Супутники Урану виявилися схожими на Плутон

Німецькі астрономи представили новий алгоритм віднімання яскравого фону Урану і змогли розглянути теплове випромінювання від п'яти його найбільших супутників: Титанії, Оберона, Умбріеля, Аріель і Міранди. Дослідники розрахували потоки тепла і дійшли висновку, що супутники випромінюють тепло, як і карликові планети: Плутон і Хаумея. Стаття опублікована в журналі.

Уран - перша планета, відкрита Вільямом Гершелем за допомогою телескопа в 1781 році. Через те, що планета розташована далеко (приблизно 19 астрономічних одиниць від Сонця), поблизу пролітав тільки «Вояджер-2» в 1986 році - з його допомогою вчені отримали велику кількість інформації про пристрій планети і знімки Урану і його супутників. Крім того, для вивчення Урану використовують інфрачервоні та бортові фотометри (наприклад, масив фотометрів на телескопі «Гершель»). Більше того - по потоку інфрачервоного випромінювання від Урану калібрують верхню межу прийманого потоку фотометрів. Однак через те, що Уран світить занадто яскраво, він перекриває випромінювання від своїх місяців, ускладнюючи їх вивчення.

Для вирішення цієї проблеми Орс Детре (Örs H. Detre) з колегами з Інституту астрономії суспільства Макса Планка вирішив відняти внесок випромінювання Урану і розробив ітераційний алгоритм для отримання еталонної точкової функції розсіювання Урану. Для цього вчені вибрали двадцять знімків інфрачервоного спектру з космічного телескопа «Гершель», отримані протягом п'яти епох з проміжком в шість хвилин по трьох різних каналах з довжиною хвилі в 160, 100 і 70 мікрометрів.

В якості підготовчого кроку алгоритму астрономи відцентрували знімки по Урану і нормалізували потік випромінювання, що дозволило знизити ненадійність до 0,19-0,27 відсотка. А щоб позбутися втрат інформації від дискретизації, вони наклали чотири знімки один на одного. Потім вже використовувався алгоритм: перша версія еталона вийшла при побудові медіани - відсікалися пікселі, у яких потік був менше середнього. Отриману версію еталона порівнювали з астрометричними показниками: як рухаються місяці Урану вже відомо. Залежно від відхилень еталон Урана і його місяць змінювали, а цикл повторювався до тих пір, поки еталон випромінювання Урана і його місяць не змінювався.

Після отримання підсумкового еталона випромінювання Урану астрономи змогли розгледіти найбільші супутники Урану: Титанію, Оберон, Умбріель, Аріель і Міранду. Чим далі супутники знаходяться від Урану, тим точніше виділявся їх світловий потік: якщо для Титанії і Оберона практично всі вимірювання були достовірні, то для Міранди відношення сигналу до шуму виявилося занадто мало.

Тим не менш, автори виявили деякі особливості. Наприклад, вони не знайшли ніякої залежності інтенсивності відбитого світла від відстані супутника від Урану, так як у місячних орбіт досить малий ексцентриситет. Часто випромінювання з поверхні реголіту описується наближенням випромінювання чорного тіла. І в цьому випадку вчені змогли вирахувати температури випромінювання чорного тіла: для Титанії та Оберона - 73 і 69,5 кельвіна, для Умбріеля - 54,7 кельвіна, а для Аріель - 20,1 кельвіна.

Як модель для пояснення теплових потоків автори статті використовували термофізичну модель, згідно з якою з центру планети до поверхні підступає тепло зі змінюваною тепловою інерцією, а грубість поверхні оцінюється характером кратерів (від гладких поверхонь до грубих). Отримані дані моделювання добре зійшлися з попередніми дослідженнями супутників Урану.

Розрахувавши теплову інерцію лун, вчені дійшли висновку, що супутники з влаштування своєї крижаної поверхні близькі до трансуранових карликових планет: Плутону, Харону і Хаумеї. Вчені сподіваються використовувати свій алгоритм обробки фотометричних зображень і на інші системи із засвіченням.

Минулого року дослідники спостерігали за тепловим випромінюванням кілець Урану, на більш яскравому його кільці температура виявилася рівною 77 кельвінам. А цього року астрономи запропонували теоретичну модель утворення великих супутників Урану разом з нахилом його обертальної осі - ймовірно, Уран зіткнувся з іншим масивним тілом, який зміг повернути вісь обертання Урана і утворити його супутники зі своїх залишків.