигантов. Это открытие не только подтверждает давние теории, но и открывает новые пути для исследований, которые будут формировать наше понимание планетных атмосфер и магнитосфер на долгие годы.