James Webb Space Telescope смотрит на Уран
В начале декабря группа ученых, работающая с космическим телескопом имени Джеймса Уэбба, навела инструмент на планету Уран. Полученные снимки практически мгновенно облетели весь мир и стали своего рода сенсацией. На них совершенно четко видны кольца Урана, практически невидимые с Земли.
Напомню, что система колец этого газового гиганта была обнаружена в 1977 году с борта летающей обсерватории NASA (Воздушная Обсерватория имени Дж. Койпера), базирующейся на модифицированном военном самолете "Lockheed C-141A Starlifter". Тогда, находясь в высоких слоях атмосферы (14 км) производились наблюдения покрытия Ураном слабой звезды — звезда несколько раз "подмигнула" перед покрытием, и когда уже показалась из-за Урана, "подмигнула" вновь — совершенно симметрично первой серии "подмигиваний". Проанализировав результаты наблюдений, ученые сделали вывод, что скорее всего имело место поглощение света звезды кольцами планеты, о которых тогда существовали лишь предположения (бездоказательно выдвинутые Уильямом Гершелем ещё в 1789 году). Подтвердил существование колец американский космический аппарат Вояджер-2 (1986 год). Но даже на его снимках кольца видны не слишком выразительно.
Кольца Урана, сфотографированные космическим аппаратом Вояджер 2
Прямое наблюдение колец Урана с поверхности Земли стало возможно в эпоху адаптивной оптики. В частности, в 2006-м году в Обсерватории Кека (Гавайский архипелаг, высота 4 тысячи метров над уровнем океана) были получены прямые изображения колец Урана — не сказать, что с поверхности Земли, но как минимум с тропосферных высот. И конечно, космический телескоп имени Эдвина Хаббла регулярно наблюдал Уран и его кольца. Размер главного зеркала Хаббла сейчас не считается очень большим — это довольно скромный инструмент. Но его уникальное достоинство в расположении на орбите — отсутствие атмосферных помех и поглощений долгие годы делало телескоп имени Хаббла самым зорким глазом Человечества. Но теперь есть еще более зоркий — космический телескоп имени Джеймса Уэбба. И он тоже взглянул на Уран.
Вообще говоря, телескоп Джеймса Уэбба наблюдал Уран и его кольца еще в феврале 2023 года — 10 месяцев назад. И снимки тогда тоже были опубликованы в СМИ. Почему-то бурной реакции они не вызвали. А декабрьские — да.
Я не поленился поискать и сравнить. Они вроде бы мало чем отличаются. Давайте сравним вместе.
Снимки Урана, сделанные в феврале 2023 года:
Снимки Урана, сделанные в декабре 2023 года:
Хотя, конечно, отличия есть. Иная цветовая гамма — в феврале были получены фактически монохромные снимки планеты (в NASA называют их двухцветными — действительно, цветовая палитра не слишком богатая), в этот раз использовались иные фильтры, и это позволило сымитировать более широкую гамму цветов. Но говорить о какой-то реалистичности цветопередачи бессмысленно — Джеймс Уэбб фотографирует по большей части невидимое глазом излучение от небесных светил, относящееся к инфракрасному диапазону — какие там цвета? — да никакие!
В первой попытке запечатлеть Уран накопление света продолжалось 12 минут. Это вообще-то много для столь яркой планеты (Уран виден глазом, теоретически). Зато этого уже оказалось достаточно для получения изображения колец. Но во втором случае NASA ничего не сообщает о продолжительности экспозиции, зато на снимке проработались даже крайне тусклые внешние кольца — Вояджер, например, их не увидел. Хаббл заметил на грани глюка. А Джеймс Уэбб показал во всей красе (как сейчас модно говорить).
