14.4. Магнитосфера
14.4.1. Общая информация
Измерения «Вояджера – 2» позволили обнаружить у Урана весьма специфическое магнитное поле. Планета оказалась обладательницей совершенно уникальной магнитосферы, непохожей ни на одну из уже рассмотренных нами. С одной стороны, она как бы укладывается в привычную схему (рис. 14.9), но имеет и такие невероятные особенности, которые заставляют о многом задуматься и, как мне кажется, пересмотреть общепринятые научные положения о магнетизме планет.
[more]
Рис. 14.9. Модель магнитосферы Урана,
http://wetie.com.br/.git/objects/32/uranus-magnetosphere-i18.gif
По общему строению магнитосферы Уран схож с другими планетами Солнечной системы. Есть головная ударная волна, которая расположена на расстоянии от Урана в 23 его радиуса, и магнитопауза ‒ на расстоянии 18 радиусов Урана. Имеются развитые магнитный хвост и радиационные пояса. Магнитный хвост Урана тянется за планетой на миллионы километров и искривлен «в штопор» вследствие вращения планеты. Магнитосфера Урана содержит заряженные частицы: протоны, электроны и небольшое количество ионов H+. Никаких более тяжелых ионов в ходе исследований обнаружено не было.
По данным «Вояджера 2» установлено, что Уран имеет магнитное поле, которое наклонено на 59° относительно оси вращения планеты (рис. 14.10).
Рис. 12.10. Магнитное поле Урана по данным «Вояджера 2»,
http://galspace.spb.ru/index416.html
Но прежде чем перейти к дальнейшему изложению материала, я вынуждена сделать некоторое отступление. Его необходимость вызвана сложностью понимания полярности на схеме, приведенной в нижней части рис. 14.10. Объяснение для себя я получила, наткнувшись на статью в http://kosmos21.ucoz.com/index/0-19. Цитирую:
Во время первого посещения Урана «Вояджером 2» в 1986 году Южный полюс Урана был обращен к Солнцу. Обозначение этого полюса как «Южный» установлено Международным астрономическим союзом, руководствующимся при этом тем, что Северный полюс должен быть выше плоскости эклиптики. Однако есть соглашение, согласно которому при упоминании Урана пользуются «правилом правой руки», когда речь заходит о его полюсах. По такому методу «Вояджер 2» в 1986 году «видел» не Южный, а Северный полюс планеты. Астроном Патрик Мур прокомментировал эту проблему следующим лаконичным образом: «Выбирайте любой».
И все встало на свое место. Схему я сохранила, но предлагаю свой упрощенный вариант названий географических полюсов.
Такая необычная геометрия приводит к очень асимметричному магнитному полю. Дипольный момент Урана превосходит земной в 50 раз. Диполь смещен от центра планеты к Южному полюсу примерно на 1/3 радиуса планеты (8300 – 8500 км). Считается, что н а уровне облаков напряженность магнитного поля равна в среднем 0,23 Гс, но вследствие смещения диполя и сложной конфигурации магнитного поля напряженность на условной поверхности в Южном полушарии может составлять 0,1 Гаусса, а в Северном – 1,1 Гаусса.
Асимметрия магнитного поля вкупе со специфическим вращением планеты приводит к удивительной картине изменения поля в пространстве. Вращение магнитного поля вместе с планетой при наличии большого угла между осью вращения и магнитной осью приводит к закручиванию магнитных силовых линий, что создает сложную структуру магнитосферы. Но и это еще не все. Кроме того, на планете имеются значительные магнитные аномалии – своего рода менее сильные магнитные полюсы, что еще больше усложняет картину строения магнитосферы. Ради упрощения здесь они не рассматриваются.
На рис. 14.11 представлен подбор последовательных кадров из анимации http://spacegid.com/fotografii-urana.html, демонстрирующий изменение характера магнитного поля Урана в процессе вращения и движения по орбите (силовые линии магнитного поля имеют фиолетовый цвет, голубая стрелка – ось вращения планеты, светло-фиолетовая стрелка – магнитная ось).
Рис. 14.11. Изменение характера магнитного поля Урана в процессе вращения и движения по орбите
Как и на других планетах, на Уране наличие магнитного поля приводит к возникновению полярных сияний. Они видны как яркие дуги вокруг обоих магнитных полюсов.
Впервые полярные сияния на Уране зафиксировал в 1986 году межпланетный зонд «Вояджер 2». Из-за необычной конфигурации магнитосферы полярное сияние на Уране может возникать только при определенном положении планеты относительно Солнца. Поэтому попытки повторить их наблюдения с Земли или с околоземных телескопов долго не удавались.
Во время пролета «Вояджера 2» на Уране было солнцестояние: ось вращения планеты «смотрела» на Солнце, а магнитные полюсы находились под большим углом к потоку солнечного ветра. В результате сияния были продолжительными и происходили, в основном, на ночной стороне планеты. Однако в 2011 году Уран находился в положении равноденствия, и ось его вращения была перпендикулярна направлению на Солнце. В результате каждый из магнитных полюсов оказывался на Солнце по одному разу в день, что порождало совершенно другой тип полярных сияний. Такая конфигурация уникальна в Солнечной системе.
Ученым пришлось тщательно спланировать свои наблюдения: предстояло точно определить момент, когда к Урану придет корональный выброс – облако частиц высокой энергии, которые и вызывают полярные сияния.
В середине сентября 2011 года с помощью спутников на орбите Земли и других инструментов ученые обнаружили корональный выброс, летящий к Урану. Через две недели он добрался до Юпитера. Вычисления показали, что выброс солнечной плазмы прибудет к Урану в середине ноября, и это позволило ученым распланировать время для наблюдений.
Космический телескоп «Хаббл» впервые с 1980-х годов получил снимки полярных сияний на Уране. Были зафиксированы две короткие голубоватые вспышки на дневной стороне планеты. Такие вспышки не наблюдались почти 30 лет (Рис. 14.12).
Рис. 14.12. Полярные сияния в период равноденствия на Уране,
(0)
