Yeni Keşif Uranüs ve Neptün’ün Neden Farklı Renklerde Olduğunu Açıkladı

Gemini Gözlemevi ve diğer teleskoplardan yapılan gözlemler, aşırı puslu[{” attribute=””>Uranus makes it paler than Neptune.

Astronomers may now understand why the similar planets Uranus and Neptune have distinctive hues. Researchers constructed a single atmospheric model that matches observations of both planets using observations from the Gemini North telescope, the NASA Infrared Telescope Facility, and the Hubble Space Telescope. The model reveals that excess haze on Uranus accumulates in the planet’s stagnant, sluggish atmosphere, giving it a lighter hue than Neptune.

Neptün ve Uranüs gezegenlerinin pek çok ortak noktası vardır – benzer kütlelere, boyutlara ve atmosferik bileşimlere sahiptirler – ancak görünüşleri dikkate değer ölçüde farklıdır. Görünür dalga boylarında Neptün belirgin şekilde daha mavi bir renge sahipken, Uranüs camgöbeğinin soluk bir tonudur. Gökbilimciler şimdi iki gezegenin neden farklı renkler olduğuna dair bir açıklamaya sahipler.

Yeni araştırmalar, her iki gezegende de bulunan yoğun bir pus tabakasının Uranüs’te Neptün’deki benzer bir tabakadan daha kalın olduğunu ve Uranüs’ün görünümünü Neptün’ünkinden daha fazla “beyazlattığını” gösteriyor.^[1] Neptün ve Uranüs’ün atmosferlerinde pus olmasaydı, her ikisi de neredeyse eşit derecede mavi görünürdü.^[2]

Bu sonuç bir modelden geliyor^[3] Oxford Üniversitesi’nde Gezegen Fiziği Profesörü Patrick Irwin liderliğindeki uluslararası bir ekibin, Neptün ve Uranüs’ün atmosferlerindeki aerosol katmanlarını tanımlamak için geliştirdiğini.^[4] Bu gezegenlerin üst atmosferlerine ilişkin önceki araştırmalar, atmosferin yalnızca belirli dalga boylarında görünümüne odaklanmıştı. Bununla birlikte, birden fazla atmosferik katmandan oluşan bu yeni model, geniş bir dalga boyu aralığında her iki gezegenden gelen gözlemlerle eşleşiyor. Yeni model ayrıca, daha önce yalnızca metan ve hidrojen sülfür buzlarından oluşan bulutları içerdiği düşünülen daha derin katmanlardaki pus parçacıklarını da içeriyor.

Bu diyagram, Patrick Irwin liderliğindeki bir bilim adamları ekibi tarafından modellendiği gibi, Uranüs ve Neptün’ün atmosferlerindeki üç aerosol katmanını göstermektedir. Diyagramdaki yükseklik ölçeği, 10 bar’ın üzerindeki basıncı temsil eder.
En derin katman (Aerosol-1 katmanı) kalındır ve hidrojen sülfür buzunun ve gezegenlerin atmosferlerinin güneş ışığıyla etkileşimi sonucu üretilen parçacıkların karışımından oluşur.
Renkleri etkileyen anahtar katman, Uranüs’te Neptün’den daha kalın olan bir pus parçacıkları katmanı (kağıtta Aerosol-2 katmanı olarak anılır) olan orta katmandır. Ekip, her iki gezegende de metan buzunun bu katmandaki parçacıklar üzerinde yoğunlaştığından ve parçacıkları bir metan karı yağmuru halinde atmosferin daha derinlerine çektiğinden şüpheleniyor. Neptün, Uranüs’ten daha aktif, çalkantılı bir atmosfere sahip olduğu için ekip, Neptün’ün atmosferinin metan parçacıklarını pus tabakasına yayma ve bu karı üretmede daha verimli olduğuna inanıyor. Bu, sisin çoğunu ortadan kaldırır ve Neptün’ün pus tabakasını Uranüs’tekinden daha ince tutar, yani Neptün’ün mavi rengi daha güçlü görünür.
Bu katmanların her ikisinin de üzerinde, alttaki katmana benzer, ancak daha ince olan uzun bir pus katmanı (Aerosol-3 katmanı) bulunur. Neptün’de, bu katmanın üzerinde büyük metan buz parçacıkları da oluşur.
Kredi: Uluslararası Gemini Gözlemevi/NOIRLab/NSF/AURA, J. da Silva/NASA /JPL-Caltech /B. Jónsson

Journal of Geophysical Research: Planets’te bu sonucu sunan bir makalenin baş yazarı olan Irwin, “Bu, ultraviyoleden yakın kızıl ötesi dalga boylarına kadar yansıyan güneş ışığının gözlemlerini aynı anda uygulayan ilk model” dedi. “Aynı zamanda Uranüs ve Neptün arasındaki görünür renk farkını açıklayan ilk kişi.”

