James Webb cartografiază pentru prima dată atmosfera superioară a lui Uranus în trei dimensiuni

Sursa foto: Sciencedaily

Privire tridimensională asupra atmosferei lui Uranus

O echipă internațională de astronomi a realizat, pentru prima dată, o cartografiere tridimensională a structurii verticale a atmosferei superioare a lui Uranus, dezvăluind modul în care temperatura și particulele încărcate electric variază cu altitudinea. Observațiile, obținute cu telescopul spațial James Webb și instrumentul său NIRSpec, au fost folosite pentru a urmări planeta aproape pe durata unei rotații complete, permițând cercetătorilor să capteze emisiile moleculare slabe care vin din regiuni situate cu mii de kilometri deasupra norilor vizibili.

Ce a măsurat echipa

Conducerea proiectului a fost asigurată de Paola Tiranti, de la Northumbria University din Regatul Unit. Folosind unitatea integrală de câmp a instrumentului NIRSpec, cercetătorii au monitorizat Uranus în mod continuu timp de 15 ore, în data de 19 ianuarie 2025. Această monitorizare a permis obținerea unor date care măsoară temperaturile și densitățile de ioni până la aproximativ 5.000 km deasupra norilor vizibili, în regiunea cunoscută drept ionosferă, în care atmosfera se ionizează și devine puternic influențată de câmpul magnetic al planetei.

Un portret termic vertical

Analiza datelor a relevat o structură termică clară în înălțime. Temperatura medie calculată de echipă pentru atmosfera superioară a lui Uranus este de aproximativ 426 kelvini, echivalentul a circa 150 grade Celsius, o valoare mai scăzută decât măsurătorile anterioare realizate de observatoare terestre sau misiuni spațiale precedente. Temperatura atinge un maxim între 3.000 și 4.000 km deasupra norilor, în timp ce densitatea ionilor are un vârf mai aproape de 1.000 km. Aceste repere altitudinale conturează un profil vertical în care energia se propagă și este redistribuită în straturile superioare ale atmosferei.

Confirmarea unei răciri continue

Datele obținute cu Webb confirmă tendința de răcire a atmosferei superioare a lui Uranus, observată pentru prima dată la începutul anilor 1990. Cercetătorii au comparat valorile actuale cu înregistrările anterioare și au constatat că atmosfera a continuat să se răcească în ultimele decenii. Această evoluție termică are implicații pentru înțelegerea echilibrului energetic al planetelor giganți de gheață și pentru procesele care guvernează dinamica și pierderea de energie în straturile exterioare ale atmosferei.

Aurorele și configurația magnetosferei

Imaginile și spectrele în infraroșu obținute de James Webb au dezvăluit prezența a două benzi aurorale luminoase situate în apropierea polilor magnetici ai lui Uranus. Între aceste benzi, echipa a descoperit o regiune cu emisii reduse și cu o densitate mai mică de ioni, un element interpretat ca fiind asociat cu tranziții în liniile câmpului magnetic. Această zonă întunecată amintește de structuri observate anterior la Jupiter, unde forma câmpului magnetic direcționează mișcarea particulelor încărcate prin atmosfera superioară.

Caracterul neobișnuit al magnetosferei lui Uranus — înclinată și deplasată față de axa de rotație a planetei — face ca aurorele să se deplaseze și să se manifeste în moduri complexe pe suprafața planetară. Observațiile Webb arată cât de adânc pătrund efectele acestui câmp magnetic asimetric în atmosferă, oferind indicii despre modul în care energia magnetică este transportată și disipată în ionosferă.

Importanța descoperirii pentru studiul planetelor gigante

Prin cartografierea verticală detaliată a atmosferei lui Uranus, Webb oferă o imagine neprecedentă a mecanismelor care controlează transportul de energie în straturile înalte ale unei planete giganți de gheață. Aceste informații sunt esențiale nu doar pentru înțelegerea propriei planete gazdă, ci și pentru caracterizarea planetelor gigant în afara Sistemului Solar, unde procesele fizice pot avea analogii importante. Descoperirea contribuie la definirea pașilor necesari pentru a construi modele mai bune ale echilibrului energetic și ale interacțiunilor magnetosferice pentru astfel de lumi.

