Nové zábery odhaľujú, ako Neptún a Urán skutočne vyzerajú

Nedávny výskum vedený profesorom Patrickom Irwinom ukazuje Neptún A Urán Obe majú podobný odtieň zeleno-modrej, čo spochybňuje predchádzajúce vnímanie ich farieb. Štúdia použila moderné teleskopické údaje na korekciu historických nepresností farieb a vysvetlenie menších farebných variácií na obežnej dráhe Uránu.

Neptún je známy svojou tmavomodrou farbou a zelenou farbou Uránu – nová štúdia však odhalila, že títo dvaja ľadoví obri sú v skutočnosti bližšie, než sa predpokladalo.

Správne farby planét boli potvrdené výskumom vedeným profesorom Patrickom Irwinom z Oxfordská univerzitaKtorý bol dnes uverejnený v Mesačných oznámeniach Kráľovskej astronomickej spoločnosti.

On a jeho tím zistili, že oba svety majú v skutočnosti podobný odtieň zeleno-modrej, a to aj napriek všeobecnému presvedčeniu, že Neptún je tmavšia modrá a Urán je svetlejšia azúrová.

Snímky Uránu a Neptúna sondou Voyager 2/ISS zverejnené krátko po preletoch sondy Voyager 2 v roku 1986 a 1989; táto štúdia porovnávala opätovné spracovanie jednotlivých obrázkov filtrov, aby sa určil najlepší odhad skutočných farieb týchto planét. Poďakovanie: Patrick Irwin

Nepochopenie planetárnych farieb

Astronómovia už dlho vedia, že väčšina moderných snímok oboch planét neodráža presne ich skutočné farby.

Mylná predstava vznikla, pretože obe planéty boli fotografované počas 20. storočia – vrátane NASAz misie Voyager 2, jedinej kozmickej lode, ktorá preletela okolo týchto svetov – obrázky zaznamenané v rôznych farbách.

Jednofarebné obrázky boli neskôr prekombinované, aby vytvorili kompozitné farebné obrázky, ktoré neboli vždy presne vyvážené na získanie „správneho“ farebného obrázku a – najmä v prípade Neptúna – boli často „príliš modré“.

Urán z pohľadu HST/WFC3 z rokov 2015–2022. Počas tejto sekvencie sa severný pól, ktorý má svetlozelenú farbu, nakloní smerom k Slnku a Zemi. Na týchto obrázkoch sú čiary rovníka a zemepisnej šírky vyznačené na 35N a 35S. Poďakovanie: Patrick Irwin

Počiatočné snímky Neptúna sondy Voyager 2 boli navyše výrazne vylepšené kontrastom, aby lepšie odhalili oblaky, pásy a vetry, ktoré formujú našu modernú perspektívu Neptúna.

Profesor Irwin povedal: „Hoci známe snímky Uránu z Voyageru 2 boli zverejnené čo najbližšie k 'skutočnej' farbe, obrázky Neptúna boli v skutočnosti natiahnuté a vylepšené, a preto boli umelo modré.“

„Aj keď medzi planetárnymi vedcami bola v tom čase známa umelo nasýtená farba – a boli zverejnené obrázky s popiskami, ktoré to vysvetľujú – tento rozdiel sa časom stratil.“

„Aplikáciou nášho modelu na pôvodné údaje sa nám podarilo zrekonštruovať doposiaľ najpresnejšie zobrazenie farby Neptúna aj Uránu.“

Vyjasnenie skutočných farieb prostredníctvom moderného výskumu

V novej štúdii výskumníci použili údaje Hubblov vesmírny teleskopSpace Telescope Imaging Spectrograph (STIS) a Multi Unit Spectroscopic Explorer (Saraswati) v Európskom južnom observatóriu veľmi veľký ďalekohľad, V oboch zariadeniach je každý pixel súvislé spektrum farieb.

To znamená, že pozorovania STIS a MUSE môžu byť explicitne spracované na určenie skutočnej zdanlivej farby Uránu a Neptúna.

Výskumníci použili tieto údaje na opätovné vyváženie kompozitných farebných obrázkov zaznamenaných kamerou Voyager 2 a Wide Field Camera 3 (WFC3) Hubbleovho vesmírneho teleskopu.

To odhalilo, že Urán a Neptún majú v skutočnosti podobný odtieň zeleno-modrej. Hlavný rozdiel je v tom, že Neptún má mierny nádych dodatočnej modrej, ktorý model pripisuje tenkej vrstve oparu na tejto planéte.

Animácia sezónnych zmien farby na Uráne počas dvoch rokov na Urane (uránsky rok je 84,02 pozemských rokov), ktorá trvá od roku 1900 do roku 2068 a začína tesne pred južným letným slnovratom, keď je južný pól Uránu takmer priamo v línii Slnka. Body smerom k.
Ľavý disk ukazuje vzhľad Uránu voľným okom, zatiaľ čo pravý disk bol farebne zvýraznený a vylepšený, aby objasnil vlastnosti atmosféry. V tejto animácii bola obežná dráha Uránu spomalená viac ako 3000-krát, aby bolo možné vidieť rotáciu planéty, ako aj jednotlivé búrkové mraky prechádzajúce cez disk planéty.
Keď sa planéta blíži k slnovratu, je možné vidieť zvyšujúcu sa nepriehľadnosť mrakov a slabú polárnu „kapucňu“ s nízkym výskytom metánu, ktorá vypĺňa väčšiu časť disku planéty, čo spôsobuje sezónne zmeny v celkovej farbe planéty.
Meniaci sa tvar Uránovho disku je spôsobený zmenami vzdialenosti Uránu od Slnka počas jeho obehu.
Poďakovanie: Patrick Irwin, University of Oxford

Vysvetlenie farebných variácií Uránu

Štúdia tiež dáva odpoveď na dlhotrvajúcu záhadu, prečo sa farba Uránu počas jeho 84-ročného obehu okolo Slnka mierne mení.

