Genbesøger årtier gamle Voyager 2-data, videnskabsmænd finder endnu en hemmelighed om Uranus

Otte et halvt år inde i sin store tur i solsystemet, NASAs Voyager 2-rumfartøj var klar til endnu et møde. Det var den 24. januar, 1986, og snart ville den møde den mystiske syvende planet, iskold Uranus.

I løbet af de næste par timer, Voyager 2 fløj inden for 50, 600 miles (81, 433 kilometer) af Uranus' skytoppe, indsamler data, der afslørede to nye ringe, 11 nye måner og temperaturer under minus 353 grader Fahrenheit (minus 214 grader Celsius). Datasættet er stadig de eneste tætte målinger, vi nogensinde har foretaget af planeten.

Tre årtier senere, videnskabsmænd, der genspicerede disse data, fandt endnu en hemmelighed.

Uvidende af hele rumfysiksamfundet, For 34 år siden fløj Voyager 2 gennem en plasmoid, en gigantisk magnetisk boble, der kan have ført Uranus atmosfære ud i rummet. Fundet, rapporteret i Geofysiske forskningsbreve , rejser nye spørgsmål om planetens enestående magnetiske miljø.

En vaklende magnetisk oddball

Planetatmosfærer overalt i solsystemet siver ud i rummet. Brint udspringer fra Venus for at slutte sig til solvinden, den kontinuerlige strøm af partikler, der undslipper Solen. Jupiter og Saturn udstøder globs af deres elektrisk ladede luft. Selv jordens atmosfære lækker. (Bare rolig, det vil blive ved i endnu en milliard år eller deromkring.)

Effekterne er små på menneskelige tidsskalaer, men givet længe nok, atmosfærisk flugt kan fundamentalt ændre en planets skæbne. For et eksempel, se på Mars.

"Mars plejede at være en våd planet med en tyk atmosfære, " sagde Gina DiBraccio, rumfysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center og projektforsker for Mars Atmosphere og Volatile Evolution, eller MAVEN mission. "Det udviklede sig over tid" - 4 milliarder års lækage til rummet - "til at blive den tørre planet, vi ser i dag."

Atmosfærisk flugt er drevet af en planets magnetfelt, som både kan hjælpe og hæmme processen. Forskere mener, at magnetiske felter kan beskytte en planet, afværge solvindens atmosfære-stripende blæsninger. Men de kan også skabe muligheder for flugt, ligesom de gigantiske kugler skærer sig løs fra Saturn og Jupiter, når magnetfeltlinjer bliver sammenfiltrede. På den ene eller anden måde, at forstå, hvordan atmosfæren ændrer sig, videnskabsmænd er meget opmærksomme på magnetisme.

Det er endnu en grund til, at Uranus er sådan et mysterium. Voyager 2s forbiflyvning fra 1986 afslørede, hvor magnetisk underlig planeten er.

"Strukturen, måden den bevæger sig på... " sagde DiBraccio, "Uranus er virkelig på egen hånd."

I modsætning til enhver anden planet i vores solsystem, Uranus snurrer næsten perfekt på siden - som en gris på en spidssteg - og fuldfører en tønderulle en gang hver 17. time. Dens magnetfeltakse peger 60 grader væk fra den spinakse, så mens planeten drejer, dens magnetosfære - rummet skåret ud af dets magnetfelt - vakler som en dårligt kastet fodbold. Forskere ved stadig ikke, hvordan man modellerer det.

Denne særhed tiltrak DiBraccio og hendes medforfatter Dan Gershman, en anden Goddard rumfysiker, til projektet. Begge var en del af et team, der udarbejdede planer for en ny mission til 'isgiganterne' Uranus og Neptun, og de ledte efter mysterier at løse. Uranus' mærkelige magnetfelt, sidst målt for mere end 30 år siden, virkede som et godt sted at starte.

Så de downloadede Voyager 2's magnetometeraflæsninger, som overvågede styrken og retningen af ​​magnetfelterne nær Uranus, mens rumfartøjet fløj forbi. Uden anelse om, hvad de ville finde, de zoomede tættere ind end tidligere undersøgelser, plotte et nyt datapunkt hvert 1,92 sekund. Glatte linjer gav plads til takkede pigge og dyk. Og det var da de så det:en lillebitte zigzag med en stor historie.

"Tror du, det kunne være ... et plasmoid?" Gershman spurgte DiBraccio, får øje på kruset.

Lidt kendt på tidspunktet for Voyager 2's forbiflyvning, Plasmoider er siden blevet anerkendt som en vigtig måde, hvorpå planeter taber masse. Disse gigantiske bobler af plasma, eller elektrificeret gas, knibe af fra enden af ​​en planets magnetohale - den del af dens magnetfelt, der blæses tilbage af Solen som en vindsæk. Med tid nok, undslippende plasmoider kan dræne ionerne fra en planets atmosfære, fundamentalt ændre dens sammensætning. De var blevet observeret på Jorden og andre planeter, men ingen havde opdaget plasmoider ved Uranus - endnu.

DiBraccio kørte dataene gennem sin behandlingspipeline, og resultaterne kom rent tilbage. "Jeg tror bestemt, det er, " hun sagde.

Boblen slipper ud

Plasmoid DiBraccio og Gershman fundet optaget kun 60 sekunder af Voyager 2's 45 timer lange flyvning med Uranus. Det viste sig som et hurtigt op-ned-blip i magnetometerdataene. "Men hvis du plottede det i 3D, det ville ligne en cylinder, " sagde Gershman.

Ved at sammenligne deres resultater med plasmoider observeret ved Jupiter, Saturn og Merkur, de estimerede en cylindrisk form på mindst 127, 000 miles (204, 000 kilometer) lang, og op til omkring 250, 000 miles (400, 000 kilometer) på tværs. Som alle planetariske plasmoider, den var fuld af ladede partikler - for det meste ioniseret brint, mener forfatterne.

Aflæsninger inde fra plasmoiden - da Voyager 2 fløj igennem den - antydede dens oprindelse. Mens nogle plasmoider har et snoet indre magnetfelt, DiBraccio og Gershman observerede glat, lukkede magnetiske sløjfer. Sådanne løkkelignende plasmoider dannes typisk, når en roterende planet kaster stykker af sin atmosfære ud i rummet. "Centrifugale kræfter tager over, og plasmoidet klemmer af, " sagde Gershman. Ifølge deres skøn, Plasmoider som at man kunne tegne sig for mellem 15 og 55% af atmosfærisk massetab ved Uranus, en større andel end enten Jupiter eller Saturn. Det kan meget vel være den dominerende måde, hvorpå Uranus kaster sin atmosfære ud i rummet.

Hvordan har plasmoidflugt ændret Uranus over tid? Med kun ét sæt observationer, det er svært at sige.

"Forestil dig, hvis et rumfartøj bare fløj gennem dette rum og prøvede at karakterisere hele Jorden, " sagde DiBraccio. "Det er klart, at det ikke vil vise dig noget om, hvordan Sahara eller Antarktis er."

Men resultaterne hjælper med at fokusere nye spørgsmål om planeten. Det resterende mysterium er en del af lodtrækningen. "Det er derfor, jeg elsker planetarisk videnskab, " sagde DiBraccio. "Du tager altid et sted hen, du ikke rigtig ved."