Takımın modeli, farklı yüksekliklerde üç katman aerosolden oluşuyor.^[5] Renkleri etkileyen anahtar katman, Uranüs’te Neptün’den daha kalın olan bir pus parçacıkları katmanı (kağıtta Aerosol-2 katmanı olarak anılır) olan orta katmandır. Ekip, her iki gezegende de metan buzunun bu katmandaki parçacıklar üzerinde yoğunlaştığından ve parçacıkları bir metan karı yağmuru halinde atmosferin daha derinlerine çektiğinden şüpheleniyor. Neptün, Uranüs’ten daha aktif, çalkantılı bir atmosfere sahip olduğu için ekip, Neptün’ün atmosferinin metan parçacıklarını pus tabakasına yayma ve bu karı üretmede daha verimli olduğuna inanıyor. Bu, sisin çoğunu ortadan kaldırır ve Neptün’ün pus tabakasını Uranüs’tekinden daha ince tutar, yani Neptün’ün mavi rengi daha güçlü görünür.

Gökbilimci Mike Wong, “Bu modeli geliştirmenin buz devi atmosferlerindeki bulutları ve pusları anlamamıza yardımcı olacağını umduk” dedi. Kaliforniya Üniversitesi, Berkeleyve bu sonucun arkasındaki ekibin bir üyesi. “Uranüs ve Neptün arasındaki renk farkını açıklamak beklenmedik bir bonus oldu!”

Bu modeli oluşturmak için, Irwin’in ekibi, yakındaki Gemini Kuzey teleskopunda Yakın Kızılötesi İntegral Alan Spektrometresi (NIFS) ile alınan ultraviyole, görünür ve yakın kızılötesi dalga boylarını (0,3 ila 2,5 mikrometre) kapsayan gezegenlerin bir dizi gözlemini analiz etti. NSF’nin NOIRLab programının bir programı olan uluslararası Gemini Gözlemevi’nin bir parçası olan Hawai’deki Maunakea zirvesinin yanı sıra yine Hawaii’de bulunan NASA Kızılötesi Teleskop Tesisi ve NASA/ESA Hubble Uzayından elde edilen arşiv verileri Teleskop.

Gemini North’daki NIFS cihazı, görüş alanındaki her nokta için bir nesnenin farklı dalga boylarında ne kadar parlak olduğunun ölçümlerini – spektrum sağlayabildiğinden, bu sonuç için özellikle önemliydi. Bu, ekibe her iki gezegenin atmosferlerinin hem gezegenin tam diski boyunca hem de bir dizi yakın kızılötesi dalga boyu boyunca ne kadar yansıtıcı olduğuna dair ayrıntılı ölçümler sağladı.

Ulusal Bilim Vakfı Gemini Program Sorumlusu Martin Still, “İkizler gözlemevleri gezegen komşularımızın doğasına dair yeni bilgiler sunmaya devam ediyor” dedi. “Bu deneyde Gemini North, atmosferik pusların tespiti ve karakterizasyonu için kritik olan bir dizi yer ve uzay tabanlı tesis içinde bir bileşen sağladı.”

Model ayrıca Neptün’de ara sıra görülebilen ve Uranüs’te daha az yaygın olarak tespit edilen karanlık noktaları açıklamaya da yardımcı oluyor. Gökbilimciler, her iki gezegenin atmosferlerinde karanlık noktaların varlığının zaten farkındayken, bu karanlık noktalara hangi aerosol katmanının neden olduğunu veya bu katmanlardaki aerosollerin neden daha az yansıtıcı olduğunu bilmiyorlardı. Ekibin araştırması, modellerinin en derin katmanının karartılmasının Neptün ve belki de Uranüs’te görülenlere benzer karanlık noktalar üreteceğini göstererek bu sorulara ışık tutuyor.