На февральском снимке можно отыскать 6 (из 27 известных) спутников планеты. На декабрьском — 9. Хотя, дело может быть в более выгодном расположении спутников относительно планеты. Некоторые из них могут маскироваться в кольцах или сливаться со звездами фона, а может и скрываться за планетой. Да и вообще, в данном декабре условия наблюдения Урана существенно лучше. Может быть кто-то думает, что раз телескоп Джеймса Уэбба космический, то ему все равно, когда и какой объект изучать. Нет, это не так. В космических масштабах и Хаббл, и Уэбб находятся рядом с Землей. И условия наблюдения планет в принципе схожи с тем, что мы имеем на поверхности. И если планета прячется от земного наблюдателя за Солнцем, то она и от Джеймса Уэбба точно так же прячется, хоть и располагается этот телескоп в полутора миллионах километров от Земли в точке Лагранжа L2 — это в масштабах Солнечной системы несущественно.
Сами посудите, разница в расстоянии до Урана в феврале и декабре составила почти астрономическую единицу (150 млн.км). И полтора миллиона километров до точки Лагранжа это всего лишь 1% от того, насколько в этот раз Уран к нам ближе.
Но есть еще один интересный нюанс — это раскрытие колец.
Как известно, Уран, вращается вокруг оси будто "лёжа на боку", даже слегка перевалившись через бок. В Солнечной системе такая планета одна — в этом смысле, подобных Урану нет. Астрономы до сих пор не знают, что могло "опрокинуть" Уран. Это всё-таки планета-гигант, и трудно представить, какая титаническая сила должна была бы на него воздействовать для изменения ориентации оси вращения. Ведь оси всех остальных планет имеют наклоны к эклиптике в пределах 30 градусов. А тут вдруг 98!
Но как бы то ни было, а у такого свойства Урана есть следствие: четверть Уранианского года на одном его полушарии длится полярный день, на другом — полярная ночь. Потом на четверть года там наступает некоторое межсезонье, после которого полушария как-будто меняются местами, и там, где был полярный день, продолжительностью 21 год, воцаряется полярная ночь — столь же продолжительная. А полная продолжительность года на Уране составляет 84 земных года.
Сейчас на снимках Урана запечатлен именно полярный день в его северном полушарии — практически всё, что там освещено — это северное полушарие Урана, оно смотрит на Солнце, и греется потихонечку. А отвернутое от Солнца полушарие Урана — наоборот — сейчас охлаждается, и будет охлаждаться еще довольно долго. Там царят тьма и страшный холод. Особенность вращения Урана привела к тому, что Уран оказался самой холодной из больших планет Солнечной системы. Во время полярной ночи на отвернутом от Солнца полушарии планеты "мороз" достигает -224 градусов по шкале Цельсия. Даже на Плутоне в среднем чуть теплее.
Кольца Урана располагаются в плоскости планеты — обращаются под тем же углом к плоскости эклиптики. А это означает, что когда на нас смотрит один из полюсов Урана, мы видим кольца близко к тому, что называют "плашмя". Сейчас именно такой вид колец. И он становится все более раскрытым (всё плашмее и плашмее).
Не трудно заметить, что с февраля по декабрь 2023 года раскрытие колец увеличилось. И продолжает увеличиваться. Дело идет к тому, что в 2030 году мы увидим Уран с кольцами, словно это мишень.
Телескопу имени Хаббла в этом смысле повезло меньше — он начал изучать Уран в эпоху слабого раскрытия колец, и даже застал их исчезновение в 2007 году. Не знаю, доживет ли Хаббл до максимального раскрытия колец Урана через 7 лет, но Джеймс Уэбб дожить должен. А может быть к тому времени у астрономов появится еще более сильный Глаз-во-Вселенную, и мы увидим совершенно поразительный вид Урана и его колец в начале следующего десятилетия. А другого способа изучать эту планету у астрономов пока не предвидится. Проекты отправки к Урану очередного межпланетного зонда разрабатываются. Но пока их доведут до полётной кондиции, и пока зонд долетит, на Земле или в околоземном пространстве наверняка появятся новые зоркие передовые телескопы. И в изучении Урана будут сделаны новые открытия.
Вид Урана с его кольцами в декабре 2030 года по прогнозам программы Stellarium. Программа традиционно изображает кольца Урана очень условным образом.
