Nový objev odhaluje důvod rozdílných barev Uranu a Neptunu

Pozorování z observatoře Gemini a dalších dalekohledů odhaluje nadměrný zákal Uran Dělá to bledší než Neptune.

Astronomové nyní mohou pochopit, proč mají podobné planety Uran a Neptun odlišné odstíny. Vědci vytvořili jediný atmosférický model, který odpovídá pozorování obou planet pomocí pozorování z Gemini North Telescope, NASA Zařízení infračerveného dalekohledu a Hubbleův vesmírný dalekohled. Model ukazuje, že nadměrný zákal na Uranu se hromadí v pomalé atmosféře planety, což mu dává světlejší barvu než Neptun.

Planety Neptun a Uran mají mnoho společného – mají podobné hmotnosti, velikosti a složení atmosféry – přesto se jejich vzhled výrazně liší. Na viditelných vlnových délkách má Neptun viditelně modřejší barvu, zatímco Uran má světlejší odstín azurové. Astronomové nyní mají vysvětlení, proč se obě planety tak liší barvou.

Nový výzkum ukazuje, že vrstva koncentrovaného oparu nalezená na obou planetách je na Uranu silnější než podobná vrstva na Neptunu a „vybělí“ vzhled Uranu více než na Neptunu.^[1] Pokud není mlha atmosféru Z Neptunu a Uranu se oba budou jevit v modré barvě zhruba stejně.^[2]

Tento závěr vychází z modelu^[3] že mezinárodní tým vedený Patrickem Irwinem, profesorem planetární fyziky na Oxfordské univerzitě, vyvinul k popisu aerosolových vrstev v atmosférách Neptunu a Uranu.^[4] Předchozí výzkumy horních atmosfér těchto planet se soustředily na vzhled atmosféry pouze při určitých vlnových délkách. Tento nový model, který se skládá z více vrstev atmosféry, však odpovídá pozorování z obou planet v širokém rozsahu vlnových délek. Nový model také zahrnuje fuzzy částice v hlubších vrstvách, o kterých se dříve předpokládalo, že obsahují pouze oblaka metanu a sirovodíkového ledu.

„Toto je první model, který synchronně odpovídá pozorování odraženého slunečního světla od ultrafialového po blízké infračervené,“ vysvětlil Irwin, hlavní autor výzkumného článku, který toto zjištění prezentuje v Journal of Geophysical Research: Planets. „Je také prvním, kdo vysvětlil rozdíl ve viditelné barvě mezi Uranem a Neptunem.“

Model týmu se skládá ze tří vrstev aerosolů v různých nadmořských výškách.^[5] Hlavní vrstvou ovlivňující barvy je střední vrstva, což je vrstva částic mlhy (v papíru označovaná jako aerosolová vrstva-2), která je silnější přes Uran z Neptune. Tým má podezření, že na obou planetách metanový led kondenzuje na částicích v této vrstvě a stahuje částice hlouběji do atmosféry, jak padá metanový sníh. Vzhledem k tomu, že atmosféra Neptunu je aktivnější a turbulentnější než atmosféra Uranu, tým věří, že atmosféra Neptunu je efektivnější při přesouvání metanových částic do vrstvy oparu a vytváření tohoto sněhu. To odstraní více zákalu a udržuje Neptunovu zákalovou vrstvu tenčí než na Uranu, což znamená, že Neptunova modř se zdá být silnější.

Mike Wong, astronom v Kalifornská univerzita, BerkeleyČlen týmu za tímto skóre. „Vysvětlení rozdílu v barvě mezi Uranem a Neptunem byl nečekaný bonus!“

K vytvoření tohoto modelu Irwinův tým analyzoval soubor planetárních pozorování, která zahrnují ultrafialové, viditelné a blízké infračervené vlnové délky (0,3 až 2,5 mikrometrů) pořízených pomocí blízkého infračerveného spektrometru (NIFS) na nedalekém dalekohledu Gemini North. Summit Maunakea na Havaji – součást mezinárodní observatoře Gemini, programu NOIRLab NSF – plus archivní data z infračerveného dalekohledu NASA, také na Havaji, a Hubbleův vesmírný dalekohled NASA/ESA.

Přístroj NIFS na Gemini North byl pro toto zjištění zvláště důležitý, protože je schopen poskytnout spektra – měření toho, jak jasný je objekt na různých vlnových délkách – pro každý bod v jeho zorném poli. To týmu poskytlo podrobná měření toho, jak se atmosféry obou planet odrážejí na celém disku planety a v řadě blízkých infračervených vlnových délek.

