Webb prvi put snimio „vertikalni presjek” Uranove ionosfere: 3D karta otkriva gdje se rađaju polarne svjetlosti i zašto se planet i dalje hladi
Znanstvenici su po prvi put uspjeli napraviti detaljnu kartu slojeva gornje atmosfere Urana, i to ne samo „po površini”, nego i po visini – od vrha oblaka pa tisućama kilometara iznad njega. Promatranja su izvedena svemirskim teleskopom James Webb, čija je osjetljivost omogućila detekciju iznimno slabog sjaja molekula visoko iznad oblaka, ondje gdje se atmosfera pretvara u ionosferu i izravno se „spaja” s planetovim neobičnim magnetskim poljem.
Ovaj rezultat važan je iz dva razloga. Prvo, daje najjasniju sliku do sada o tome gdje i kako nastaju Uranove polarne svjetlosti (aurore) te kako se njihov oblik i položaj mijenjaju zbog magnetskog polja koje je nagnuto i pomaknuto u odnosu na os rotacije. Drugo, mjerenja potvrđuju da se gornja atmosfera Urana nastavlja hladiti – trend koji znanstvenike zbunjuje još od ranih 1990-ih.
Što je točno izmjereno i zašto je to presedan
Ionosfera je sloj atmosfere u kojem Sunčevo zračenje i nabijene čestice stvaraju ione i elektrone, pa plin više nije „neutralan”. Upravo u tom području dolazi do intenzivne razmjene energije: nabojima „upravlja” magnetsko polje, a zagrijavanje i hlađenje ovise o kombinaciji Sunčeva zračenja, dotoka čestica iz magnetosfere i dinamike atmosfere ispod.
Dosad su istraživači na Uranu imali fragmentiranu sliku – usporedivu s time da znate kako izgleda svjetlucanje na nebu, ali ne znate na kojoj se točno visini događa i koliko je „debela” zona u kojoj se oslobađa energija. Novi Webbovi podaci omogućili su izradu vertikalnih profila temperature i gustoće iona: koliko je vruće i koliko ima nabijenih čestica na različitim visinama, te kako se te veličine mijenjaju s geografskom dužinom dok se planet rotira.
Kako je Webb promatrao Uran: gotovo cijeli „dan” u jednom potezu
Promatranje je provedeno 19. siječnja 2025. i trajalo je oko 15 sati, što pokriva gotovo punu rotaciju Urana. Ključni alat bio je NIRSpec, Webbov blisko-infracrveni spektrograf, korišten u načinu rada Integral Field Unit (IFU). Takav pristup daje istodobno i spektar i prostornu informaciju, pa se može razlučiti gdje se u atmosferi pojavljuje sjaj određenih molekula, a gdje izostaje.
Znanstveni tim predvodila je Paola Tiranti sa sveučilišta Northumbria u Ujedinjenom Kraljevstvu. U središtu analize bio je slabi infracrveni sjaj iznad oblaka, koji nastaje kada se u ionosferi pobuđene čestice i molekule vraćaju u niža energetska stanja i emitiraju svjetlost na specifičnim valnim duljinama. Upravo taj „potpis” omogućuje procjenu temperature i gustoće iona.
Ključni rezultati: gdje je najtoplije, gdje je najviše iona
Mjerenja pokazuju jasnu vertikalnu strukturu koja se proteže do približno 5000 kilometara iznad vrhova oblaka. Temperatura u gornjim slojevima doseže vrhunac između 3000 i 4000 kilometara visine, dok gustoća iona maksimum postiže oko 1000 kilometara. Važan detalj je i to što su uočene izražene promjene ovisno o dužini – drugim riječima, isti sloj nije jednak svuda oko planeta, nego se „modulira” kompleksnom geometrijom magnetskog polja.
Prosječna temperatura gornje atmosfere iz Webbovih mjerenja iznosi oko 426 kelvina, odnosno približno 150 stupnjeva Celzija. Ta vrijednost niža je od ranijih procjena dobivenih zemaljskim teleskopima i starijim opažanjima iz svemira, što dodatno učvršćuje zaključak da se Uranova gornja atmosfera nastavlja hladiti.
Aurore u dva pojasa i „tamna zona” između: trag magnetske geometrije
U Webbovim podacima izdvajaju se dva svijetla auroralna pojasa u blizini magnetskih polova. Takve strukture nastaju kada se nabijene čestice, vođene magnetskim linijama, obrušavaju u atmosferu i pritom oslobađaju energiju. No jednako je zanimljivo ono što nedostaje: između ta dva pojasa zabilježeno je područje smanjene emisije i niže gustoće iona – svojevrsna „tamna zona” u kojoj je sjaj potisnut.
