Спутники Урана оказались похожими на Плутон
Немецкие астрономы представили новый алгоритм вычитания яркого фона Урана и смогли рассмотреть тепловое излучение от пяти его самых больших спутников: Титании, Оберона, Умбриэля, Ариэль и Миранды. Исследователи рассчитали потоки тепла и пришли к выводу, что спутники излучают тепло, как и карликовые планеты: Плутон и Хаумея. Статья опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.
Уран — первая планета, открытая Уильямом Гершелем с помощью телескопа в 1781 году. Из-за того, что планета расположена далеко (примерно 19 астрономических единиц от Солнца), вблизи пролетал только «Вояджер-2» в 1986 году — с его помощью ученые получили большое количество информации об устройстве планеты и снимки Урана и его спутников. Кроме того для изучения Урана используют инфракрасные и бортовые фотометры (например, массив фотометров на телескопе «Гершель»). Более того — по потоку инфракрасного излучения от Урана калибруют верхнюю границу принимаемого потока фотометров. Однако из-за того, что Уран светит слишком ярко, он перекрывает излучение от своих лун, затрудняя их изучение.
Для решения этой проблемы Орс Детре (Örs H. Detre) с коллегами из Института астрономии общества Макса Планка решил вычесть вклад излучения Урана и разработал итерационный алгоритм для получения эталонной точечной функции рассеивания Урана. Для этого ученые выбрали двадцать снимков инфракрасного спектра с космического телескопа «Гершель», полученные в течение пяти эпох с промежутком в шесть минут по трем разным каналам с длиной волны в 160, 100 и 70 микрометров.
В качестве подготовительного шага алгоритма астрономы отцентрировали снимки по Урану и нормализовали поток излучения, что позволило снизить ненадежность до 0,19-0,27 процента. А чтобы избавиться от потерь информации от дискретизации, они наложили четыре снимка друг на друга. Затем уже использовался алгоритм: первая версия эталона получилась при построении медианы — отсекались пиксели, у которых поток был меньше среднего. Полученную версию эталона сравнивали с астрометрическими показателями: как движутся луны Урана уже известно. В зависимости от отклонений эталон Урана и его лун изменяли, а цикл повторялся до тех пор, пока эталон излучения Урана и его лун не изменялся.
После получения итогового эталона излучения Урана астрономы смогли разглядеть самые большие спутники Урана: Титанию, Оберон, Умбриэль, Ариэль и Миранду. Чем дальше спутники находятся от Урана, тем точнее выделялся их световой поток: если для Титании и Оберона практически все измерения были достоверны, то для Миранды отношение сигнала к шуму оказалось слишком мало.
Тем не менее, авторы обнаружили некоторые особенности. Например, они не нашли никакой зависимости интенсивности отраженного света от расстояния спутника от Урана, так как у лунных орбит довольно малый эксцентриситет. Часто излучение с поверхности реголита описывается приближением излучения черного тела. И в этом случае ученые смогли вычислить температуры излучения черного тела: для Титании и Оберона — 73 и 69,5 кельвина, для Умбриэля — 54,7 кельвина, а для Ариэль — 20,1 кельвина.
В качестве модели для объяснения тепловых потоков авторы статьи использовали термофизическую модель, согласно которой из центра планеты к поверхности подступает тепло с изменяемой тепловой инерцией, а грубость поверхности оценивается характером кратеров (от гладких поверхностей до грубых). Полученные данные моделирования хорошо сошлись с предыдущими исследованиями спутников Урана.
Рассчитав тепловую инерцию лун, ученые пришли к выводу, что спутники по устройству своей ледяной поверхности близки к трансурановым карликовым планетам: Плутону, Харону и Хаумее. Ученые надеются использовать свой алгоритм обработки фотометрических изображений и на другие системы с засветкой.
В прошлом году исследователи наблюдали за тепловым излучением колец Урана, на более ярком его кольце температура оказалась равной 77 кельвинам. А в этом году астрономы предложили теоретическую модель образования крупных спутников Урана вместе с наклоном его вращательной оси — вероятно, Уран столкнулся с другим массивным телом, который смог повернуть ось вращения Урана и образовать его спутники из своих остатков.
