Главная Новости Астрономы объяснили различия в цвете атмосферы между Нептуном и Ураном

Астрономы объяснили различия в цвете атмосферы между Нептуном и Ураном

Мы считаем Уран и Нептун похожими мирами, расположенными далеко за орбитой Юпитера. Оба они являются ледяными гигантами, схожи по размеру и массе.

У них почти одинаковый состав атмосферы. Но на астрономических изображениях они отличаются по цвету.

Нептун имеет более насыщенный синий цвет, тогда как Уран выглядит бледнее и с голубым оттенком. Ученые долгое время недоумевали... почему такая разница? И вот 31 мая 2022 года международная группа исследователей предложила простое объяснение: дымка.

Астрономы опубликовали свои выводы в рецензируемом журнале JGR Planets 23 мая 2022 года. Бесплатная версия препринта также доступна на сайте arXiv, передает Альтернативная наука.

Уран и Нептун: почти близнецы

Легко представить Уран и Нептун как близнецов или, по крайней мере, кровных братьев. Они почти одинакового размера, причем Нептун лишь немного меньше. С другой стороны, Уран немного менее массивный, чем Нептун.

Атмосфера Урана состоит в основном из водорода и гелия, но также содержит "льды" из аммиака и метана. Эти льды также составляют мантию планеты, которая окружает каменистое внутреннее ядро.

Атмосфера Нептуна — это также водород и гелий. В ней есть аналогичные льды. И снова, как и у Урана, внутреннее ядро соткано из льда и камня.

Нептун, ледяная планета Солнечной системы

Именно лед и скалы Урана и Нептуна отличают их от Юпитера и Сатурна. Добавим еще размеры и массы. Уран и Нептун - ледяные, а не газовые планеты.

Впрочем, у Урана и Нептуна есть свои различия. Например, Уран не вращается вокруг оси, которая лежит почти перпендикулярно плоскости его орбиты.

Кроме того, спутники гиганта находятся на стабильных орбитах, которые выровнены с наклоном планеты. Самая большая луна Нептуна, Тритон, обращается вокруг планеты по очень наклонной орбите.

Тогда вопрос: почему такая разница в цвете? Почему Нептун имеет более яркий голубой цвет, а Уран - более бледный?

Все дело в дымке

Обе планеты имеют аэрозольную дымку в верхних слоях атмосферы. Однако на Уране ее избыток, который накапливается в вялотекущей атмосфере. Из-за этой дымки атмосфера имеет более светлый тон, чем атмосфера Нептуна.

В новом исследовании изучались многочисленные слои атмосфер обеих планет в широком диапазоне длин волн. Как пояснил ведущий автор исследования Патрик Ирвин, профессор планетарной физики Оксфордского университета:

"Это первая модель, которая одновременно соответствует наблюдениям отраженного солнечного света от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного диапазона длин волн".

Три слоя

В новой модели исследования существует три слоя взвеси мелких капель или частиц в газе на разной высоте. Именно средний слой влияет на цвет атмосферы. На Уране он просто толще.

В этих слоях метановый лед конденсируется, получаетс своего рода "метановый снег".

Tomtop WW

Как описано в статье:

«Мы предполагаем, что метан так быстро конденсируется на этих частицах дымки, что он эффективно "выпадает снегом" у основания этого слоя, а падая на более низкие, теплые уровни, где метан испаряется, высвобождает частицы дымки, чтобы "посеять" конденсацию сероводорода».

Атмосфера Нептуна более активна и динамична, чем атмосфера Урана, поэтому она лучше взбивает частицы и создает снег. При этом он разбавляет слой дымки и делает его тоньше. Поэтому, благодаря меньшей дымке, атмосфера Нептуна кажется более голубой.

Майк Вонг, астроном из Калифорнийского университета в Беркли, прокомментировал результаты исследования:

Мы надеялись, что разработка этой модели поможет нам понять облака и дымку в атмосферах ледяных гигантов".

То есть объяснение разницы в цвете между Ураном и Нептуном стало неожиданным бонусом!

Наблюдения Урана и Нептуна в различных длинах волн

Обе планеты наблюдались в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазонах длин волн (от 0,3 до 2,5 микрометров).

Для наблюдений астрономы использовали спектрометр ближнего инфракрасного интегрального поля (NIFS) на телескопе Gemini North на Гавайях. Дополнительные архивные данные для исследования были получены из Центра инфракрасных телескопов НАСА на Гавайях и космического телескопа НАСА/ЕКА "Хаббл".

 

Особенно полезным оказался прибор NIFS. Он предоставил спектры для каждой точки в своем поле зрения.

Спектры - это измерения яркости объекта на разных длинах волн. Эти данные показали исследователям, насколько отражающими являются атмосферы обеих планет.

По словам Мартина Стилла, руководителя программы "Джемини" в Национальном научном фонде:

Обсерватории Gemini продолжают давать новые знания о природе наших соседей по планете. В этом эксперименте Gemini North обеспечил компонент в наборе наземных и космических установок, критически важных для обнаружения и характеристики атмосферной дымки.

Объяснение темных пятен Нептуна

Цвет Урана и Нептуна - не единственная загадка, которую объясняет новая исследовательская модель.

На Нептуне есть хорошо известные темные пятна - штормы - в его атмосфере, аналогичные красным и коричневым пятнам в атмосфере Юпитера.

Они присутствуют и на Уране, но встречаются реже. Почему?

Результаты исследований показывают, что более частые пятна на Нептуне можно объяснить потемнением самого глубокого аэрозольного слоя. Этот слой состоит из смеси сероводородного льда и частиц, образующихся при взаимодействии атмосфер планет с солнечным светом.