Науковці дослідили взаємодію сонячного вітру з магнітним полем Урана. Внаслідок нахилу осі обертання планети лобовий удар заряджених частинок об його магнітне поле постійно змінює свою форму та розмір, створюючи ілюзію добового «дихання» планети.
Динамічний лобовий удар
У нашій Сонячній системі Уран є геометричним винятком. Його вісь обертання відхилена від площини орбіти більш ніж на 90°, тож він, по суті, котиться у космосі на боці. На відміну від нього, Земля та інші планети мають лише помірне відхилення або взагалі не мають його. Навіть більше, магнітне поле цього крижаного гіганта дивно зміщене й нахилене ще на 60°. Про це повідомляє сайт phys.org.
Ці надзвичайні асиметрії означають, що взаємодія між магнітним полем Урана та сонячним вітром — зарядженими частинками, які постійно витікають із Сонця в усіх напрямках — також має незвичайний характер. Біля Землі та інших планет межа, де сонячний вітер врізається в магнітне поле планети й різко сповільнюється, утворюючи турбулентну ударну хвилю, відому як лобовий удар, є відносно стабільною. Але біля Урана лобовий удар є надзвичайно динамічним, змінюючи форму та розмір протягом кожного уранівського дня, наче розширення та стискання легенів під час дихання.
Проте точний масштаб та основні чинники, що зумовлюють «дихання» лобового удару Урана, досі залишалися нез’ясованими. Тепер, використовуючи сучасні комп’ютерні моделювання та дані космічного апарата NASA «Вояджер-2», X. Cao та його колеги кількісно оцінили особливості цих щоденних змін у статті, опублікованій у журналі AGU Advances.
Що показали результати моделювання?
Дослідники використали тривимірну багаторідинну магнітогідродинамічну модель — інструмент, який вони нещодавно розробили для вивчення взаємодії магнітосфер планет із сонячним вітром. Для цих моделювань вони використали дані спостережень, зроблених апаратом Voyager-2 у 1986 році під час прольоту повз Уран. Модель запустили для умов рівнодення на Урані — тієї частини його орбіти, тривалість якої становить 84 земні роки, коли Сонце перебуває безпосередньо над екватором, а розширення та стискання лобової ударної хвилі є найсильнішими.
Моделювання дозволило точно визначити, як змінюються розміри та форма лобового удару Урана протягом однієї повної доби. Щоб оцінити роль обертання планети, дослідники провели серію моделювань за умов стабільного й незмінного сонячного вітру. Регулярна добова закономірність зберігалася, що свідчить про те, що головним чинником, який зумовлює це «дихання», є щоденна зміна геометрії магнітного поля, зумовлена обертанням, а не коливаннями сонячного вітру.
Натомість на Землі зміни сонячного вітру є головним чинником мінливості лобового удару, а незначні добові коливання зумовлені лише невеликим кутом між віссю обертання Землі та її магнітним полем.
Ці висновки можуть знадобиться під час планування майбутніх космічних місій до Урана та сприяти розумінню лобових ударів численних екзопланет-крижаних гігантів, виявлених у різних куточках Галактики.
