Dlaczego Uran i Neptun mają różne kolory? Dzięki obserwacjom z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, a także teleskopu Gemini North oraz NASA Infrared Telescope Facility, naukowcy opracowali jeden model atmosfery, który pasuje do obserwacji obu planet. Model ten ujawnia, że nadmiar zamglenia na Uranie gromadzi się w zastygłej atmosferze planety i sprawia, że wydaje się ona jaśniejsza niż Neptun.

Neptun i Uran mają wiele wspólnego – mają podobne masy, rozmiary i skład atmosfery – jednak ich wygląd znacznie się różni. W zakresie fal widzialnych Neptun ma głęboki lazurowy odcień, podczas gdy Uran jest wyraźnie bladym odcieniem cyjanu. Astronomowie znaleźli wyjaśnienie, co do tej różnicy prowadzi.

Po lewej zdjęcie Urana wykonane przez Hubble’a 25 października 2021, po prawej zdjęcie Neptuna wykonane przez Hubble’a 7 września 2021.

Nowe badania sugerują, że warstwa skoncentrowanego zamglenia, która jest obecna na obu planetach, jest grubsza na Uranie niż na Neptunie i dlatego “wybiela” wygląd Urana bardziej niż Neptuna. Gdyby w atmosferach Neptuna i Urana nie było zamglenia, obie planety wydawałyby się prawie tak samo niebieskie, co wynika z ich skałdu chemicznego.

Wniosek ten wynika z modelu, który międzynarodowy zespół pod kierownictwem Patricka Irwina, profesora fizyki planetarnej na Uniwersytecie Oksfordzkim, opracował w celu opisania warstw aerozolu w atmosferach Neptuna i Urana. Poprzednie badania górnych warstw atmosfery tych planet koncentrowały się na wyglądzie atmosfery tylko przy określonych długościach fal. Jednak nowy model składa się z wielu warstw atmosfery i odpowiada obserwacjom z obu planet w szerokim zakresie długości fal. Nowy model uwzględnia również cząsteczki zamglenia w głębszych warstwach, o których wcześniej sądzono, że zawierają jedynie chmury metanu i siarkowodoru.

“Jest to pierwszy model, który pasuje zarówno do obserwacji ultrafioletu, światła widzialnego oraz bliskiej podczerwieni. Jest to również pierwszy model, który wyjaśnia różnicę w kolorze widzialnym pomiędzy Uranem a Neptunem”

— wyjaśnia Irwin, głowny autor pracy z Journal of Geophysical Research: Planets

Model opracowany przez zespół składa się z trzech warstw aerozoli na różnych wysokościach. Kluczową warstwą, która wpływa na obserwowany przez nas kolor, jest warstwa środkowa, określana roboczo jako warstwa Aerosol-2, która jest grubsza na Uranie niż na Neptunie. Zespół badaczy podejrzewa, że na obu planetach lód metanowy skrapla się na cząsteczkach tej warstwy, wciągając je głębiej w atmosferę w postaci deszczu metanowego śniegu. Ponieważ Neptun ma bardziej aktywną, burzliwą atmosferę niż Uran, zespół uważa, że atmosfera Neptuna jest bardziej wydajna w unoszeniu cząsteczek metanu do warstwy Aerosol-2 i produkowaniu śniegu. Dzięki temu usuwana jest większa część zamglenia i warstwa zamglenia na Neptunie jest cieńsza niż na Uranie, co sprawia, że niebieski kolor Neptuna jest mocniejszy.

“Mieliśmy nadzieję, że opracowanie tego modelu pomoże nam zrozumieć chmury i zamglenia w atmosferach lodowych olbrzymów, wyjaśnienie różnicy w kolorze pomiędzy Uranem i Neptunem było nieoczekiwanym bonusem!”

— skomentował Mike Wong, członek zespołu

Aby stworzyć swój model, zespół przeanalizował archiwalne dane obejmujące kilka lat, pochodzące z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a NASA/ESA. Dane spektrograficzne uzyskano za pomocą spektrografu STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) Teleskopu Hubble’a, obejmującego szeroki zakres długości fal od ultrafioletu przez światło widzialne i podczerwień (0,3-1,0 mikrometrów). Uzupełnieniem były dane z teleskopów naziemnych: zestaw nowych obserwacji z teleskopu Gemini North oraz dane archiwalne z NASA Infrared Telescope Facility, oba zlokalizowane na Hawajach.

Autor

Szymon Ryszkowski

Redaktor Naczelny Portalu Astronomicznego AstroNET, członek zarządu Klubu Astronomicznego Almukantarat. Autor gry planszowej Solar System Voyager.