Atmosfera Urana może zmieniać się przez wiatr słoneczny

Górna atmosfera Urana ochładza się od dziesięcioleci – a teraz naukowcy wykazali, że dzieje się tak, ponieważ wpływa na nią z dużą siłą wiatr emitowany przez Słońce.

Naukowcy z Imperial College London ustalił, że atmosfera Urana ochładza się przez nieprzewidywalne długoterminowe zmiany w wietrze słonecznym – strumieniu cząstek i energii ze Słońca. Badacze wskazują, że atmosfera Urana jest niezwykle podatna na wpływ Słońca i jej zmiany zależą od jego zachowania i intensywności. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Geophysical Research Letters.

„Ta najwyraźniej bardzo silna kontrola górnej atmosfery Urana przez wiatr słoneczny jest niepodobna do niczego, co widzieliśmy na jakiejkolwiek innej planecie w naszym Układzie Słoneczny. Oznacza to, że globy w innych systemach mogą znajdować się w takiej samej sytuacji. Obserwacje te mogą zatem pomóc astronomom badającym egzoplanety, rzucając światło na rodzaje sygnałów, które można wykryć na podobnych planetach wokół odległych gwiazd” – mówi Adam Masters z Imperial College London.

Ostatnim i jedynym statkiem kosmicznym, który przeleciał obok Urana, był Voyager 2 w 1986 roku, w drodze poza Układ Słoneczny. Sonda była w stanie zmierzyć temperaturę górnej atmosfery Urana, znanej jako termosfera. Od tego czasu ziemskie teleskopy są w stanie regularnie mierzyć jej wartość i w tym czasie jej ogólna temperatura spadła o około połowę.

Ziemia również posiada termosferę, ale nie doświadczyła tak dramatycznej globalnej zmiany temperatury, jak inne planety w Układzie Słonecznym z monitorowanymi termosferami. Naukowcy zastanawiali się, czy może to być spowodowane 11-letnim „cyklem słonecznym” aktywności plam słonecznych, ale po 30 latach gromadzenia danych nie wykryto żadnego wzorca poza stałym spadkiem. Wykluczono również zwykły efekt sezonowy, ponieważ równonoc na Uranie miała miejsce w 2007 roku.

Po przeprowadzeniu badań, astronomowie zdali sobie sprawę, że wyjaśnienie może mieć związek ze stopniowymi zmianami właściwości wiatru słonecznego w tym czasie. W ziemskiej termosferze temperatura jest kontrolowana głównie przez światło słoneczne – fotony (cząstki światła) przynoszą energię i powodują pewne reakcje. Intensywność tych fotonów pochodzących ze Słońca wzrasta i maleje wraz z 11-letnim cyklem słonecznym.

Jednak wiatr słoneczny odpływający od Słońca w przestrzeń kosmiczną zmienia się również na inne sposoby, w dłuższych skalach czasowych. Średnie roczne ciśnienie zewnętrznego wiatru słonecznego powoli, ale znacząco spada od około 1990 roku, wykazując jednocześnie niewielką korelację z 11-letnim cyklem. Spadek ten jednak ściśle odzwierciedla spadek temperatury termosfery Urana.

Zasugerowało to naukowcom, że atmosfera Urana nie jest kontrolowana przez fotony, tak jak ma to miejsce na Ziemi. Zamiast tego wydaje się, że spadek ciśnienia wiatru słonecznego powoduje, że typowy rozmiar ochronnej „bańki” magnetycznej planety staje się większy.

Ponieważ „bańka” ta, znana jako magnetosfera, stanowi przeszkodę dla wiatru słonecznego docierającego do powierzchni planety, a im większa ona jest tym lepiej chroni. To napędza przepływ energii przez przestrzeń wokół Urana, ostatecznie docierając do termosfery planety i wydając się silnie kontrolować jej ogólną temperaturę.

Sugeruje to zdaniem astronomów, że w przypadku planet znajdujących się bliżej gwiazdy macierzystej – tak jak Ziemia – ich termosfera jest kontrolowana przez światło gwiazdy. Jednak w przypadku planet położonych dalej, które mogą mieć znacznie większe magnetosfery, energia wiatru gwiezdnego może być znacznie silniejszym czynnikiem.

Teraz to się zmieniło, a odkrycie to pozwala zarówno przewidzieć, w jaki sposób termosfera Urana powinna nadal ewoluować, jak i zmienić przyszły cel naukowy misji, aby skupić się na tym, w jaki sposób energia wiatru słonecznego faktycznie dostaje się do niezwykłej magnetosfery Urana. Zespół jest również zainteresowany tym, czy podobna sytuacja występuje na Neptunie, który również nie był odwiedzany od czasu Voyagera w latach 80-tych.

„Ta silna interakcja gwiazda-planeta na Uranie może mieć wpływ na określenie, czy różne egzoplanety generują pola magnetyczne w swoich wnętrzach – ważny czynnik w poszukiwaniu nadających się do zamieszkania światów poza naszym Układem Słonecznym” – podsumowuje Masters.

Emil Gołoś