Разведчики внешних планет. Путешествие «Пионеров» и «Вояджеров» от Земли до Нептуна и далее

В полосе между 15° и 40° широты освещенного полушария температуры были на 2–3 К ниже, но в целом температура полярных и экваториальных районов на глубине 0,6 атм не различалась, что указывало на внутренние механизмы перераспределения энергии, поступающей в период пролета главным образом в полярную зону. Интересно, что у неосвещенного («зимнего») полюса оказалось теплее, чем на «летней» стороне, – около 90 К на уровне 0,001 атм.

Ионосфера имела слоистую структуру с двумя хорошо определенными слоями на высотах 2000 и 3500 км и простиралась как минимум до 10 000 км. Разреженная водородная оболочка планеты на дневной стороне светилась в ультрафиолете.

Масса Урана оказалась равна 86,84 × 10²⁴ т, в соответствии с имеющимися представлениями, а средняя плотность – 1,285 г/см³. Период обращения планеты был определен по радиоизлучению в 16,8 ± 0,3 часа, но позднее было принято уточненное значение 17,24 ± 0,01 часа. Сходные результаты дали измерения магнитного поля (17,3 ± 0,1 часа) и частиц магнитосферы (17,4 часа).

Исходя из этих данных, пришлось отчасти пересмотреть модель строения Урана. Ученые отказались от представления о выраженном силикатном ядре и решили, что в центре планеты силикаты, аммиак, вода и метан почти равномерно перемешаны с водородом и гелием, и это плотное «варево» разогрето примерно до 11 000 К. Именно его признали в итоге ответственным за формирование магнитного поля планеты.

Радиоизлучение Урана было впервые зарегистрировано лишь 16 января на расстоянии 6 млн км (намного позже, чем ожидалось), а магнитное поле – 19 января. Ударную волну «Вояджер-2» встретил 24 января в 07:25, за 10,5 часов до максимального сближения с планетой, на расстоянии 23,7 R_U (радиуса Урана). За следующие три часа аппарат преодолел турбулентный магнитослой и в 10:07 на отметке 18,0 R_U вошел собственно в магнитосферу. Максимум магнитного поля был отмечен в 17:56, вблизи максимального сближения, и составил 413 нТ. «Вояджер-2» входил в нейтральный слой 25 января в 06:59, 12:31 и 22:09. Он вышел из магнитосферы 26 января примерно в 07:15 и по крайней мере семь раз на протяжении 27–29 января проходил ударную волну в направлении наружу и внутрь. Аппарат окончательно вышел в поток солнечного ветра со скоростью 430 км/с 29 января в 06:06 на расстоянии 228 R_U.

В результате обработки данных выяснилось, что Уран обладает магнитным полем примерно такой же силы, как Сатурн и Земля, причем северный магнитный полюс отстоит от южного географического на 59° (на Земле – всего 12°), а магнитная ось смещена от центра на треть радиуса планеты. В качестве объяснения такой странности было высказано предположение, что на Уране мы застали смену магнитных полюсов, которая время от времени происходит и на Земле.

Следствием большого наклона магнитной оси является весьма интересная структура магнитосферы планеты: ее отклоненный в сторону хвост вращается наподобие винта, и позади Урана магнитное поле дважды за оборот меняет свое направление. Что же касается частиц, то основное население внешней магнитосферы – ионизированный водород и электроны. Радиационные пояса Урана имеют примерно ту же интенсивность, что и земные, и температура плазмы в них превышает 500 млн К. Добавим, что в радиусе 7–10° от магнитного полюса ночной стороны наблюдались полярные сияния.

Сначала казалось, что кольца и спутники до Умбриэля включительно движутся в пределах магнитосферы, а Титания и Оберон – снаружи. Поэтому выдвигалось предположение, что темный оттенок колец и поверхностей спутников – результат разложения метанового льда протонами с энергией 28 кэВ на уходящий водород и остающийся углерод. В более поздних публикациях границу магнитосферы провели в 590 000 км на солнечной стороне и в десять раз дальше на теневой, и в результате в ее пределах оказались все спутники, вплоть до Оберона.

К результатам «Вояджера-2» ученые обращаются по сей день. 9 августа 2019 г. Джина ДиБраччо и Дэниел Гершман опубликовали в Geophysical Research Letters статью, основанную на показаниях бортового магнитометра. На графике силы магнитного поля с высоким временным разрешением (1,92 секунды) они обнаружили занятный зигзаг. На протяжении 60 секунд отрицательное поле ушло вверх к нулевой отметке, затем вниз до двойного уровня и оттуда – к исходному уровню.

Исследователи заключили, что 25 января 1986 г. в 23:05 UTC «Вояджер-2» прошел через плазмоид – «пузырь» плазмы с замкнутыми линиями магнитного поля, уходящий в сторону хвоста магнитосферы планеты. Его форма напоминала шайбу диаметром 400 000 км и толщиной 200 000 км. Ранее плазмоиды регистрировали вблизи Земли, Юпитера, Сатурна и Меркурия. Они являются важным механизмом потери атмосферы планет. ДиБраччо и Гершман показали, что от 15 до 55 % потери массы атмосферы Урана может приходиться именно на плазмоиды.