Variații longitudinale și influența câmpului magnetic

În plus față de variațiile pe verticală, datele au arătat diferențe clare cu longitudinea, corelate cu structura complexă a câmpului magnetic. Aceasta indică faptul că structura asimetrică a câmpului magnetic al lui Uranus influențează distribuția particulelor încărcate și a energiei în atmosferă, ducând la regiuni cu comportamente atmosferice distincte de-a lungul meridianelor planetei.

Contextul misiunii și detaliile studiului

Observațiile care au condus la aceste descoperiri fac parte din programul General Observer al JWST, proiectul 5073, avându-l ca investigator principal pe H. Melin, de la Northumbria University. Rezultatele au fost publicate în revista Geophysical Research Letters. În cadrul campaniei din 19 ianuarie 2025, utilizarea unității integral de câmp a NIRSpec a permis obținerea de spectre spațiale care acoperă atît variațiile înaltimii, cît și pe cele longitudinale, pe aproape o rotație completă a planetei.

James Webb Space Telescope este cea mai puternică unealtă spațială lansată până în prezent și reprezintă un efort comun al NASA, Agenției Spațiale Europene (ESA) și Agenției Spațiale Canadiene (CSA). Ca parte a colaborării internaționale, ESA a furnizat serviciul de lansare cu racheta Ariane 5 și a coordonat modificările tehnice necesare misiunii, asigurând de asemenea serviciile de lansare prin Arianespace. ESA a contribuit cu instrumentul NIRSpec și cu 50% din instrumentul pentru infraroșu mediu MIRI, acesta din urmă fiind dezvoltat de un consorțiu european finanțat național, în parteneriat cu JPL și Universitatea din Arizona.

Publicarea și referințele științifice

Studiul care descrie aceste descoperiri este intitulat „JWST Discovers the Vertical Structure of Uranus’ Ionosphere” și are printre autori pe Paola I. Tiranti, H. Melin, L. Moore, E. M. Thomas, K. L. Knowles, T. S. Stallard, K. Roberts și J. O’Donoghue. Lucrarea a fost publicată în Geophysical Research Letters, volumul 53, numărul 4, și este identificată prin DOI: 10.1029/2025GL119304. Această publicație adună observațiile spectrale și interpretările care susțin concluziile privind profilul vertical al temperaturii, distribuția ionilor, localizarea aurorelor și influența puternică a câmpului magnetic asimetric al lui Uranus.

Imaginea completă a unei atmosfere enigmatice

Prin combinarea sensibilității instrumentelor Webb cu o durată de observare care acoperă aproape o rotație completă a planetei, cercetătorii au reușit să construiască o hartă tridimensională a regiunilor exterioare ale atmosferei lui Uranus. Această imagine multidimensională oferă pentru prima dată o înțelegere clară a locului în care se formează aurorele, a modului în care variabiliatea în înălțime și longitudine este legată de structura câmpului magnetic și a modului în care atmosfera superioară a planetei se modifică în timp.

Rezultatele pun bazele pentru investigații ulterioare care pot lega condițiile atmosferice observate cu procesele magnetice și cu interacțiunea dintre Uranus și mediul spațial înconjurător. În același timp, aceste date reprezintă un pas important către caracterizarea planetelor gigant din alte sisteme stelare, pentru care înțelegerea mecanismelor interne și a celor magnetice este esențială.

Pentru detalii suplimentare și acces la materialele oferite de Agenția Spațială Europeană privind această campanie observațională, materialele sunt disponibile online prin comunicatele agenției și prin publicarea științifică menționată. ScienceDaily – James Webb Space Telescope captures strange magnetic forces warping Uranus și Geophysical Research Letters – DOI 10.1029/2025GL119304 conțin informațiile esențiale și referințele către seturile de date și detaliile tehnice ale analizei.