Uranova magnetosfera tijekom jednog dana mijenja veličinu i oblik. Trodimenzionalne računalne simulacije pokazuju da se udarni val koji nastaje ispred nje širi i skuplja tijekom svake rotacije planeta, koja traje oko 17 sati.
Pravilni ciklus ostaje prisutan i kada su brzina i gustoća Sunčeva vjetra u modelu nepromijenjene. To upućuje na zaključak da ga prvenstveno pokreću Uranova rotacija i neobična geometrija njegova magnetskog polja.
Rezultati su objavljeni u časopisu AGU Advances, a istraživanje se temelji na podacima koje je tijekom prolaska pokraj Urana prikupila NASA-ina letjelica Voyager 2.
Uran ima jednu od najneobičnijih magnetosfera u Sunčevu sustavu
Uran se razlikuje od gotovo svih drugih planeta po položaju svoje osi rotacije. Ona je nagnuta 97,77 stupnjeva u odnosu na okomicu na ravninu njegove putanje, pa se planet kroz svemir praktički okreće položen na bok. Za jednu rotaciju potrebno mu je oko 17 sati, dok mu za obilazak oko Sunca trebaju približno 84 Zemljine godine. NASA navodi da je riječ o najizraženijem nagibu osi među planetima Sunčeva sustava.
Ni Uranovo magnetsko polje nije uobičajeno. Njegova je magnetska os nagnuta približno 59 stupnjeva u odnosu na os rotacije, a magnetsko polje nije smješteno u središtu planeta. Pomaknuto je za otprilike trećinu Uranova polumjera. Te je osobine 1986. otkrio Voyager 2, jedina svemirska letjelica koja je dosad posjetila Uran. NASA-in prikaz misije opisuje mjerenja magnetskog polja i plazme koja je letjelica obavila tijekom prolaska.
Sunčev vjetar neprestano odnosi električki nabijene čestice sa Sunca. Kada naiđe na magnetsko polje planeta, naglo se usporava i mijenja smjer. Ispred magnetosfere tada nastaje udarni val, turbulentno područje koje predstavlja prvu veliku prepreku Sunčevu vjetru.
Na Zemlji se položaj tog vala mijenja uglavnom zbog promjena u Sunčevu vjetru. Uran je drukčiji. Kako se planet okreće, njegovo snažno nagnuto i pomaknuto magnetsko polje zauzima različite položaje prema struji čestica koja dolazi sa Sunca.
Simulacije su pokazale da rotacija pokreće ciklus
Istraživači su podatke Voyagera 2 upotrijebili za izradu globalnog trodimenzionalnog modela Uranove magnetosfere. Model istodobno računa gibanje plazme i magnetskih polja te omogućuje praćenje promjena oko cijelog planeta.
Posebno su proučili Uran u razdoblju ravnodnevnice. Tada se Sunce nalazi iznad Uranova ekvatora, a promjene udarnog vala prema modelu su najizraženije.
Simulacije su pratile cijelu rotaciju planeta. U tom se razdoblju udarni val nije samo pomicao prema Uranu i od njega. Mijenjala se i njegova ukupna veličina, kao i način na koji je bio zakrivljen oko magnetosfere.
Kako bi provjerili utjecaj Sunčeva vjetra, istraživači su pokrenuli i simulacije u kojima su njegova brzina i druga svojstva ostali stalni. Pravilno širenje i skupljanje udarnog vala nastavilo se i u tim uvjetima.
To pokazuje da promjene ne nastaju prvenstveno zbog promjenjive aktivnosti Sunca. Glavni pokretač u proučavanom modelu jest Uranova rotacija, koja neprestano mijenja položaj magnetskog polja prema Sunčevu vjetru.
Sunčev vjetar i dalje utječe na ukupnu veličinu i položaj magnetosfere, ali ne objašnjava pravilni ciklus koji se ponavlja pri svakoj rotaciji planeta.
Udarni val ne mijenja se jednako u svim smjerovima
Simulacije nisu pokazale jednostavno, jednoliko napuhivanje i skupljanje cijele strukture. Udarni val mijenja se asimetrično.
Njegova se udaljenost od planeta razlikuje u različitim smjerovima, a mijenjaju se i zakrivljenost te širina pojedinih dijelova. Dok se jedna područja pomiču prema van, druga se mogu preoblikovati na drukčiji način.
Takvo ponašanje izravna je posljedica Uranova magnetskog polja. Ono nije usklađeno s osi rotacije i nije smješteno u središtu planeta. Zbog toga se tijekom rotacije različiti dijelovi magnetske strukture susreću sa Sunčevim vjetrom pod različitim kutovima.
Usporedba sa Zemljom pokazuje koliko je Uranov slučaj neobičan. Zemljina magnetska os mnogo je bolje usklađena s osi rotacije, pa su dnevne promjene njezina udarnog vala znatno manje. Kratkoročne promjene na Zemlji uglavnom nastaju zbog promjena u Sunčevu vjetru.
Buduća misija na Uran morat će računati na promjenjivu magnetosferu
Rezultati su važni za planiranje budućih misija prema Uranu. Svemirska letjelica koja bi proučavala planet ne bi se susretala s nepromjenjivim magnetskim okolišem. U samo nekoliko sati magnetosfera bi mogla zauzeti drukčiji oblik i položaj.
To znači da bi mjerenja prikupljena u jednom trenutku mogla opisivati samo jednu fazu ciklusa. Za pravilno tumačenje podataka bit će potrebno uzeti u obzir položaj Urana u njegovoj rotaciji.
Ovo je posebno važno zato što je Voyager 2 dosad jedina letjelica koja je prošla kroz Uranovu magnetosferu. O prijedlozima za novu misiju pisali smo u tekstu Gotovo 40 godina nakon Voyagera predlaže se nova misija na Uran.
Model bi mogao pomoći i u proučavanju egzoplaneta veličine Urana i Neptuna. Takvih je svjetova u drugim planetarnim sustavima mnogo, ali njihove magnetosfere ne možemo izravno istražiti. Uran zato služi kao jedinstven primjer planeta s izrazito nagnutom osi rotacije i neobično pomaknutim magnetskim poljem.
Važno je naglasiti da udarni val nije izravno snimljen kako se širi i skuplja. Riječ je o rezultatu računalnih simulacija utemeljenih na podacima Voyagera 2. Istraživanje je pritom usmjereno na Uranovu konfiguraciju oko ravnodnevnice, pa se rezultat ne može automatski proširiti na sve dijelove njegove orbite.
Ipak, činjenica da se isti obrazac pojavljuje čak i kada Sunčev vjetar u modelu ostaje stalan snažno upućuje na to da Uranova neobična rotacija ima glavnu ulogu u oblikovanju njegove magnetosfere.
