Το Σέλας του Ουρανού. Της Αστροφυσικού Ελένης Χατζηχρήστου

Για πρώτη φορά οι επιστήμονες φωτογράφησαν το φαινόμενο του σέλαος στην ατμόσφαιρα του γίγαντα πλανήτη Ουρανού ενός μακρινού, παγωμένου  μυστηριώδους κόσμου. Χάρη στη συστηματική παρατήρηση του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, οι Ουράνιες λάμψεις φωτογραφήθηκαν σαν αμυδρές και σύντομες φωτεινές κηλίδες που δεν διαρκούν πάνω από δύο λεπτά. Αυτό το φαινόμενο είναι πολύ διαφορετικό από το αντίστοιχο που συχνά παρατηρείται στους γήινους πόλους, όπου πολύχρωμες «κουρτίνες» φωτός διατρέχουν τον ουρανό και το φαινόμενο μπορεί να διαρκέσει ολόκληρες ώρες. Το σέλας του Ουρανού καταγράφηκε δύο φορές στην πλευρά του πλανήτη που φωτίζεται από τον Ήλιο, και η οποία είναι ορατή από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble.   Εικ.2_1: Σύνθετες εικόνες των φαινομένων σέλαος που πρόσφατα καταγράφηκαν στον Ουρανό με τη βοήθεια του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble (Credit: Laurent Lamy). Το φαινόμενο του σέλαος οφείλεται στη μαγνητόσφαιρα του πλανήτη, δηλαδή στην περιβάλλουσα περιοχή στην οποία επικρατεί το μαγνητικό του πεδίο. Ο ηλιακός άνεμος (ροή φορτισμένων σωματιδίων που εκπέμπονται από τον Ήλιο) αλληλεπιδρά με τη μαγνητόσφαιρα ενός πλανήτη. Τα φορτισμένα σωματίδια επιταχύνονται και μεταφέρονται κοντά στους μαγνητικούς πόλους, όπου δημιουργούν μεταξύ άλλων και το φαινόμενο του Πολικού Σέλατος. Αυτά συμβαίνουν με τη Γη. Στους Δία, Κρόνο και Ουρανό η μαγνητόσφαιρα δεν είναι ιδιαίτερα γνωστή. Ειδικά ο Ουρανός είναι ένας εξαιρετικά ασυνήθιστος πλανήτης, καθώς ο μαγνητικός του άξονας είναι μετατοπισμένος από το κέντρο και σχηματίζει πολύ μεγάλη γωνία (60ο) με τον άξονα περιστροφής του (σε σύγκριση, οι δύο άξονες της Γης σχηματίζουν γωνία μόλις 11ο). Έτσι, ενώ οι περισσότεροι πλανήτες μοιάζουν με περιστρεφόμενες σβούρες που γυρίζουν γύρω από τον Ήλιο, ο Ουρανός μοιάζει με σβούρα που αποσταθεροποιήθηκε και γέρνει αλλά ακόμη περιστρέφεται. Και προφανώς η περίεργη εμφάνιση του Ουράνιου σέλαος που πρόσφατα παρατηρήθηκε οφείλεται ακριβώς σε αυτές τις ιδιαιτερότητες της περιστροφής και του μαγνητικού του άξονα. Ακόμη και το μαγνητικό πεδίο του Ουρανού έχει ασυνήθιστη προέλευση: οι επιστήμονες υποθέτουν ότι οφείλεται σε έναν ωκεανό με μεγάλη περιεκτικότητα σε αλάτι, ο οποίος βρίσκεται κάτω από την παγωμένη επιφάνεια και ο οποίος ευθύνεται και για την μετατόπιση του μαγνητικού πεδίου από το κέντρο του πλανήτη.      Εικ.2_2: Φωτογραφία από αστροναύτη της NASA που εκτελούσε διαστημική αποστολή στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ΔΔΣ) τον Μάιο του 2010. Πρόκειται για ένα εντυπωσιακό νότιο σέλας πάνω από την Ανταρκτική και το Νότιο Πόλο, που δημιουργήθηκε κατά τη διάρκεια γεωμαγνητικής καταιγίδας. Τη στιγμή της φωτογράφησης, ο ΔΔΣ βρισκόταν πάνω από το νότιο Ινδικό ωκεανό σε ύψος 350 χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια της Γης (Credit: NASA). Τα φαινόμενα του σέλαος στον Ουρανό είναι αμυδρότερα από εκείνα της Γης και., καθώς ο πλανήτης βρίσκεται σε απόσταση 4 δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων, είναι εξαιρετικά δύσκολο να παρατηρηθούν από τη Γη. Το 1986 το διαστημόπλοιο Voyager 2 πέρασε κοντά από τον Ουρανό και κατέγραψε παρόμοια φαινόμενα, αλλά αυτή ήταν και η τελευταία φορά που οι αστρονόμοι μπόρεσαν να δουν έστω φευγαλέα την ασυνήθιστη μαγνητόσφαιρα του πλανήτη. Γι’ αυτό και η πρόσφατη ανακάλυψη η οποία θα δημοσιευθεί εντός των ημερών, είναι ιδιαίτερα σημαντική.    Εικ2_3: Ένα εντυπωσιακό σέλας στον βόρειο πόλο του Δία καταγράφηκε σε όλο του το μεγαλείο από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble. Τα μαγνητικά «ίχνη» των τριών μεγαλύτερων δορυφόρων του Δία, Ιώ (αριστερά), Γανυμήδη (κοντά στο κέντρο) και Ευρώπης (κάτω δεξιά από το προηγούμενο), φαίνονται καθαρά σαν φωτεινά σημεία. Πρόκειται για ηλεκτρικά ρεύματα που δημιουργούνται καθώς οι δορυφόροι μπαινοβγαίνουν στο μαγνητικό πεδίο του Δία. (Credit: John Clarke - University of Michigan) and NASA).   