Nowe zdjęcia pokazują, jak naprawdę wyglądają Neptun i Uran

Pokazują to najnowsze badania prowadzone pod kierunkiem profesora Patricka Irwina Neptun I Uran Obydwa mają podobne zielono-niebieskie odcienie, co stanowi wyzwanie dla wcześniejszego postrzegania ich kolorów. W badaniu wykorzystano dane współczesnego teleskopu, aby skorygować historyczne błędy kolorów i wyjaśnić niewielkie zmiany kolorów na orbicie Urana.

Neptun lubi być nasycony błękitem, a Uran zielenią, ale nowe badania wykazały, że oba lodowe olbrzymy mają znacznie bliższy kolor, niż się powszechnie uważa.

Dokładne cienie planet zostały potwierdzone przy pomocy badań prowadzonych pod kierunkiem profesora Patricka Irvine'a. Uniwersytet OksfordzkiZostało ono opublikowane dzisiaj w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Chociaż powszechnie uważa się, że Neptun jest ciemnoniebieski, a Uran ma bladocyjanowy wygląd, on i jego zespół odkryli, że oba światy mają w rzeczywistości podobny odcień zielonkawo-niebieskiego.

Obrazy Urana i Neptuna wykonane przez Voyager 2/ISS, uzyskane po przelotach Voyagera 2 odpowiednio w 1986 i 1989 r., w porównaniu z ponownym przetworzeniem oddzielnych obrazów filtrów w tym badaniu, umożliwiły lepsze oszacowanie prawdziwych kolorów tych planet. Źródło: Patrick Irwin

Błędne wyobrażenia o kolorach planet

Astronomowie od dawna wiedzą, że większość współczesnych zdjęć obu planet nie odzwierciedla dokładnie ich prawdziwych kolorów.

W XX wieku błędne przekonanie pojawiło się po zrobieniu zdjęć obu planet – w tym NASAMisja Voyager 2, jedyny statek kosmiczny, który przeleciał obok tych światów, zarejestrowała obrazy w dyskretnych kolorach.

Jednokolorowe obrazy zostały następnie ponownie połączone, aby utworzyć obrazy o mieszanych kolorach, które nie zawsze były precyzyjnie zrównoważone w celu uzyskania „prawdziwie” kolorowego obrazu i – szczególnie w przypadku Neptuna – często były „zbyt niebieskie”.

Uran widziany przez HST/WFC3 w latach 2015–2022. Podczas tej sekwencji jasnozielony Biegun Północny opada w stronę Słońca i Ziemi. Na tych zdjęciach linie równika i szerokości geograficznej zaznaczono na 35N i 35S. Źródło: Patrick Irwin

Ponadto wczesne zdjęcia Neptuna wykonane przez Voyagera 2 zostały znacznie wzmocnione kontrastem, aby lepiej ukazać chmury, pasma i wiatry, które kształtują nasz współczesny obraz Neptuna.

Profesor Irwin powiedział: „Podczas gdy znane zdjęcia Urana z sondy Voyager 2 zostały wyemitowane w formie zbliżonej do «prawdziwych» kolorów, obrazy Neptuna zostały w rzeczywistości rozciągnięte i wzmocnione, a zatem sztucznie znacznie bardziej niebieskie”.

„Chociaż w tamtym czasie planetolodzy znali sztucznie nasycony kolor – opublikowano zdjęcia z objaśniającymi je podpisami – z biegiem czasu rozróżnienie to zanikło”.

„Dzięki zastosowaniu naszego modelu do oryginalnych danych byliśmy w stanie odtworzyć bardzo dokładne odwzorowanie koloru Neptuna i Urana”.

Wyjaśnianie prawdziwych kolorów dzięki nowoczesnym badaniom

W nowym badaniu naukowcy wykorzystali te dane Kosmiczny teleskop HubbleSpektrograf obrazowy teleskopu kosmicznego (STIS) i wielojednostkowy eksplorator spektroskopowy (Muza) w Europejskim Obserwatorium Południowym Bardzo duży teleskop. W obu instrumentach każdy piksel jest widmem ciągłym.

Oznacza to, że obserwacje STIS i MUSE można jednoznacznie przetworzyć w celu określenia prawdziwego pozornego koloru Urana i Neptuna.

Naukowcy wykorzystali te dane do ponownego zrównoważenia złożonych kolorowych obrazów zarejestrowanych przez kamerę Voyager 2 i kamerę szerokokątną 3 (WFC3) Kosmicznego Teleskopu Hubble'a.

To ujawniło, że Uran i Neptun mają w rzeczywistości podobne odcienie zielonkawo-niebieskiego. Główna różnica polega na tym, że Neptun ma lekką nutę błękitu, co, jak pokazuje model, wynika z cienkiej warstwy mgły planety.

