Nowe zdjęcia pokazują, jak naprawdę wyglądają Neptun i Uran

Pokazują to ostatnie badania profesora Patricka Irwina Neptun I Uran Obydwa mają podobny odcień turkusu, co stanowi wyzwanie dla wcześniejszego postrzegania ich kolorów. W badaniu wykorzystano współczesne dane teleskopowe, aby skorygować historyczne błędy w kolorach i wyjaśnić subtelne zmiany kolorów Urana powyżej jego orbity.

Neptun słynie z bogatego niebieskiego koloru i zieleni Urana, ale nowe badania wykazały, że oba lodowe olbrzymy mają w rzeczywistości znacznie bliższy kolor, niż zwykle sądzono.

Prawidłowe cienie planet zostały potwierdzone przy pomocy badań przeprowadzonych przez profesora Patricka Irwina z Uniwersytetu Kalifornijskiego Oxford Universityktóry został opublikowany dzisiaj w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

On i jego zespół odkryli, że oba światy w rzeczywistości mają podobny odcień zielonkawo-niebieskiego, pomimo powszechnego przekonania, że ​​Neptun jest ciemnoniebieski, a Uran ma bladocyjanowy wygląd.

Obrazy Urana i Neptuna z Voyagera 2/ISS opublikowane wkrótce po przelotach Voyagera 2 odpowiednio w 1986 i 1989 r. porównano z ponownym przetwarzaniem poszczególnych kandydatów w ramach tego badania, aby określić najlepsze oszacowanie prawdziwych kolorów tych planet. Źródło: Patrick Irwin

Błędne wyobrażenie o kolorach planet

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

To błędne przekonanie powstało w wyniku zdjęć obu planet wykonanych w XX wieku, w tym przez… NASAMisja Voyager 2, jedyny statek kosmiczny, który przeleciał przez te światy – zdjęcia zapisane w odrębnych kolorach.

Obrazy monochromatyczne były później łączone w celu uzyskania złożonych obrazów kolorowych, które nie zawsze były precyzyjnie zrównoważone w celu uzyskania „prawdziwie” kolorowego obrazu i często były „zbyt niebieskie” – szczególnie w przypadku Neptuna.

Uran widziany przez HST/WFC3 w latach 2015–2022. Podczas tej sekwencji jasnozielony Biegun Północny odchyla się w stronę Słońca i Ziemi. Na tych zdjęciach równik i szerokość geograficzna są zaznaczone na 35 północy i 35 południu. Źródło: Patrick Irwin

Ponadto kontrast wczesnych zdjęć Neptuna z Voyagera 2 został znacznie poprawiony, aby lepiej ukazać chmury, pasma i wiatry, które składają się na nasz współczesny obraz Neptuna.

Profesor Irwin powiedział: „Chociaż znane zdjęcia Urana z sondy Voyager 2 zostały opublikowane w formie bliższej „prawdziwym” kolorom, obrazy Neptuna zostały w rzeczywistości rozciągnięte i wzmocnione, a przez to sztucznie przesunięte w stronę błękitu”.

„Chociaż planetolodzy znali wówczas sztucznie nasycony kolor – a zdjęcia zostały opublikowane z objaśniającymi podpisami – to rozróżnienie z czasem zanikło”.

„Dzięki zastosowaniu naszego modelu do oryginalnych danych byliśmy w stanie zrekonstruować najdokładniejsze jak dotąd odwzorowanie koloru Neptuna i Urana”.

Wyjaśnienie prawdziwych kolorów poprzez nowoczesne badania

W nowym badaniu naukowcy wykorzystali dane z Kosmiczny teleskop HubbleUrządzenie do spektrografu teleskopu kosmicznego (STIS) i wielojednostkowy eksplorator spektrografu (kontemplacja) w Europejskim Obserwatorium Południowym Bardzo duży teleskop. W obu urządzeniach każdy piksel to ciągłe spektrum kolorów.

Oznacza to, że obserwacje STIS i MUSE mogą być przetwarzane jednoznacznie w celu określenia prawdziwego pozornego koloru Urana i Neptuna.

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

To ujawniło, że Uran i Neptun mają w rzeczywistości nieco podobne odcienie turkusu. Główna różnica polega na tym, że Neptun ma lekką nutę dodatkowego błękitu, co, jak pokazuje model, jest spowodowane cieńszą warstwą mgły na tej planecie.

Animacja sezonowych zmian kolorów Urana w ciągu dwóch lat uranowych (jeden rok uranowy odpowiada 84,02 latom ziemskim), trwających od 1900 do 2068 i rozpoczynających się tuż przed południowym przesileniem letnim, kiedy południowy biegun Urana jest skierowany prawie bezpośrednio w stronę Słońca.
Lewy dysk pokazuje Urana widocznego gołym okiem, natomiast kolor prawego dysku został powiększony i wzmocniony, aby cechy atmosferyczne były bardziej wyraźne. Na tej animacji rotacja Urana została spowolniona ponad 3000 razy, dzięki czemu można zobaczyć rotację planety oraz oddzielne chmury burzowe przechodzące przez dysk planety.
Gdy planeta zbliża się do przesilenia, można zobaczyć bladą polarną „czapę” o rosnącym zmętnieniu chmur i zmniejszonej zawartości metanu, wypełniającą większą część dysku planety, co prowadzi do sezonowych zmian w ogólnym kolorze planety.
Zmieniający się rozmiar dysku Urana wynika ze zmieniającej się odległości Urana od Słońca podczas jego orbity.
Źródło: Patrick Irwin, Uniwersytet Oksfordzki

Wyjaśnij różnice w kolorach Urana

Badanie dostarcza również odpowiedzi na od dawna zagadkę, dlaczego Uran nieznacznie zmienia kolor podczas swojej 84-letniej orbity wokół Słońca.