Чем астрономов привлекает это событие и как его наблюдать
Мнение редакции может не совпадать с мнением автора
27 августа Сатурн выстроится примерно в одну линию с Землей и Солнцем. В астрономии этот момент называют противостоянием или оппозицией. За счет своего расположения в космическом пространстве окольцованная планета достигнет максимальной яркости и угловых размеров для земных наблюдателей. Это лучшее время, чтобы наблюдать Сатурн в телескоп или зрительную трубу. Александр Смирнов, автор YouTube-канала Astro Channel, рассказывает, почему не стоит пропускать это событие и как начинающим астрономам к нему подготовиться. Противостояние бывает только у Сатурна? Нет, оно случается у всех внешних планет — Марса, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Реже всего противостояние происходит у красной планеты — раз в 780 дней. Однако именно оппозиция Марса самая красочная: из невзрачной красноватой точки он превращается в заметный объект. Его яркость может меняться от 1 до −2 звездной величины — планета почти так же хорошо видна на небе, как Сириус и Юпитер. Еще раз в 15 лет случаются Великие противостояния — в это время Марс находится ближе всего к Земле. У остальных внешних планет противостояния менее выражены и происходят чаще: раз в 12-13 месяцев. Но у окольцованной планеты оно особенное. Чем интересен Сатурн? В момент противостояния кольца Сатурна становятся заметно ярче. Дело в том, что они не монолитны, а состоят из фрагментов льда и пыли: в обычном состоянии кольца отбрасывают друг на друга тени — это влияет на общую яркость. В момент противостояния тени направлены строго от наблюдателя, поэтому частицы колец друг друга не затмевают и суммарный блеск становится больше. Выражен этот эффект в течение недели-двух до и после противостояния. Затем яркость колец снова уменьшается. Наблюдая Сатурн в течение месяца после 27 августа, можно заметить плавное снижение яркости. Кстати, не каждый раз кольца Сатурна одинаково красивы. Дважды за сатурнианский год — примерно раз в 13-15 лет — они совсем исчезают. Это случается из-за того, что ось вращения Сатурна наклонена к его орбите на 27 градусов. И вблизи сатурнианских равноденствий для земных наблюдателей тонкие кольца (шириной около 1 км) видны с ребра. В этом году кольца у́же, чем в прошлом. А в марте 2025 года они практически исчезнут. К сожалению, увидеть это будет крайне сложно, поскольку Сатурн в это время окажется вблизи Солнца для земных наблюдателей — и будет слишком светло, чтобы что-то разглядеть. Какая техника понадобится? Чтобы разглядывать Сатурн в деталях, нужно вооружиться зрительной трубой или телескопом. Увидеть кольца можно при увеличении от 30 крат и выше, поэтому в большинстве случаев бинокли не подходят для таких наблюдений — у них фиксированное увеличение и, как правило, не более 20 крат. При 100-кратном увеличении на Сатурне можно различить облачные пояса, а также увидеть не только кольца, но и щель Кассини между ними. Рядом будет заметен еще и спутник планеты — Титан. Самый важный параметр для подбора телескопа — диаметр объектива. Чем он больше, тем больше света соберет, а также лучше его разрешающая способность и увеличение. При наблюдениях с помощью зрительной трубы пригодится штатив — позволит избежать сильной тряски изображения. Конечно, картинка будет не столь детализирована, как на снимках с космических аппаратов и астрокамер. Но мой опыт говорит, что Сатурн — одна из самых впечатляющих планет. Особенно если это ваше первое наблюдение. Чтобы разглядеть планету как следует, ее можно заснять. Профессиональные фотографы используют астрокамеры, увеличивают фокусное расстояние с помощью линзы Барлоу и специальным корректором минимизируют влияние атмосферной дисперсии. Причем они делают не фото, а видео — из ролика можно извлечь несколько максимально четких кадров. Лучшие из них складывают, обрабатывают, и на выходе получают детальную фотографию — наподобие тех, что можно найти на просторах интернета. Любители, у которых нет дорогостоящего оборудования, могут попробовать заснять планету на смартфон — для этого нужно подставить объектив к окуляру телескопа и сделать фотографию. Чтобы планета на картинке не была пересвечена, можно использовать профессиональный режим и самостоятельно подобрать чувствительность и экспозицию. Кроме того, можно попробовать снять видеоролик и обработать его по алгоритму профессиональных фотографов. Обрезать и центрировать объект в кадре в программе PIPP, выровнять и сложить лучшие кадры — в Autostakkert 3. А финальную обработку для увеличения четкости сделать в Registax 6. Нужно ли куда-то ехать? С наблюдением Сатурна справятся даже новички. Он довольно яркий, поэтому его без проблем можно наблюдать в городе, выезжать за пределы не обязательно. Хотя созерцать звездное небо вдали от засветки намного приятнее. Главная проблема, с которой мы можем столкнуться при наблюдении планет, — это атмосфера Земли. Часто она нестабильна: потоки теплого воздуха, испарение и туман могут размывать изображение. Универсального инструмента для борьбы с дрожанием картинки нет. Иногда помогает просто подождать. Во-первых, телескоп или зрительная труба, выставленные на улицу, спустя некоторое время примут температуру окружающего воздуха, а это большой плюс для качества изображения. Во-вторых, в течение ночи состояние атмосферы может меняться несколько раз, и поймать «спокойные» минуты вполне возможно. В-третьих, есть старое астрономическое правило — чем больше смотришь, тем больше видишь. Глазам нужна тренировка, как в спортзале: сделали подход к окуляру, понаблюдали, отдохнули. Потом с новыми силами опять смотрим. Спустя некоторое время вы поймете, что уже различаете больше деталей, чем при первом взгляде. Кроме того, для наблюдения планет может быть полезным оптический прибор — корректор атмосферной дисперсии. Благодаря ему края изображения не будут окрашиваться в сине-желтые цвета. Как найти Сатурн на небе? Если вы ориентируетесь по звездному небу, то без проблем отыщете Сатурн. В этом году он находится в созвездии Водолея. В момент противостояния (примерно в час ночи по местному времени) он займет наивысшую точку над южной стороной неба. Безусловно, можно перепутать Сатурн с Юпитером — в это же время он будет сиять высоко на востоке. Если боитесь ошибиться, воспользуйтесь компьютерными планетариями для подстраховки. Самый популярный и при этом бесплатный — Stellarium. Для смартфонов также существуют приложения StarWalk 2 и SkySafari. А для мониторинга погоды можно воспользоваться сервисом Windy. Что еще понаблюдать? Вблизи Сатурна на небе будет светить яркая луна — сейчас она стремится к полнолунию. В телескоп можно разглядывать поверхность спутника. Из ярких планет поблизости с Сатурном будет Юпитер. Помимо облачных поясов, рядом с ним можно будет увидеть четыре галилеевых спутника — Ио, Европу, Каллисто и Ганимеда. Ранним утром будет восходить недавно открытая комета C/2023 P1 (Nishimura). В середине сентября, если она переживет сближение с Солнцем, будет хорошо видна на небе. Но точных прогнозов для нее сейчас нет. Ведь кометы — одни из самых непредсказуемых объектов в Солнечной системе.