Ми вважаємо Уран і Нептун схожими світами, розташованими далеко за орбітою Юпітера. Обидва вони є крижаними гігантами, схожі за розміром і масою.
У них майже однаковий склад атмосфери. Але на астрономічних зображеннях вони відрізняються за кольором.
Планета Нептун має більш насичений синій колір, тоді як Уран має блідіший вигляд і блакитний відтінок. Учені довгий час дивувалися... чому така різниця? І ось 31 травня 2022 року міжнародна група дослідників запропонувала просте пояснення: серпанок.
Астрономи опублікували свої висновки в рецензованому журналі JGR Planets 23 травня 2022 року. Безкоштовна версія препринта також доступна на сайті arXiv.
Планети Уран і Нептун: майже близнюки
Легко уявити Уран і Нептун як близнюків або, принаймні, кровних братів. Вони майже однакового розміру, причому Нептун лише трохи менший. З іншого боку, Уран трохи менш масивний, ніж Нептун.
Атмосфера Урана складається здебільшого з водню і гелію, але також містить "льоди" з аміаку і метану. Ці льоди також складають мантію планети, яка оточує кам'янисте внутрішнє ядро.
Атмосфера Нептуна - це також водень і гелій. У ній є аналогічні льоди. І знову, як і в Урана, внутрішнє ядро виткане з льоду і каменю.
Саме лід і скелі Урана і Нептуна відрізняють їх від Юпітера і Сатурна. Додамо ще розміри та маси. Уран і Нептун - крижані, а не газові планети.
Утім, в Урана і Нептуна є свої відмінності. Наприклад, Уран не обертається навколо осі, яка лежить майже перпендикулярно до площини його орбіти.
Крім того, супутники гіганта перебувають на стабільних орбітах, які вирівняні з нахилом планети. Найбільший місяць Нептуна, Тритон, обертається навколо планети по дуже похилій орбіті.
Тоді питання: чому така різниця в кольорі? Чому Нептун має більш яскравий блакитний колір, а Уран - більш блідий?
Уся справа в серпанку
Обидві планети мають аерозольний серпанок у верхніх шарах атмосфери. Однак на Урані його надлишок, який накопичується в уповільненій атмосфері. Через цей серпанок атмосфера має світліший тон, ніж атмосфера Нептуна.
У новому дослідженні вивчали численні шари атмосфер обох планет у широкому діапазоні довжин хвиль. Як пояснив провідний автор дослідження Патрік Ірвін, професор планетарної фізики Оксфордського університету:
"Це перша модель, яка одночасно відповідає спостереженням відбитого сонячного світла від ультрафіолетового до ближнього інфрачервоного діапазону довжин хвиль".
Три шари
У новій моделі дослідження існує три шари суспензії дрібних крапель або частинок у газі на різній висоті. Саме середній шар впливає на колір атмосфери. На Урані він просто товщий.
У цих шарах метановий лід конденсується, виходить свого роду "метановий сніг".
Як описано в статті:
"Ми припускаємо, що метан так швидко конденсується на цих частинках серпанку, що він ефективно "випадає снігом" біля основи цього шару, а падаючи на нижчі, тепліші рівні, де метан випаровується, вивільняє частинки серпанку, щоб "посіяти" конденсацію сірководню".
Атмосфера Нептуна активніша й динамічніша, ніж атмосфера Урану, тому вона краще збиває частинки і створює сніг. При цьому він розбавляє шар димки і робить його тоншим. Тому, завдяки меншому серпанку, атмосфера Нептуна здається блакитнішою.
Майк Вонг, астроном з Каліфорнійського університету в Берклі, прокоментував результати дослідження:
Ми сподівалися, що розробка цієї моделі допоможе нам зрозуміти хмари і серпанок в атмосферах крижаних гігантів".
Тобто пояснення різниці в кольорі між Ураном і Нептуном стало несподіваним бонусом!
Спостереження Урана і Нептуна в різних довжинах хвиль
Обидві планети спостерігалися в ультрафіолетовому, видимому і ближньому інфрачервоному діапазонах довжин хвиль (від 0,3 до 2,5 мікрометрів).
Для спостережень астрономи використовували спектрометр ближнього інфрачервоного інтегрального поля (NIFS) на телескопі Gemini North на Гаваях. Додаткові архівні дані для дослідження були отримані з Центру інфрачервоних телескопів НАСА на Гаваях і космічного телескопа НАСА/ЄКА "Хаббл".
Особливо корисним виявився прилад NIFS. Він надав спектри для кожної точки у своєму полі зору.
Спектри - це вимірювання яскравості об'єкта на різних довжинах хвиль. Ці дані показали дослідникам, наскільки відбивними є атмосфери обох планет.
За словами Мартіна Стілла, керівника програми "Джеміні" в Національному науковому фонді:
Обсерваторії Gemini продовжують давати нові знання про природу наших сусідів по планеті. У цьому експерименті Gemini North забезпечив компонент у наборі наземних і космічних установок, критично важливих для виявлення і характеристики атмосферної димки.
Пояснення темних плям Нептуна
Колір Урана і Нептуна - не єдина загадка, яку пояснює нова дослідницька модель.
На Нептуні є добре відомі темні плями - шторми - в його атмосфері, аналогічні до червоних і коричневих плям в атмосфері Юпітера.
Вони присутні і на Урані, але трапляються рідше. Чому?
Результати досліджень показують, що частіші плями на Нептуні можна пояснити потемнінням найглибшого аерозольного шару. Цей шар складається з суміші сірководневого льоду і частинок, що утворюються під час взаємодії атмосфер планет із сонячним світлом.
Джерело: scitechdaily.com
