Исследование, проведённое с помощью космического телескопа «Хаббл», позволило получить новые данные о крупнейших спутниках Урана. Учёные наблюдали за Ариэлем, Умбриэлем, Титанией и Обероном в ультрафиолетовом диапазоне, рассчитывая обнаружить влияние магнитосферы планеты на их поверхность. Первоначально предполагалось, что заряженные частицы, захваченные магнитным полем Урана, должны сильнее воздействовать на заднее полушарие каждой спутника, постепенно затемняя его.
Поскольку эти спутники находятся в синхронном вращении, они всегда обращены одной стороной к планете. Это позволяет чётко различать переднее полушарие, направленное в сторону орбитального движения, и заднее. Ожидалось, что взаимодействие с магнитосферой приведёт к потемнению именно задней части из-за длительного воздействия электронов и других энергетических ионов.
Однако анализ данных «Хаббла» показал противоположную картину: затемнения заднего полушария не обнаружено, а у Титании и Оберона, напротив, передняя часть оказалась темнее и имела красноватый оттенок. Это открытие опровергает прежние гипотезы и указывает на новое объяснение, связанное с накоплением космической пыли.
Роль космической пыли
Команда учёных под руководством Ричарда Картрайта из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса выдвинула гипотезу, согласно которой различия в окраске Титании и Оберона вызваны пылью, поступающей от нерегулярных спутников Урана. Эти небольшие тела с эксцентричными орбитами постоянно сталкиваются с микрометеоритами, что приводит к выбросу материала в пространство. Образовавшаяся пыль постепенно попадает на орбиту Урана и оседает на поверхностях крупных спутников.
Титания и Оберон, находясь дальше от планеты, проходят через области с повышенной концентрацией пыли, и их передние полушария собирают больше частиц, словно «пробиваясь» сквозь пылевой дождь во время движения по орбите. Подобный процесс наблюдается также в системах Сатурна и Юпитера, и это одно из первых прямых свидетельств переноса материала между спутниками Урана.
Тот факт, что внутренние спутники — Ариэль и Умбриэль — не демонстрируют аналогичных различий в отражательной способности, можно объяснить защитным эффектом Титании и Оберона, которые перехватывают большую часть пыли. Это подтверждает предположение, что процессы осаждения пыли играют ключевую роль в изменении поверхностей спутников, по крайней мере, при отсутствии доминирующего магнитного взаимодействия.
Сложности магнитного поля Урана
Результаты «Хаббла» также ставят под сомнение степень влияния магнитосферы Урана на его крупнейшие спутники. Магнитное поле планеты известно своей сложной структурой: оно наклонено примерно на 59 градусов относительно орбитальной плоскости спутников и генерируется осью, которая сама отклонена почти на 98 градусов от плоскости эклиптики. Такая конфигурация делает динамику магнитного поля крайне изменчивой.
Предыдущие наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне указывали на возможные асимметрии, вызванные ударами заряженных частиц. Однако уникальная чувствительность «Хаббла» в ультрафиолетовом спектре позволила проверить эту гипотезу напрямую. Отсутствие явных следов воздействия магнитосферного излучения ставит новые вопросы: либо магнитосфера Урана менее активна, чем предполагалось, либо её взаимодействие со спутниками происходит иначе, чем считалось ранее.
Для дальнейшего изучения этих процессов потребуются дополнительные исследования, в том числе с помощью телескопа James Webb. Это поможет лучше понять сложную среду, окружающую ледяной гигант и его спутники.