„Observatoře Gemini nadále poskytují nové poznatky o povaze našich sousedních planet,“ řekl Martin Steele, programový ředitel Gemini v National Science Foundation. „V tomto experimentu Gemini North poskytla součást v rámci sady pozemských a vesmírných zařízení, která jsou kritická pro detekci a charakterizaci atmosférických nebezpečí.“

Model také pomáhá vysvětlit tmavé skvrny, které se někdy objevují na Neptunu a méně často na Uranu. Zatímco astronomové si již byli vědomi přítomnosti tmavých skvrn v atmosférách obou planet, nevěděli, která vrstva aerosolů tyto tmavé skvrny způsobila nebo proč byly aerosoly v těchto vrstvách méně odrazivé. Výzkum týmu vrhá světlo na tyto otázky tím, že ukazuje, že ztmavení hlubší vrstvy jejich modelu by vedlo k tmavým skvrnám podobným těm na Neptunu a možná i Uranu.

Poznámky

1. Tento bělící efekt je podobný cloudovému efektu extrasolární planeta Atmosféry jsou nudné nebo „ploché“ projevy ve spektrech exoplanet.
2. Červené barvy slunečního světla rozptýlené z mlhy a částic vzduchu jsou dále absorbovány částicemi metanu v atmosférách planet. Tento proces – označovaný jako Riley rozptyluje To je to, co dělá oblohu zde na Zemi modrou (ačkoli sluneční světlo v zemské atmosféře je rozptýleno většinou molekulami dusíku spíše než molekulami vodíku). Rayleighův rozptyl se vyskytuje většinou na kratších, modřejších vlnových délkách.
3. Aerosol je suspenze jemných kapiček nebo částic v plynu. Mezi běžné příklady na Zemi patří mlha, saze, kouř a mlha. Na Neptunu a Uranu částice ze slunečního světla interagují s prvky v atmosféře (fotochemické reakce) je zodpovědný za aerosolové mlhy v atmosféře těchto planet.
4. Vědecký model je výpočetní nástroj, který vědci používají k testování předpovědí o jevu, který by v reálném světě nebylo možné vytvořit.
5. Nejhlubší vrstva (v článku označovaná jako Aerosol Layer-1) je tlustá a skládá se ze směsi sirovodíkového ledu a částic z interakce planetárních atmosfér se slunečním světlem. Horní vrstva je rozšířená vrstva mlhy (aerosolová vrstva 3) podobná střední vrstvě, ale je křehčí. Na Neptunu se také nad touto vrstvou tvoří velké částice metanového ledu.

více informací

Tento výzkum byl prezentován v článku „Misty Blue Worlds: Globální zamlžený model Uranu a Neptunu, včetně tmavých skvrnobjevit se v Journal of Geophysical Research: Planets.

Tým tvoří PGJ Irwin (oddělení fyziky, Oxfordská univerzitaUK), NA Teanby (Fakulta věd o Zemi, University of Bristol, UK), LN Fletcher (School of Physics and Astronomy, University of Leicester, UK), D. Toledo (Instituto Nacional de Tecnica Aeroespacial, Španělsko), GS Orton (JPL, Caltech, USA), MH Wong (Center for Integrative Planetary Science, University of California, Berkeley, USA), MT Roman (School of Physics and Astronomy, University of Leicester, UK), S. Perez-Hoyos (University of the Baskicko, Španělsko), A. James (Department of Physics, University of Oxford, UK), J. Dobson (Department of Physics, University of Oxford, UK).

NOIRLab (National Optical and Infrared Astronomy Research Laboratory) NSF, americké centrum pro pozemskou optickou infračervenou astronomii, provozuje Gemini International Observatory (NSF Facility, NRC-Kanada, ANID-Chile, MCTIC-Brazílie, MINCyT- Argentina, KASI – Republic of Korea), Kate Summit National Observatory (KPNO), Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), Community and Data Science Center (CSDC), Vera C. Rubin Observatory (fungující ve spolupráci s Department of SLAC Energy National Accelerator Laboratory) . Je řízena Asociací univerzit pro výzkum v astronomii (AURA) na základě dohody o spolupráci s NSF a sídlí v Tucsonu v Arizoně. Astronomická komunita je poctěna, že má příležitost provádět astronomický výzkum na Iolkam Du’ag (Kitt Peak) v Arizoně, na Maunakea na Havaji a na Cerro Tololo a Cerro Pachón v Chile. Uvědomujeme si a uznáváme velmi důležitou kulturní roli a úctu, kterou tyto stránky mají vůči národu Tohono O’odham, komunitě původních obyvatel Havaje a chilským komunitám.