notlar

1. Bu beyazlatma etkisi, bulutların ötegezegen atmosferler, ötegezegenlerin tayfındaki özellikleri donuklaştırır veya ‘düzleştirir’.
2. Pus ve hava moleküllerinden saçılan güneş ışığının kırmızı renkleri, gezegenlerin atmosferinde metan molekülleri tarafından daha fazla emilir. Bu süreç – olarak anılacaktır Rayleigh saçılması — burada, Dünya’da gökyüzünü mavi yapan şeydir (gerçi Dünya’nın atmosferinde güneş ışığı çoğunlukla hidrojen molekülleri yerine nitrojen molekülleri tarafından saçılır). Rayleigh saçılması, ağırlıklı olarak daha kısa, daha mavi dalga boylarında meydana gelir.
3. Bir aerosol, bir gazdaki ince damlacıkların veya parçacıkların bir süspansiyonudur. Dünyadaki yaygın örnekler arasında sis, kurum, duman ve sis bulunur. Neptün ve Uranüs’te, atmosferdeki elementlerle etkileşime giren güneş ışığının ürettiği parçacıklar (fotokimyasal reaksiyonlar) bu gezegenlerin atmosferlerindeki aerosol bulanıklığından sorumludur.
4. Bilimsel bir model, bilim adamları tarafından gerçek dünyada yapılması imkansız olacak bir fenomen hakkındaki tahminleri test etmek için kullanılan bir hesaplama aracıdır.
5. En derin katman (kağıtta Aerosol-1 katmanı olarak anılır) kalındır ve hidrojen sülfit buzunun ve gezegenlerin atmosferlerinin güneş ışığıyla etkileşimi tarafından üretilen parçacıkların bir karışımından oluşur. Üst katman, orta katmana benzer, ancak daha ince olan uzun bir pus katmanıdır (Aerosol-3 katmanı). Neptün’de, bu katmanın üzerinde büyük metan buz parçacıkları da oluşur.

Daha fazla bilgi

Bu araştırma bildiride sunuldu”Puslu mavi dünyalar: Karanlık Noktalar da dahil olmak üzere Uranüs ve Neptün için bütünsel bir aerosol modeli” içinde görünmek Jeofizik Araştırma Dergisi: Gezegenler.

Ekip, PGJ Irwin’den (Fizik Bölümü, Oxford ÜniversitesiBirleşik Krallık), NA Teanby (Yer Bilimleri Okulu, Bristol ÜniversitesiBirleşik Krallık), LN Fletcher (Fizik ve Astronomi Okulu, Leicester Üniversitesi, Birleşik Krallık), D. Toledo (Instituto Nacional de Tecnica Aeroespacial, İspanya), GS Orton (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, ABD), MH Wong (Center for Integrative Planetary Science, University of California, Berkeley, ABD), MT Roman (School of Physics & Astronomy, University of Leicester, Birleşik Krallık), S. Perez-Hoyos (University of the Bask Country, İspanya), A. James (Fizik Bölümü, Oxford Üniversitesi, Birleşik Krallık), J. Dobinson (Fizik Bölümü, Oxford Üniversitesi, Birleşik Krallık).

NSF’nin NOIRLab (Ulusal Optik-Kızılötesi Astronomi Araştırma Laboratuvarı), ABD’nin yer tabanlı optik-kızılötesi astronomi merkezi, uluslararası Gemini Gözlemevi’ni (NSF, NRC-Kanada, ANID-Şili, MCTIC-Brezilya, MINCyT-Arjantin’in bir tesisi) işletmektedir. ve KASI–Kore Cumhuriyeti), Kitt Peak Ulusal Gözlemevi (KPNO), Cerro Tololo Amerika Kıtası Gözlemevi (CTIO), Toplum Bilimi ve Veri Merkezi (CSDC) ve Vera C. Rubin Gözlemevi (Bölüm ile işbirliği içinde işletilmektedir) Energy’nin SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı). NSF ile yapılan bir işbirliği anlaşması kapsamında Astronomi Araştırma Üniversiteleri Birliği (AURA) tarafından yönetilmektedir ve merkezi Tucson, Arizona’da bulunmaktadır. Astronomi topluluğu, Arizona’daki Iolkam Du’ag (Kitt Peak), Hawaii’deki Maunakea ve Şili’deki Cerro Tololo ve Cerro Pachón üzerinde astronomik araştırmalar yapma fırsatına sahip olmaktan onur duymaktadır. Bu sitelerin sırasıyla Tohono O’odham Nation, Yerli Hawai topluluğu ve Şili’deki yerel topluluklar için sahip olduğu çok önemli kültürel rolü ve saygıyı tanıyor ve kabul ediyoruz.