Autori dospeli k svojim záverom po prvom porovnaní snímok ľadového obra s meraniami jeho jasnosti, ktoré zaznamenalo v rokoch 1950 až 2016 pri modrých a zelených vlnových dĺžkach Lowell Observatory v Arizone.

Tieto merania odhalili, že Urán sa javí o niečo zelenší počas slnovratov (t. j. v lete a v zime), keď jeden z pólov planéty smeruje k našej hviezde. Ale počas rovnodennosti – keď je Slnko nad rovníkom – je jeho farba trochu modrá.

Jedným z dôvodov bolo, že rotácia Uránu bola veľmi nezvyčajná.

Počas svojej obežnej dráhy sa efektívne otáča približne na svoju stranu, čo znamená, že počas slnovratov planéty jej severný alebo južný pól smeruje takmer priamo k Slnku a Zemi.

To je dôležité, uviedli autori, pretože akákoľvek zmena odrazivosti polárnych oblastí bude mať veľký vplyv na celkovú jasnosť Uránu pri pohľade z našej planéty.

Astronómovia mali menej jasno v tom, ako a prečo sa táto odrazivosť mení.

To viedlo výskumníkov k vyvinutiu modelu, ktorý porovnával spektrá polárnych oblastí Uránu s jeho rovníkovými oblasťami.

Zistilo sa, že polárne oblasti sú viac reflexné na zelených a červených vlnových dĺžkach ako na modrých vlnových dĺžkach, čiastočne preto, že metán, ktorý absorbuje červenú, je v blízkosti pólov asi o polovicu častejší ako na rovníku.

Na úplné vysvetlenie zmeny farby to však nestačilo, takže výskumníci pridali do modelu novú premennú v podobe „kapuce“ pomaly hustnúceho ľadového oparu, ktorý bol predtým pozorovaný v lete okolo planéty. prechádza z rovnodennosti do slnovratu.

Astronómovia sa domnievajú, že je pravdepodobne zložený z častíc metánového ľadu.

Pri simulácii v modeloch častice ľadu ďalej zvýšili odrazivosť na zelených a červených vlnových dĺžkach na póloch, čo poskytuje vysvetlenie, prečo je Urán v slnovratu zelený.

Profesor Irwin povedal: „Toto je prvá štúdia, ktorá porovnáva kvantitatívne modely so zobrazovacími údajmi, aby vysvetlila, prečo sa farba Uránu mení na jeho obežnej dráhe.“

„Preukázali sme teda, že Urán je pri slnovratu zelenší v dôsledku zníženého množstva metánu v polárnych oblastiach, ako aj zvýšenej hrúbky jasne rozptýlených častíc metánu.“

Doktorka Heidi Hammel z Asociácie univerzít pre výskum v astronómii (AURA), ktorá strávila desaťročia štúdiom Neptúna a Uránu, ale nebola zapojená do štúdie, povedala: „Nesprávna predstava o farbe Neptúna, ako aj o nezvyčajnej farbe „Zmeny v Uráne nás trápia už desaťročia. Táto komplexná štúdia by mala konečne dať obom problémom pokoj.“

Budúci prieskum a pokračujúci výskum

Ľadoví obri Urán a Neptún, vychádzajúc z odkazu Voyageru 1 z 80. rokov, zostávajú atraktívnou destináciou pre budúcich robotických prieskumníkov.

Profesor Leigh Fletcher, planetárny vedec na Univerzite v Leicestri a spoluautor novej štúdie, povedal: „Misia preskúmať uránsky systém – od jeho bizarnej sezónnej atmosféry až po rozmanitú zbierku prstencov a mesiacov – je náročná misia. prísť.“ prioritou pre vesmírne agentúry v nadchádzajúcich desaťročiach.“

Avšak aj dlhoveký prieskumník planét na obežnej dráhe okolo Uránu by bol schopný zachytiť len krátky záber uránskeho roku.

Profesor Fletcher povedal: „Takéto štúdie na Zemi, ktoré ukazujú, ako sa forma a farba Uránu menila v priebehu desaťročí v reakcii na jedno z najpodivnejších ročných období v Slnečnej sústave, dávajú objavy tejto budúcej misie do ich širšieho kontextu. „Bude dôležité udržať si to.“ Pridané.

Referencia: „Modelovanie sezónnych cyklov farieb a veľkosti Uránu a porovnanie s Neptúnom“ od Patricka GJ Irwina, Jacka Dobinsona, Arjuna Jamesa, Nicholasa A Tinbyho, Amy A Simon, Leigh N Fletcher, Michaela T Romana, Glenna S Ortona, Michaela „. H Wong, Daniel Toledo, Santiago Pérez-Hoyos a Julie Beck, 12. septembra 2023, Mesačné oznámenia Kráľovskej astronomickej spoločnosti,
DOI: 10.1093/mnras/stat3761