Το μυστηριωδώς ασύμμετρο και λοξό μαγνητικό πεδίο του Ουρανού προκαλεί σύγχυση στους αστρονόμους εδώ και δεκαετίες.
Όταν το διαστημικό σκάφος Voyager 2 πέρασε από τον Ουρανό το 1986, παρατήρησε ότι το μαγνητικό πεδίο του τεράστιου γίγαντα αερίων είχε κλίση 60 μοιρών μακριά από τον άξονα περιστροφής του, με αποτέλεσμα το πεδίο να είναι ασύμμετρο σε ισχύ.
Το διαστημικό σκάφος διαπίστωσε επίσης ότι η ζώνη ακτινοβολίας γύρω από τον Ουρανό, η οποία είναι μια ζώνη φορτισμένων σωματιδίων από το διάστημα που έχουν συλληφθεί από το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη, ήταν περίπου 100 φορές ασθενέστερη από ό,τι θα προέβλεπαν.
Τώρα, μια δημοσίευση στο περιοδικό Geophysical Research Letters αποκάλυψε ότι η ασυμμετρία του πεδίου μπορεί να εξηγήσει αυτό το αίνιγμα.
Ο Ουρανός και οι μυστηριώδεις ζώνες ακτινοβολίας του
Ο Ουρανός είναι ο έβδομος πλανήτης στο ηλιακό μας σύστημα. Η ακραία αξονική του κλίση είναι περίπου 98 μοίρες, δηλαδή περιστρέφεται στο πλάι. Η κλίση του Ουρανού έχει ως αποτέλεσμα μοναδικές εποχιακές διακυμάνσεις, με κάθε πόλο να δέχεται περίπου 42 χρόνια συνεχούς ηλιακού φωτός, ακολουθούμενα από 42 χρόνια σκοταδιού.
Οι ζώνες ακτινοβολίας είναι ζώνες ενεργητικών φορτισμένων σωματιδίων, κυρίως ηλεκτρονίων και πρωτονίων, τα οποία παγιδεύονται από το μαγνητικό πεδίο ενός πλανήτη. Τα σωματίδια αυτά κινούνται σε σπειροειδείς τροχιές κατά μήκος των γραμμών του μαγνητικού πεδίου, αναπηδώντας μεταξύ των πόλων του πλανήτη. Το πιο γνωστό παράδειγμα ζωνών ακτινοβολίας στο ηλιακό μας σύστημα είναι οι ζώνες ακτινοβολίας Van Allen που περιβάλλουν τη Γη.
«Οι ζώνες ακτινοβολίας του Ουρανού μάς ενδιαφέρουν ιδιαίτερα, καθώς το πέρασμα του Voyager 2 έδειξε ότι ήταν πολύ ασθενέστερες από ό,τι αναμενόταν, παρά την ισχυρή παρουσία μαγνητικού πεδίου. Προτείνουμε ότι αυτό θα μπορούσε να εξηγηθεί από τη μοναδική δομή του μαγνητικού πεδίου που προκαλεί μεταβολές στην ταχύτητα με την οποία τα σωματίδια παρασύρονται γύρω από τον πλανήτη», γράφουν οι ερευνητές στην εργασία τους.
Ο αλγόριθμος Boris
Χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο Boris, ο οποίος χρησιμοποιείται συχνά για την προσομοίωση της κίνησης των σωματιδίων σε ένα μαγνητικό πεδίο, οι ερευνητές μοντελοποίησαν πώς το ασύμμετρο πεδίο του Ουρανού θα επηρέαζε τη ζώνη ακτινοβολίας του. Ανακάλυψαν ότι λόγω του ασύμμετρου πεδίου του Ουρανού, τα σωματίδια στη ζώνη ακτινοβολίας του αλλάζουν ταχύτητα καθώς περνούν από περιοχές όπου το πεδίο είναι ισχυρότερο ή ασθενέστερο.
Αυτό σημαίνει ότι η πυκνότητα των σωματιδίων μεταβάλλεται σε όλη τη ζώνη, μειούμενη έως και κατά 20 τοις εκατό σε ορισμένες περιοχές.
«Αυτό θα μπορούσε να δημιουργήσει περιοχές όπου τα σωματίδια είναι πιο κοντά μεταξύ τους και άλλες περιοχές όπου είναι πιο διασκορπισμένα- δείχνουμε ότι το Voyager 2 πέρασε από μια περιοχή όπου τα σωματίδια ήταν πιο διασκορπισμένα», έγραψαν οι ερευνητές.
Αν και αυτή η εξήγηση δεν εξηγεί όλες τις αδυναμίες της ζώνης ακτινοβολίας που είδε το Voyager 2, σίγουρα θέτει τις βάσεις για μια νέα αποστολή στις πιο απομακρυσμένες περιοχές του ηλιακού μας συστήματος.
«Αυτή η έλλειψη πειστικότητας των αποτελεσμάτων γύρω από τους παγωμένους γίγαντες υπογραμμίζει την ανάγκη για μια μελλοντική εμβληματική αποστολή σε έναν από αυτούς τους πλανήτες -για να κατανοήσουμε πλήρως αυτούς τους μηχανισμούς, θα χρειαστούν περισσότερα δεδομένα μέσα στην εσωτερική μαγνητόσφαιρα, όπου το τετράπολο (και οι όροι υψηλότερης τάξης) γίνονται σημαντικοί, ώστε να μπορέσουμε να ερμηνεύσουμε πλήρως την αλληλένδετη φύση των κατανομών των σωματιδίων με τη δομή του μαγνητικού πεδίου», έγραψαν οι ερευνητές.