Dlaczego Uran jest „bledszy” od Neptuna?

Uran i Neptun, dwie najbardziej zewnętrzne planety naszego Układu Słonecznego, to lodowe olbrzymy – zimne światy o podobnym składzie chemicznym. Nie różnią się również znacznie pod względem wielkości i masy, Uran ma masę około 15 razy większą od Ziemi, podczas gdy Neptun 17 razy. Obie planety są około 4 razy większe od naszej (tutaj z delikatną przewagą Urana). Oba światy są niebieskie, ponieważ w ich atmosferach występuje metan, który pochłania kolor czerwony ze światła słonecznego.

Jednak pierwszy z nich jest bladobłękitny, błękit drugiego wygląda na znacznie „głębszy”. Skąd ta różnica? To dosyć błache, ale intrygujące pytanie. Co więcej, według dotychczasowej wiedzy powinno być odwrotnie (metan stanowi 2,3% masy atmosfery Urana w porównaniu z ok. 1% na Neptunie). Wygląda na to, że wreszcie mamy rozwiązanie zagadki.

Niedawne obserwacje ujawniają, że Uran jest „bledszy” od Neptuna z powodu…nadmiernego zamglenia, a ciemne plamy pojawiające się na obu planetach, są spowodowane właściwościami głębszej warstwy chmur. Korzystając z obserwacji za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, NASA Infrared Telescope Facility i teleskopu Gemini North, naukowcy opracowali jeden model atmosfery, który pasuje do obserwacji obu planet. Model pokazuje, że „nadwyżka” mgły na Uranie gromadzi się w zastałej, powolnej atmosferze planety i sprawia, że ​​ta wydaje się być jaśniejsza niż w przypadku atmosfery Neptuna. Model ujawnia również obecność drugiej, głębszej warstwy, która po zaciemnieniu może odpowiadać za ciemne plamy w tych atmosferach, takie jak słynna Wielka Ciemna Plama (GDS) obserwowana przez sondę Voyager 2 w 1989 roku.

Nowe badania sugerują, że warstwa skoncentrowanej mgły, która istnieje na obu planetach, jest grubsza na Uranie niż podobna warstwa na Neptunie i „wybiela” wygląd Urana. Gdyby nie istnienie tej „mgiełki” w atmosferach Neptuna i Urana, oba wyglądałyby na prawie równie niebieskie (z bardziej nasyconym błękitem niż obecny Neptun). Ten wniosek pochodzi z modelu opracowanego przez międzynarodowy zespół pod kierownictwem Patricka Irwina, profesora fizyki planetarnej na Uniwersytecie Oksfordzkim, powołany w celu opisania warstw w atmosferach Neptuna i Urana. Wcześniejsze badania górnych atmosfer tych planet koncentrowały się na wyglądzie atmosfer tylko przy określonych długościach fal. Nowy model, składający się z wielu warstw atmosferycznych, pasuje do obserwacji z obu planet jednocześnie w szerokim zakresie długości fal. Obejmuje również cząstki mgły w głębszych warstwach, które wcześniej uważano za zawierające tylko chmury lodu metanu i siarkowodoru.

To pierwszy model, który jednocześnie pasuje do obserwacji odbitego od obu planet światła słonecznego w zakresie od ultrafioletu do bliskiej podczerwieni – wyjaśnia profesor Irwin, główny autor artykułu opublikowanego w Journal of Geophysical Research: Planets. Jest to również pierwszy, który wyjaśnia różnicę w widocznym kolorze między Uranem a Neptunem.

Model zespołu składa się z trzech warstw aerozoli na różnych wysokościach. Kluczową warstwą, mającą wpływ na kolory, jest warstwa środkowa, czyli warstwa cząstek mgły (nazywana w artykule warstwą Aerosol-2), która jest grubsza na Uranie niż na Neptunie. Zespół podejrzewa, że ​​na obu planetach lód metanowy kondensuje się na cząsteczkach w tej warstwie, wciągając cząsteczki głębiej w atmosferę w postaci metanowego śniegu. Ponieważ Neptun ma bardziej aktywną (z najszybszymi wiatrami w Układzie Słonecznym), turbulentną atmosferę niż Uran, zespół uważa, że ​​atmosfera Neptuna jest bardziej wydajna w ubijaniu cząstek metanu i wytwarzaniu śniegu. Usuwa to więcej mgły i sprawia, że ​​warstwa mgły Neptuna jest cieńsza niż na Uranie, dzięki czemu Neptun jest bardziej niebieski niż Uran.

Mieliśmy nadzieję, że opracowanie tego modelu pomoże nam zrozumieć chmury i mgły w atmosferach lodowych olbrzymów – komentuje Mike Wong, astronom z University of California w Berkeley i członek zespołu. Wyjaśnienie różnicy w kolorze między Uranem a Neptunem było nieoczekiwanym bonusem!

Model pomaga również wyjaśnić ciemne plamy, które są czasami widoczne na Neptunie i bardziej sporadycznie na Uranie. Chociaż astronomowie byli już świadomi obecności ciemnych plam w atmosferach obu planet, nie wiedzieli, która warstwa powoduje ich powstawanie. Badania zespołu rzucają światło również na to pytanie, pokazując, że ciemnienie cząstek w najgłębszej warstwie ich modelu spowodowałoby powstawanie ciemnych plam bardzo podobnych do tych obserwowanych na Neptunie i czasami na Uranie.

1. https://solarsystem.nasa.gov/different-colors/
2. https://www.space.com/uranus-haze-neptune-layers-different-colors
3. https://www.nytimes.com/neptune-uranus-blue.html