Animacja zmian sezonowych na Uranie w ciągu dwóch lat uranowych (jeden rok uranowy to 84,02 lat ziemskich) trwa od 1900 do 2068 roku i rozpoczyna się tuż przed południowym przesileniem letnim, kiedy południowy biegun Urana jest skierowany niemal bezpośrednio w stronę Słońca.
Lewy dysk pokazuje wygląd Urana gołym okiem, podczas gdy prawy dysk został udoskonalony, aby cechy atmosferyczne były wyraźniejsze. Na tej animacji obrót Urana został zmniejszony ponad 3000 razy, dzięki czemu można zobaczyć rotację planety, a poszczególne chmury burzowe poruszają się po dysku planety.
Gdy planeta zbliża się do przesilenia, można zobaczyć blady polarny „kaptur” nieprzezroczystości chmur i zmniejszającej się zawartości metanu wypełniający większą część dysku planety, co prowadzi do sezonowych zmian w ogólnym kolorze planety.
Zmiana rozmiaru dysku Urana jest spowodowana zmianą odległości Urana od Słońca podczas jego orbity.
Źródło: Patrick Irwin, Uniwersytet Oksfordzki

Wyjaśnienie różnic kolorystycznych Urana

Badanie odpowiada również na długoletnią zagadkę, dlaczego kolor Urana zmienia się tak mało podczas jego 84-letniej orbity wokół Słońca.

Autorzy doszli do swoich wniosków po pierwszym porównaniu zdjęć lodowego giganta z pomiarami jego jasności zarejestrowanymi przez Obserwatorium Lowella w Arizonie w latach 1950–2016 w zakresie długości fali niebieskiej i zielonej.

Pomiary te pokazują, że Uran wydaje się nieco bardziej zielony podczas przesileń (tj. latem i zimą), kiedy jeden z biegunów planety jest skierowany w stronę naszej gwiazdy. Jednak podczas równonocy – kiedy Słońce znajduje się nad równikiem – ma nieco bardziej niebieski odcień.

Wiadomo było, że jest to spowodowane faktem, że Uran ma bardzo nietypowy cykl.

Podczas swojej orbity skutecznie obraca się na boku, co oznacza, że ​​podczas przesileń planety jej biegun północny lub południowy jest skierowany niemal bezpośrednio w stronę Słońca i Ziemi.

Jest to ważne, ponieważ wszelkie zmiany w współczynniku odbicia obszarów polarnych mogą mieć duży wpływ na ogólną jasność Urana widzianego z naszej planety.

Astronomowie nie są pewni, w jaki sposób i dlaczego to odbicie się zmienia.

To skłoniło badaczy do opracowania modelu porównującego widma obszarów polarnych Urana z widmami jego obszarów równikowych.

Odkryto, że obszary polarne mają wyższy współczynnik odbicia w zakresie fal zielonych i czerwonych niż w przypadku fal niebieskich, ponieważ metan pochłaniający czerwień jest o połowę mniej obfity w pobliżu biegunów niż w pobliżu równika.

To jednak nie wystarczyło, aby w pełni wyjaśnić zmianę koloru, dlatego badacze dodali do modelu nową zmienną w postaci „kapturu” stopniowo gęstniejącej mgły, obserwowanego wcześniej latem, kiedy promienie słoneczne padały na planetę polarną . Przejście od równonocy do przesilenia.

Astronomowie uważają, że składa się z cząstek lodu metanowego.

Symulowane w modelu cząsteczki lodu dodatkowo zwiększyły współczynnik odbicia na biegunach w zakresie fal zielonych i czerwonych, co wyjaśnia, dlaczego Uran jest zielony podczas przesilenia.

Profesor Irvine powiedział: „To pierwsze badanie, w którym porównano model ilościowy z danymi obrazowymi, aby wyjaśnić, dlaczego kolor Urana zmienia się podczas jego orbity”.

„W ten sposób wykazaliśmy, że Uran jest bardziej ekologiczny w czasie przesilenia ze względu na zmniejszoną obfitość metanu w obszarach polarnych i pogrubienie rozpraszających światło cząstek lodu metanowego”.

Doktor Heidi Hammel ze Stowarzyszenia Uniwersytetów Badań Astronomicznych (AURA), która od dziesięcioleci bada Neptuna i Urana, ale nie była zaangażowana w badania, powiedziała: „Nieporozumienia dotyczące koloru Neptuna i niezwykłych zmian koloru Urana zwiodły nas To kompleksowe badanie powinno ostatecznie położyć kres obydwóm problemom.

Przyszłe badania i badania uzupełniające

Lodowe olbrzymy Uran i Neptun to ekscytujące miejsce dla przyszłych robotycznych odkrywców, którzy mogą wykorzystać dziedzictwo Voyagera z lat 80. XX wieku.

Profesor Lee Fletcher, planetolog z Uniwersytetu w Leicester i współautor nowego badania, powiedział: „Misja zbadania układu Urana – od jego szczególnej sezonowej atmosfery po różnorodne pierścienie i księżyce – jest dla nas wysokim priorytetem. agencji kosmicznych w nadchodzących dziesięcioleciach.”

Jednak nawet długo żyjący badacze planet na orbicie wokół Urana uchwycą jedynie małą migawkę roku uranowego.

„Badania naziemne takie jak te, które pokazują, jak wygląd i kolor Urana zmieniały się na przestrzeni dziesięcioleci w odpowiedzi na różne pory roku w Układzie Słonecznym, będą niezbędne do umieszczenia ustaleń przyszłej misji w szerszym kontekście” dodał profesor Fletcher.

Odniesienie: „Modelowanie sezonowego cyklu koloru i rozmiaru Urana i porównywanie go z Neptunem” Patrick GJ Irwin, Jack Dobinson, Arjuna James, Nicholas A Deanby, Amy A Simon, Lee N Fletcher, Michael T Roman, Glenn S Orton, Michael H. Wong, Daniel Toledo, Santiago Perez-Hoyos i Julie Peck, 12 września 2023 r., Miesięczne powiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego.
DOI: 10.1093/mnras/stad3761