Neptun jest powszechnie znany z tego, że jest intensywnie niebieski, a Uran zielony – jednak nowe badania wykazały, że oba lodowe olbrzymy mają w rzeczywistości znacznie bliższy kolor, niż się powszechnie uważa.
Prawidłowe odcienie planet zostały potwierdzone za pomocą badań prowadzonych pod kierunkiem profesora Patricka Irwina z Uniwersytetu Oksfordzkiego, które zostały dzisiaj opublikowane w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
On i jego zespół odkryli, że oba światy mają w rzeczywistości podobny odcień zielonkawo-niebieskiego, pomimo powszechnie panującego przekonania, że Neptun jest ciemnoniebieski, a Uran ma bladocyjanowy wygląd.
Astronomowie od dawna wiedzą, że większość współczesnych zdjęć obu planet nie odzwierciedla dokładnie ich prawdziwych kolorów.
To błędne przekonanie powstało, ponieważ zdjęcia obu planet wykonane w XX wieku – w tym przez należącą do NASA misję Voyager 2, jedyny statek kosmiczny, który przeleciał obok tych światów – rejestrowały obrazy w odrębnych kolorach.
Jednokolorowe obrazy zostały później ponownie połączone, tworząc złożone obrazy kolorowe, które nie zawsze były dokładnie zrównoważone, aby uzyskać „prawdziwie” kolorowy obraz, i – szczególnie w przypadku Neptuna – często były „zbyt niebieskie”.
Ponadto wczesne zdjęcia Neptuna z Voyagera 2 zostały znacznie wzmocnione kontrastem, aby lepiej ukazać chmury, pasma i wiatry, które kształtują naszą współczesną perspektywę Neptuna.
Profesor Irwin powiedział: „Chociaż znane zdjęcia Urana z sondy Voyager 2 zostały opublikowane w formie bliższej «prawdziwym» kolorom, zdjęcia Neptuna były w rzeczywistości rozciągnięte i wzmocnione, w związku z czym sztucznie uczyniono ich zbyt niebieskimi”.
„Mimo że sztucznie nasycony kolor był wówczas znany planetologom – a zdjęcia zostały opublikowane z wyjaśniającymi je podpisami – to rozróżnienie z czasem zanikło”.
„Stosując nasz model do oryginalnych danych, byliśmy w stanie odtworzyć najdokładniejsze jak dotąd odwzorowanie koloru Neptuna i Urana”.
W nowym badaniu naukowcy wykorzystali dane pochodzące ze spektrografu obrazowego (STIS) należącego do Kosmicznego Teleskopu Hubble'a oraz z narzędzia Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) znajdującego się na Bardzo Dużym Teleskopie Europejskiego Obserwatorium Południowego. W obu instrumentach każdy piksel jest ciągłym spektrum kolorów.
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, a także przez kamerę szerokokątną 3 (WFC3) Kosmicznego Teleskopu Hubble'a.
To ujawniło, że Uran i Neptun mają w rzeczywistości raczej podobny odcień zielonkawo-niebieskiego. Główna różnica polega na tym, że Neptun ma lekką nutę dodatkowego błękitu, co według modelu wynika z cieńszej warstwy mgły na tej planecie.
Badanie dostarcza również odpowiedzi na od dawna zagadkę, dlaczego kolor Urana nieznacznie zmienia się podczas 84-letniego obiegu wokół Słońca.
Autorzy doszli do takiego wniosku po pierwszym porównaniu zdjęć lodowego olbrzyma z pomiarami jego jasności zarejestrowanymi przez Obserwatorium Lowella w Arizonie w latach 1950–2016 w zakresie fal niebieskich i zielonych.
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 – ma nieco bardziej niebieski odcień.
Wiadomo, że jednym z powodów tego stanu rzeczy był niezwykle nietypowy obrót Urana.
Podczas swojej orbity obraca się prawie 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, twierdzą autorzy, ponieważ wszelkie zmiany we współczynniku odbicia obszarów polarnych miałyby zatem duży wpływ na ogólną jasność Urana widzianego z naszej planety.
Astronomowie byli mniej pewni, w jaki sposób i dlaczego różni się ten współczynnik odbicia.
To skłoniło badaczy do opracowania modelu, który porównał widma obszarów polarnych Urana z jego obszarami równikowymi.
Odkryło, że obszary polarne lepiej odbijają światło na długości fali zielonej i czerwonej niż na długości fali niebieskiej, częściowo dlatego, że metan, który pochłania czerwień, występuje w pobliżu biegunów o połowę mniej niż na równiku.
Jednak to nie wystarczyło, aby w pełni wyjaśnić zmianę koloru, dlatego badacze dodali do modelu nową zmienną w postaci „kapturu” stopniowo gęstniejącej lodowej mgły, który obserwowano wcześniej latem, oświetlonym słońcem biegunem planety. przechodzi od równonocy do przesilenia.
Astronomowie uważają, że prawdopodobnie składają się z cząstek lodu metanowego.
Symulowane w modelu cząsteczki lodu dodatkowo zwiększyły odbicie 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 kolor Urana zmienia się podczas jego orbity”.
„W ten sposób wykazaliśmy, że Uran jest bardziej ekologiczny w czasie przesilenia ze względu na zmniejszoną zawartość metanu w regionach polarnych, ale także zwiększoną grubość jasno rozpraszających cząstek lodu metanowego”.
Doktor Heidi Hammel 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 kolorów Uran, nękały nas przez dziesięciolecia. To wszechstronne badanie powinno wreszcie położyć kres obu kwestiom.”
Lodowe giganty Uran i Neptun pozostają kuszącym celem dla przyszłych robotycznych odkrywców, opierając się na dziedzictwie Voyagera z lat 80. XX wieku.
Profesor Leigh Fletcher, planetolog z Uniwersytetu w Leicester i współautor nowego badania, powiedział: „Misja mająca na celu zbadanie układu Urana – od jego dziwacznej sezonowej atmosfery po różnorodny zbiór pierścieni i księżyców – to wysoki priorytet dla agencji kosmicznych w nadchodzących dziesięcioleciach.”
Jednak nawet długowieczny badacz planet znajdujący się na orbicie wokół Urana byłby w stanie uchwycić jedynie krótką migawkę roku urańskiego.
„Tego rodzaju badania naziemne, pokazujące, 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 tej przyszłej misji w szerszym kontekście” – profesor Fletcher dodany.