Η διεθνής ομάδα που δραστηριοποιήθηκε περιλαμβάνει επιστήμονες από τη Γαλλία, την Αγγλία, και τις ΗΠΑ και, όπως λένε οι επιστήμονες απαίτησε προσεκτικό προγραμματισμό αλλά και αρκετή τύχη: Το 2011 οι Γη, Δίας και Ουρανός ευθυγραμμίστηκαν με τέτοιο τρόπο, ώστε ο ηλιακός άνεμος που έρρεε περνούσε πρώτα από τη Γη, μετά από τον Δία και κατόπιν κατευθυνόταν στον Ουρανό. Έτσι, όταν τον Σεπτέμβρη 2011 σημειώθηκε σειρά ηλιακών εκλάμψεων με εκτόξευση φορτισμένων σωματιδίων από τον Ήλιο, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τους δορυφόρους παρατήρησης σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη μας για να καταγράψουν την άφιξη του ηλιακού ανέμου στη γήινη μαγνητόσφαιρα 2-3 ημέρες μετά τις εκλάμψεις. Δύο εβδομάδες αργότερα, ο ηλιακός άνεμος πέρασε από τον Δία με ταχύτητα 500 χιλιομέτρων την ώρα, επομένως ήταν σχετικά εύκολο να υπολογιστεί ότι θα φτάσει στον Ουρανό στα μέσα Νοεμβρίου. Η ομάδα προγραμμάτισε το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble με τέτοιο τρόπο ώστε στα μέσα Νοεμβρίου να είναι στραμμένο προς το μακρινό πλανήτη, καταγράφοντας την άφιξη και αλληλεπίδραση του ηλιακού ανέμου με τη μαγνητόσφαιρά του.    Εικ2_4: Ασυνήθιστοι σχηματισμοί σέλαος πάνω από τον βόρειο πόλο του Κρόνου, όπως φαίνονται σε υπέρυθρες φωτογραφίες που κατέγραψε το ρομποτικό διαστημικό τηλεσκόπιο της αποστολής Cassini. Το σέλας παρουσιάζεται εδώ με μπλε χρώμα, ενώ τα νέφη της ατμόσφαιρας του Κρόνου με κόκκινο χρώμα (Credit: Cassini VIMS Team, JPL, ESA and NASA). Το Ουράνιο σέλας που καταγράφηκε το 2011 διαφέρει όχι μόνο από το αντίστοιχο φαινόμενο που παρατηρήθηκε στη Γη αλλά και από εκείνα που κατέγραψε το Voyager 2 πριν μερικές δεκαετίες. Τότε ο Ουρανός βρισκόταν κοντά στο ηλιοστάσιο, με τον άξονα περιστροφής του να κατευθύνεται προς τον Ήλιο, ενώ ο μαγνητικός άξονας σχημάτιζε μεγάλη γωνία με την κατεύθυνση ροής του ηλιακού ανέμου. Σε εκείνη τη συγκυρία η μαγνητόσφαιρα του Ουρανού έμοιαζε πολύ με εκείνη της Γης (ως προς τον προσανατολισμό) αν και ήταν πιο δυναμική. Γι’ αυτό το σέλας που καταγράφηκε το 1986 ήταν μεγαλύτερης διάρκειας από αυτό που είδαμε πρόσφατα, και φαινόταν κυρίως στο νυκτερινό ουρανό του πλανήτη. Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble δεν μπορεί βεβαίως να δει τη σκοτεινή πλευρά του Ουρανού για να καταγράψει το είδος των φαινομένων που παρατηρούνται εκεί τώρα.  Οι πρόσφατες παρατηρήσεις συνέπεσαν με την ισημερία του πλανήτη, οπότε ο άξονας περιστροφής του είναι σχεδόν κάθετος με την ροή του ηλιακού ανέμου, ενώ ο μαγνητικός του άξονας είναι τόσο επικλινής ώστε καθώς περιστρέφεται ο πλανήτης κάθε ένας από τους μαγνητικούς του πόλους ευθυγραμμίζεται με τον Ήλιο μία φορά την ημέρα. Αυτό προφανώς έχει σαν αποτέλεσμα μια πολύ διαφορετική αλληλεπίδραση του ηλιακού ανέμου με τη μαγνητόσφαιρα του πλανήτη, και άρα διαφορετικά φαινόμενα σέλαος σε σχέση με αυτά που παρατηρήθηκαν κατά το ηλιοστάσιο του 1986. Πράγματι, οι δύο φωτεινές κηλίδες που καταγράφηκαν πρόσφατα, σχηματίστηκαν κοντά στον βόρειο μαγνητικό πόλο του πλανήτη.   Εικ2_5: Βόρειο Σέλας πάνω από τη γήινη ατμόσφαιρα (Credit: Albert Jakobsson). Η κατανόηση της μαγνητόσφαιρας του Ουρανού και των φαινομένων που σχετίζονται με αυτήν θα βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα και τον μηχανισμό λειτουργίας της γήινης μαγνητόσφαιρας. Με αυτό τον τρόπο συμπληρώνουμε σταδιακά το παζλ του ηλιακού μας συστήματος, το οποίο αποτελείται από τόσο διαφορετικούς μεταξύ τους πλανήτες, οι οποίοι παρ’ όλα αυτά έχουν και αρκετά κοινά χαρακτηριστικά.