Уран
и Нептун

Уран и Нептун удобно ставить рядом не потому, что о каждом из них мало известно. Сравнение показывает, как осторожно следует судить о планете по внешности.

Оба мира почти вчетверо шире Земли, состоят преимущественно из водорода, гелия и более тяжёлого вещества, а метан в верхней атмосфере поглощает красный свет. Издалека они кажутся родственными голубыми шарами. Однако Уран почти не отдаёт лишнего внутреннего тепла, Нептун излучает заметно больше энергии, чем получает от Солнца; ось Урана лежит почти в плоскости орбиты, а у Нептуна наклонена примерно как у Земли. Их облака, ветры и магнитные поля ведут себя по-разному.

Одна планета — в окуляре, другая — сначала в вычислении

До 1781 года граница планетной системы проходила по Сатурну. Уран иногда попадал в каталоги как звезда: без длительного сравнения положений его едва заметное движение терялось среди ошибок наблюдения. Уильям Гершель увидел маленький диск и сначала объявил объект кометой. Последующие измерения показали почти круговую орбиту далеко за Сатурном. Телескоп впервые не только уточнил известную планету, но и прибавил новую.

Нептун вошёл в карту иначе. Рассчитанные положения Урана немного расходились с наблюдениями. Урбен Леверье и независимо Джон Кауч Адамс искали положение неизвестной планеты, чьё притяжение могло бы объяснить остаток. 23 сентября 1846 года Иоганн Галле и Генрих д’Арре направили берлинский телескоп в рассчитанную область и нашли Нептун. Вычисление не создало планету из формулы: оно сузило небо до участка, который всё равно пришлось наблюдать.

Холод не запрещает ветру

Солнечный свет на Нептуне почти в 900 раз слабее, чем у Земли. При этом самые быстрые измеренные ветры Солнечной системы принадлежат именно холодному Нептуну и достигают примерно 2000 километров в час. Погоду питает не только падающий свет. Измерение теплового излучения показывает, что Нептун отдаёт заметную внутреннюю энергию. Почему близкий по размеру Уран теплово спокойнее, остаётся открытым вопросом.

В глубинах вода, аммиак и метан находятся не в виде привычных ледяных глыб, а в горячих плотных фазах под огромным давлением. Точного снимка внутренности нет. Модели должны одновременно согласовать массу, радиус, гравитационное поле, атмосферный состав и тепловой поток.

Даже граница между атмосферой и внутренностью условна. При спуске газ становился бы всё плотнее и без твёрдой поверхности переходил в сверхкритическую среду, где привычное разделение на газ и жидкость теряет смысл. Поэтому аккуратный разрез из цветных оболочек остаётся картой состава, а не фотографией резких границ.

Среднюю плотность получают из массы и объёма. Массу выдаёт притяжение: исторически его оценивали по движению спутников, а при пролёте — по доплеровскому сдвигу радиосигнала аппарата. Период вращения ищут по облакам и радиоизлучению магнитосферы. Эти методы не обязаны давать одно простое число, потому что газовые широты движутся с разными скоростями, а магнитное поле сложно.

Метан поглощает красный свет у обеих планет, но не объясняет цвет полностью. Аэрозольная дымка рассеивает свет и скрывает глубинные облака. Привычный насыщенно-синий портрет Нептуна долго печатали с усиленным контрастом ради деталей; сопоставимая обработка делает два мира ближе по цвету. Научный кадр должен сообщать, когда цвет усилен или составлен из невидимых глазу диапазонов.

Магнитные поля обоих гигантов смещены от центров и сильно наклонены к осям. Вероятно, проводящий слой, где работает динамо, расположен сравнительно близко к наружным оболочкам. Voyager 2 измерил поля вдоль одной траектории, поэтому уверенно восстановить их изменчивость по одному пролёту нельзя.

У Урана вращающаяся магнитная ось описывает широкий конус, а хвост поля закручивается за планетой. Заряженные частицы создают полярные сияния далеко от географических полюсов. Слабые ультрафиолетовые и инфракрасные пятна проверяют модель поля, но короткое наблюдение не заменяет карту, снятую при разных фазах вращения и солнечного ветра.

Миранда и Тритон меняют масштаб истории

Самые сильные пейзажи скрыты на спутниках. Миранда состоит из участков разного возраста, огромных уступов и полосчатых корон. Их происхождение обсуждается: поверхность пережила сильную деформацию и внутреннее обновление, однако буквально собирать спутник после разрушения из обломков данные не требуют.

Тритон движется против вращения Нептуна и, вероятно, был захвачен из транснептуновой области. Voyager 2 увидел на его азотном льду тёмные следы и выбросы, поднимавшиеся на несколько километров. У самого дальнего гиганта оказался активный спутник, по происхождению родственный следующей области книги.

Ретроградная орбита служит свидетельством захвата: крупный спутник едва ли образовался в околопланетном диске и затем сам развернул движение. После захвата приливные силы округляли орбиту и нагревали недра. Современная траектория хранит древнее событие, которого никто не наблюдал напрямую.

Тёмные шлейфы Тритона тоже стали выводом из последовательности кадров. Видны тонкие столбы и материал, унесённый ветром. Одна модель связывает их с солнечным прогревом через прозрачный азотный лёд: энергия поглощается у основания, газ накапливается и прорывается наружу. Voyager видел один сезон и одно полушарие, поэтому частота явления неизвестна.