Группа ученых при поддержке Совета по науке и технологиям впервые с момента начала исследований в 1992 году получила измерения инфракрасного (ИК) сияния на Уране. В то время как ультрафиолетовые (УФ) авроры там наблюдались с 1986 года, никаких подтверждений ИК-авроры до сих пор не было. 

Ледяные гиганты Уран и Нептун — необычные планеты в нашей солнечной системе, поскольку их магнитные поля не совпадают с осями, по которым они вращаются. Хотя ученым еще предстоит найти этому объяснение, ключ к разгадке может лежать в авроре.

Полярные сияния вызываются высокоэнергетическими заряженными частицами, которые направляются к поверхности и сталкиваются с атмосферой планеты через силовые линии магнитного поля. На Земле самым известным результатом этого процесса являются зрелища Северного и Южного сияния. На таких планетах, как Уран, где атмосфера состоит преимущественно из смеси водорода и гелия, полярное сияние будет излучать свет за пределами видимого спектра и на таких длинах волн, как ИК.

Команда использовала инфракрасные измерения авроры, полученные путем анализа определенных длин волн света, излучаемого планетой, с помощью телескопа Keck II. Благодаря этому ученые могут анализировать свет (известный как эмиссионные линии), подобно штрих-коду. В инфракрасном спектре линии, излучаемые заряженной частицей, известной как H3+, будут различаться по яркости в зависимости от того, насколько она горячая или холодная и какова плотность этого слоя атмосферы. Следовательно, линии являются своего рода термометром для планеты.

Наблюдения ученых показали отчетливое увеличение плотности H3+ в атмосфере Урана при небольших изменениях температуры, что соответствует ионизации, вызванной присутствием инфракрасного полярного сияния. Это не только даст нам возможность лучше понять магнитные поля внешних планет нашей солнечной системы, но также поможет идентифицировать другие небесные тела, способные поддерживать жизнь.

"Температура всех газовых планет-гигантов, включая Уран, на сотни градусов Кельвина/Цельсия выше, чем предсказывают модели, в случае если они нагреваются только от Солнца. У нас возникает большой вопрос: почему эти планеты настолько горячее, чем ожидалось? — объясняет ведущий автор исследования Эмма Томас из Школы физики и астрономии Лестера при Университете Лестера. — Одна теория предполагает, что причиной этого является энергичное полярное сияние, которое генерирует и выталкивает тепло от полярного сияния вниз к магнитному экватору". 

По словам ученой, большинство экзопланет, обнаруженных на данный момент, попадают в категорию субнептуновых и, следовательно, физически похожи на Нептун и Уран по размеру. Это также может означать схожие магнитные и атмосферные характеристики. Анализируя полярное сияние Урана, которое напрямую связано с обеими планетами магнитного поля и атмосферы, ученые делают предсказания об атмосферах и магнитных полях этих миров и, следовательно, об их пригодности для жизни.

"Эта статья является кульминацией 30-летних наблюдений, которые, наконец, выявили инфракрасные полярные сияния и положили начало новой эпохе исследований полярных сияний на Уране. — рассказывает Томас. — Полученные результаты расширят наши знания о ледяных гигантских полярных сияниях и укрепят понимание планетарных магнитных полей в нашей Солнечной системе, на экзопланетах и ​​даже на Земле".

Результаты могут также дать ученым представление о редком явлении, известном как инверсия магнитного поля, при котором северный и южный полюса меняются местами.

Эмма добавляет: "У нас не так много исследований этого явления. Поэтому мы не знаем, какие последствия это окажет на системы, которые полагаются на магнитное поле Земли, такие как спутники, средства связи и навигация. Однако этот процесс происходит каждый день на Уране из-за уникального несовпадения осей вращения и магнитного поля. Продолжение изучения полярного сияния на этой планете предоставит данные о том, чего мы можем ожидать, когда Земля продемонстрирует будущую смену полюсов, и что это будет означать для ее магнитного поля".

Выводы ученых опубликованы в журнале Nature Astronomy.