Новое открытие показывает, почему Уран и Нептун разного цвета

928

Теперь астрономы могут понять, почему похожие планеты Уран и Нептун имеют разные оттенки. Исследователи построили единую модель атмосферы, которая соответствует наблюдениям за обеими планетами, используя наблюдения телескопа Gemini North, инфракрасного телескопа НАСА и космического телескопа Хаббл. Модель показывает, что избыточная дымка на Уране накапливается в застойной, вялой атмосфере планеты, придавая ему более светлый оттенок, чем у Нептуна.

Планеты Нептун и Уран имеют много общего — у них схожие массы, размеры и состав атмосферы — но их внешний вид заметно различается.

В видимом диапазоне длин волн Нептун имеет отчетливо более синий цвет, тогда как Уран имеет бледный оттенок голубого. Теперь у астрономов есть объяснение, почему две планеты имеют разный цвет.

Новое исследование предполагает, что слой концентрированной дымки, существующий на обеих планетах, на Уране толще, чем аналогичный слой на Нептуне, и «отбеливает» внешний вид Урана больше, чем Нептуна. [1] Если бы в атмосферах Нептуна и Урана не было дымки , они оба казались бы почти одинаково голубыми. [2]

Этот вывод следует из модели [3] , разработанной международной группой под руководством Патрика Ирвина, профессора планетарной физики Оксфордского университета, для описания аэрозольных слоев в атмосферах Нептуна и Урана. [4]

Предыдущие исследования верхних атмосфер этих планет были сосредоточены на появлении атмосферы только на определенных длинах волн. Однако эта новая модель, состоящая из нескольких атмосферных слоев, соответствует наблюдениям с обеих планет в широком диапазоне длин волн. Новая модель также включает частицы дымки в более глубоких слоях, которые ранее считались содержащими только облака метана и сероводородных льдов.

«Это первая модель, которая одновременно соответствует наблюдениям за отраженным солнечным светом от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного диапазона», — говорят ученые. «Это также первое объяснение разницы в видимых цветах между Ураном и Нептуном».

Модель состоит из трех слоев аэрозолей на разной высоте. [5] Ключевым слоем, влияющим на цвета, является средний слой, представляющий собой слой частиц дымки (называемый в статье слоем Aerosol-2), который на Уране толще, чем на Нептуне.

Ученые подозревают, что на обеих планетах метановый лед конденсируется на частицах в этом слое, затягивая частицы глубже в атмосферу в виде дождя из метанового снега. Поскольку у Нептуна более активная и турбулентная атмосфера, чем у Урана, ученые считают, что атмосфера Нептуна более эффективно взбивает частицы метана в слой дымки и производит этот снег. Это удаляет больше дымки и делает слой дымки на Нептуне тоньше, чем на Уране, а это означает, что синий цвет Нептуна выглядит насыщенней.

«Мы надеялись, что разработка этой модели поможет нам понять облака и дымку в атмосферах ледяных гигантов», — говорят исследователи. «Объяснение разницы в цвете между Ураном и Нептуном было неожиданным бонусом!»

Чтобы создать эту модель, ученые проанализировали ряд наблюдений планет, охватывающих ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны волн (от 0,3 до 2,5 микрометров), сделанных с помощью спектрометра интегрального поля ближнего инфракрасного диапазона (NIFS) на телескопе Gemini North на Гавайях.

На этом рисунке показаны три слоя аэрозолей в атмосферах Урана и Нептуна
На этом рисунке показаны три слоя аэрозолей в атмосферах Урана и Нептуна, смоделированные группой ученых под руководством Патрика Ирвина. Шкала высоты на диаграмме соответствует давлению выше 10 бар.

Инструмент NIFS на Gemini North был особенно важен для этого результата, поскольку он может предоставлять спектры — измерения того, насколько ярким является объект на разных длинах волн — для каждой точки в его поле зрения. Это дало подробные измерения того, насколько отражательна атмосфера обеих планет как по всему диску планеты, так и по диапазону длин волн ближнего инфракрасного диапазона.

Модель также помогает объяснить темные пятна, которые иногда видны на Нептуне и реже обнаруживаются на Уране.

Хотя астрономы уже знали о наличии темных пятен в атмосферах обеих планет, они не знали, какой аэрозольный слой вызывает эти темные пятна или почему аэрозоли в этих слоях обладают меньшей отражательной способностью.

Исследование группы проливает свет на эти вопросы, показывая, что затемнение самого глубокого слоя их модели приведет к образованию темных пятен, подобных тем, что видны на Нептуне и, возможно, на Уране.

Заметки

  1. Этот эффект отбеливания похож на то, как облака в атмосферах экзопланет тускнеют или «сглаживают» детали в спектрах экзопланет.
  2. Красные цвета рассеянного от дымки солнечного света и молекулы воздуха больше поглощаются молекулами метана в атмосфере планет. Этот процесс, называемый рассеянием Рэлея, делает небо на Земле голубым (хотя в земной атмосфере солнечный свет в основном рассеивается молекулами азота, а не молекулами водорода). Рэлеевское рассеяние происходит преимущественно на более коротких и голубых длинах волн.
  3. Аэрозоль представляет собой взвесь мелких капель или частиц в газе. Общие примеры на Земле включают дымку, сажу, дым и туман. На Нептуне и Уране частицы, произведенные солнечным светом при взаимодействии с элементами атмосферы (фотохимические реакции), ответственны за аэрозольные туманы в атмосферах этих планет.
  4. Научная модель — это вычислительный инструмент, используемый учеными для проверки предсказаний о явлениях, которые было бы невозможно сделать в реальном мире.
  5. Самый глубокий слой (называемый в статье слоем Aerosol-1) толстый и состоит из смеси сероводородного льда и частиц, образующихся при взаимодействии атмосфер планет с солнечным светом. Верхний слой представляет собой расширенный слой дымки (слой Aerosol-3), похожий на средний слой, но более тонкий. На Нептуне над этим слоем также образуются крупные частицы метанового льда.
Смотрите также:
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии