Спутники Урана оказались похожими на Плутон ( 4 фото )

Карта излучений от спутников Урана и их позиции

Örs H. Detre et al. / Astronomy & Astrophysics, 2020

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.


Как выглядит суммарное тепловое излучение Урана и его спутников

Örs H. Detre et al. / Astronomy & Astrophysics, 2020


Так теперь выглядит эталонное тепловое излучение Урана

Örs H. Detre et al. / Astronomy & Astrophysics, 2020


А так выглядит излучение спутников Урана

Örs H. Detre et al. / Astronomy & Astrophysics, 2020

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.

Артем Моськин