Сотрудник Университета Аризоны Эрик Каркошка провел первое точное измерение периода вращения Нептуна. По его данным, день на этой планете длится 15 часов, 57 минут и 59 секунд.

Этот результат – одно из наиболее значительных улучшений в знании периода вращения газовой планеты с тех пор, как почти 350 лет назад итальянский астроном Джованни Кассини определил период вращения Юпитера по Большому красному пятну.

«Период вращения планеты – одно из ее фундаментальных свойств, – говорит Каркошка, ведущий научный сотрудник Лаборатории лунных и планетарных исследований университета. – У Нептуна есть две особенности, которые можно наблюдать при помощи телескопа Хаббл. По ним можно определить период его вращения. Никаких аналогичных особенностей на других газовых планетах пока не обнаружено».

В отличие от твердых планет, которые вращаются по довольно понятной схеме, газовые гиганты вращаются аналогично огромным каплям жидкости. Поскольку они, как считается, состоят в основном из газа и льда и имеют сравнительно малое ядро, в их вращении присутствуют гидродинамические эффекты. Поэтому астрономам довольно сложно точно определить скорость их вращения.

«Если посмотреть на Землю из космоса, можно увидеть горы или другие особенности ландшафта, которые вращаются с неизменным постоянством, но если вы при этом посмотрите на облака, они не дадут никакой информации о скорости вращения планеты из-за ветров, – поясняет Каркошка. – Если теперь посмотреть на газовую планету, то и вовсе не удастся увидеть ее поверхности, только толстую облачную атмосферу. На Нептуне можно увидеть лишь облака и движущиеся детали атмосферы. Никоторые движутся быстрее, некоторые – медленнее, некоторые вообще ускоряются, и они не дают никакой информации о скорости вращения планеты, пусть даже под ними и скрывается твердая поверхность, которая вращается с постоянной угловой скоростью».

В 50-х, когда были построены первые радиотелескопы, астрономам удалось обнаружить, что Юпитер посылает периодические сигналы на подобие маяка в космосе. Их источник – магнитное поле планеты, свойства которого связаны с твердым ядром планеты. Но ни о какой другой газовой планете таких данных получить не удалось. Радиосигналы от них не достигали Земли, поскольку они сдувались солнечным ветром.

«Единственный способ провести аналогичные радиоизмерения – послать к планете космический корабль, – говорит Каркошка. – Когда первый и второй «Вояджеры» пролетели около Сатурна они засекли радиосигнал. Затем то же самое произошло с Ураном и Нептуном. Поэтому, основываясь на этих измерениях, мы считали, что знаем периоды обращения газовых планет».

Но когда 15 лет спустя к Сатурну приблизился зонд Кассини, оказалось, что период приема радиосигнала изменился на один процент. Но Сатурн имеет слишком большую массу для того, чтобы за такое короткое время его период обращения мог так сильно измениться. «Из-за того, что газовые гиганты столь велики, их кинетический момент позволяет им вращаться с практически постоянной скоростью в течение миллиардов лет, – объясняет Каркошка. – Такое изменение было очень странным».

А потом оказалось, что южное и северное полушарии Сатурна вращаются с разной скоростью. «Тогда мы поняли, что на свойства магнитного поля полагаться нельзя, – говорит Каркошка. – Внутренняя часть планеты вращается и вызывает аналогичное вращение магнитного поля, но из-за солнечного ветра и других, неизвестных пока причин, магнитное поле нельзя считать постоянным относительно ядра планеты, оно несколько отстает».

Вместо того, чтобы, как обычно, полагаться на дорогой специализированный космический аппарат, Каркошка воспользовался публичными данными телескопа Хаббл. До него ученые уже занимались изучением изображений Нептуна, но никто из них не просмотрел более 500, замечая каждую деталь с великим терпением и целеустремленностью.

«Когда изучал эти изображения, я понял, что Нептун вращается быстрее, чем определил «Вояджер», – говорит Каркошка. – Я думаю, точность моих данных в тысячу раз превышает точность данных «Вояджера». Это позволило сделать серьезное уточнение периода вращения планеты, чего не происходило уже три сотни лет».

Две особенности атмосферы Нептуна сохранялись на своих местах с точностью, в пять раз превышающей постоянство местоположения шестиугольника на Сатурне, который до настоящего момента считался наиболее постоянным элементов атмосферы на газовых гигантах. Эти особенности были названы Особенностью южного полюса и Волной северного полюса. Они представляют собой вихри, похожие на знаменитое Красное пятно Юпитера. Эти вихри могут в течение длительного времени сохраняться, поскольку испытывают лишь незначительное трение. Каркошка смог провести их наблюдение на интервале почти в 20 лет. Оказалось, что они вращаются с периодом 15.9663 часов с точностью до нескольких секунд. «Постоянство расположения этих особенностей говорит о том, что они как-то связаны с его поверхностью, – говорит Каркошка. – Но какова эта связь – неизвестно». Это может быть вызвано конвекцией между холодными и теплыми солями атмосферы, наподобие горячих точек в мантии Земли, гигантских потоков расплавленного материала, которые не смещаются уже миллионы лет.

«Я решил, что постоянство вращения Нептуна, определяемое этими двумя особенностями, очень странно, – говорит Каркошка. – Поэтому я обратился к изображениям Нептуна, полученных «Вояджером» в 1989 году. Они имеют лучшее разрешение, чем изображения, полученные Хабблом. Я искал что-нибудь еще около этих двух особенностей. Мне удалось обнаружить еще шесть, но они оказались слишком тусклыми, чтобы их можно было увидеть на изображениях Хаббла, а на изображениях «Вояджера» они были видны всего шесть месяцев. Восемь таких особенностей на одной планете выглядят доволньо любопытно».

Таким образом, это исследование не только позволило уточнить период вращения Нептуна, но, возможно, дало информацию о других его свойствах. «Мы знаем массы Нептуна, но не знаем ее распределения, – говорит Каркошка. – Если планета вращается быстрее, чем мы думали, это означает, что масса сосредоточена ближе к ее центру, чем считалось. Это заключение может привести к изменению моделей внутреннего строения Нептуна».