Naukowcy doszli do takiego wniosku po pierwszym porównaniu zdjęć lodowego giganta z pomiarami jego jasności zarejestrowanymi przez Obserwatorium Lowell w Arizonie w latach 1950–2016 w zakresie długości fali niebieskiej i zielonej.

Pomiary te wykazały, że Uran wydaje się nieco bardziej zielony w czasie 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 – jego kolor jest nieco bardziej niebieski.

Jednym z powodów jest to, że Uran ma bardzo nietypową rotację.

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

Jest to ważne, twierdzą naukowcy, ponieważ wszelkie zmiany we współczynniku odbicia obszarów polarnych będą miały znaczący wpływ na ogólną jasność Urana widzianego z naszej planety.

Astronomowie nie byli mniej pewni, w jaki sposób i dlaczego to odbicie się różni.

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

Odkryła, że ​​obszary polarne lepiej odbijają światło na długości fali zielonej i czerwonej niż na długości fali niebieskiej, po części dlatego, że metan, który pochłania czerwień, występuje w pobliżu biegunów o połowę mniej niż na równiku.

Nie wystarczyło to jednak do pełnego wyjaśnienia zmiany koloru, dlatego badacze dodali do modelu nową zmienną w postaci „czapki” stopniowo gęstniejącej lodowej mgły, którą obserwowano wcześniej latem, oświetlonego słońcem bieguna, takiego jak planeta. Przechodzi od równonocy do przesilenia.

Astronomowie uważają, że składa się ona prawdopodobnie z cząstek lodu metanowego.

Symulowane w modelu cząsteczki lodu zwiększyły współczynnik odbicia na zielonych i czerwonych falach na biegunach, co wyjaśnia, dlaczego Uran jest bardziej zielony w czasie przesilenia.

Profesor Irwin powiedział: „To pierwsze badanie, w którym porównano model ilościowy z danymi obrazowymi, aby wyjaśnić, dlaczego Uran zmienia kolor podczas swojej orbity”.

„W ten sposób wykazaliśmy, że Uran jest bardziej ekologiczny w czasie przesilenia ze względu na spadek obfitości metanu w obszarach polarnych, ale także wzrost grubości jasno rozproszonych cząstek lodu metanowego”.

Doktor Heidi Hamill ze Stowarzyszenia Uniwersytetów Badań Astronomicznych (AURA), która spędziła dziesięciolecia na badaniu Neptuna i Urana, ale nie była zaangażowana w badania, powiedziała: „Błędne postrzeganie koloru Neptuna, a także niezwykłe zmiany koloru Urana, wprawiały nas w zakłopotanie przez dziesięciolecia. To kompleksowe badanie powinno ostatecznie położyć kres obu kwestiom.

Przyszłe eksploracje i ciągłe badania

Bazując na dziedzictwie Voyagera z lat 80. XX wieku, lodowe giganty Uran i Neptun pozostają kuszącym celem dla przyszłych robotycznych odkrywców.

Profesor Lee Fletcher, planetolog z Uniwersytetu w Leicester i współautor nowego badania, powiedział: „Misja zbadania układu Urana – od jego dziwnej atmosfery sezonowej po różnorodny zbiór pierścieni i księżyców – to duże wyzwanie -profil pierwszy.” Priorytet dla agencji kosmicznych w nadchodzących dziesięcioleciach.

Jednak nawet długowieczny badacz planet krążący wokół Urana byłby w stanie uchwycić jedynie krótką migawkę roku urańskiego.

„Tego rodzaju badania naziemne, które pokazują, jak wygląd i kolor Urana zmieniły się na przestrzeni dziesięcioleci w odpowiedzi na najdziwniejsze pory roku w Układzie Słonecznym, będą miały kluczowe znaczenie dla umieszczenia odkryć przyszłej misji w szerszym kontekście” – dodał profesor Fletcher.

Odniesienie: „Modelowanie sezonowego cyklu koloru i rozmiaru Urana oraz porównanie z Neptunem” autorstwa Patricka J. J. Irwina, Jacka Dobinsona, Arjuny Jamesa, Nicholasa A. Tenby'ego, Amy A. Simona, Lee N. Fletchera, Michaela T. Romana, Glenn S. Orton, Michael H. Wong, Daniel Toledo, Santiago Pérez Hoyos i Julie Beck, 12 września 2023 r., Miesięczne powiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego.
doi: 10.1093/mnras/stad3761