Slične tamnije regije uočene su i na Jupiteru, gdje je poznato da geometrija magnetskih linija određuje putanje nabijenih čestica, pa se aurora ne raspoređuje ravnomjerno. Na Uranu je taj efekt dodatno naglašen jer je magnetsko polje iznimno „asimetrično”: magnetska os nagnuta je gotovo 60 stupnjeva u odnosu na os rotacije, a središte magnetskog polja pomaknuto je od središta planeta za oko trećinu polumjera. Zbog toga se auroralne zone ne ponašaju kao stabilan prsten oko polova, nego se tijekom rotacije „prelijevaju” preko različitih geografskih područja i duboko utječu na raspodjelu energije u atmosferi.
Zašto je Uranovo hlađenje velika zagonetka
Uran je najhladniji od divovskih planeta u Sunčevu sustavu kada se govori o temperaturama koje „vidimo” u atmosferi, ali upravo gornji slojevi – termosafera i ionosfera – trebali bi biti osjetljivi na ulaz energije. Dodatni problem je to što je Uran daleko od Sunca, pa je dotok Sunčeva zračenja slabiji nego kod Jupitera ili Saturna, no unatoč tome gornja atmosfera pokazuje složene promjene koje nije jednostavno objasniti samo udaljenošću od Sunca.
Trend hlađenja koji se prati od ranih 1990-ih izaziva rasprave o tome kako se energija prenosi iz donjih slojeva prema gore, koliko se učinkovito atmosfera „hladi” zračenjem u svemir, te koliku ulogu imaju sezonske promjene, solarni vjetar i unutarnji procesi u magnetosferi. Webbovi rezultati ne zatvaraju pitanje, ali prvi put daju dovoljno detaljan „3D kontekst” da se hipoteze mogu testirati bez oslanjanja na pojedinačne, nepovezane mjere.
Šira slika: lekcija o ledenim divovima i svjetovima izvan Sunčeva sustava
Uran i Neptun često se nazivaju ledenim divovima, a njihovi su atmosferski i magnetski procesi ključni za razumijevanje klase planeta koja je u galaksiji vjerojatno česta. U promatranjima egzoplaneta, osobito onih veličine i mase slične Uranu, znanstvenici često raspolažu samo „integriranim” signalom – prosjekom preko cijelog planeta. Zato je svako poboljšanje razumijevanja toga kako se energija raspoređuje u gornjim slojevima atmosfere izravno korisno i za tumačenje podataka o udaljenim svjetovima.
Upravo tu Webbova mjerenja imaju dodatnu vrijednost: pokazuju kako se u ionosferi mogu pojaviti lokalni maksimumi temperature i gustoće iona, kako se auroralne strukture mogu organizirati u više pojaseva, te kako magnetska asimetrija ostavlja vidljiv potpis ne samo na „svjetlosnom showu”, nego i u samoj vertikalnoj građi atmosfere.
Što slijedi: više rotacija, usporedbe i potraga za mehanizmom
Dobiveni rezultati temelje se na opažanjima iz programa JWST General Observer 5073, u kojem je glavni istraživač Henrik Melin. Znanstvena zajednica sada ima referentni skup podataka koji se može uspoređivati s budućim Webbovim mjerenjima, ali i s podacima drugih opservatorija. Posebno će biti važno pratiti kako se signali mijenjaju s vremenom: mijenja li se položaj auroralnih pojaseva ovisno o solarnim uvjetima, pojavljuje li se „tamna zona” uvijek na istom mjestu u magnetskoj geometriji, te nastavlja li se hlađenje istim tempom.
Za Uran, planet koji je povijesno imao malo posjeta i još manje dugotrajnih kampanja promatranja, ovakvi podaci predstavljaju svojevrsnu „mini misiju” iz daljine. Umjesto kratkog preleta, dobiva se kontinuirano promatranje koje otkriva kako se atmosfera ponaša dok planet rotira i kako magnetsko polje preoblikuje ionosferu kroz visinu i dužinu. Time se, korak po korak, slaže mehanizam koji bi mogao objasniti kako ledeni divovi balansiraju energiju u ekstremnim uvjetima vanjskog Sunčeva sustava.
Izvori:- ESA/Webb – znanstveno priopćenje o 3D kartiranju Uranove ionosfere, rezultatima o temperaturi, gustoći iona i auroralnim pojasevima (link)- Northumbria University Research Portal – bibliografski podaci i status rada u časopisu Geophysical Research Letters (DOI: 10.1029/2025GL119304) (link)- NASA Science – osnovne činjenice o Uranovu magnetskom polju, njegovom nagibu i pomaku od središta planeta (link)- ESA/Webb – opis instrumenta NIRSpec i mogućnosti integralnog polja (IFU) u spektroskopiji (link)
Kreirano: petak, 20. veljače, 2026.
Pronađite smještaj u blizini