Sonda kosmiczna Voyager 2 w 1986 roku. Ten ikoniczny obraz Urana wydaje się sprawiać, że jest to najnudniejsza planeta ze wszystkich, ale jest naprawdę nudna tylko czasami. NASA / JPL-Caltech
Osiem głównych planet Układu Słonecznego posiada swoje własne unikalne cechy. Skaliste planety mają kratery, grzbiety, góry i więcej: dowody na gwałtowną przeszłość i aktywność wewnętrzną. Wszystkie planety z wyjątkiem Merkurego mają atmosfery, w których lotne materiały tworzą chmury i mgły. Na światach gazowych olbrzymów powszechnie widoczne są struktury pasmowe, burze i burzliwe strumienie. Jowisz, Saturn i Neptun wykazują spektakularne zmiany w czasie, ilekroć szczegółowo badaliśmy ich atmosfery.
Ale nie Uran. Sam pośród wszystkich planet Układu Słonecznego, Uran jest jasnym, niebieskim, pozbawionym innych cech światem. Nawet kiedy został odwiedzony z bliska przez sondę Voyager 2, najbardziej niezwykłą częścią tej historii było to, jak bardzo niebanalny wydawał się Uran. Dla ludzkiego oka Uran jest jedyną planetą pozbawioną interesujących cech. Oto naukowa opowieść o tym, dlaczego.
Wykonane przez Voyagera 2, 21 stycznia 1986 roku. Choć Uran ma wiele interesujących cech i właściwości, oglądanie planety nawet z bliska za pomocą instrumentów Voyagera 2 nie dostarczyło niczego, o czym warto by pisać w domu z perspektywy wizualnej. Getty
Uran, widziany z Ziemi, jest tylko maleńkim turkusowym dyskiem. Voyager 2, który wcześniej ujawnił bezprecedensowe szczegóły burz i pasm na Jowiszu i Saturnie, zobaczył duży, pozbawiony cech charakterystycznych, turkusowy glob, gdy dotarł do Urana. Nawet po maksymalnym podkręceniu kontrastu obrazu nie było praktycznie nic do zobaczenia. Uran okazał się, dość rozczarowująco, najnudniejszą planetą, jaką mogliśmy sobie wyobrazić.
Początkowo wydawało nam się, że rozumiemy, dlaczego jest to tak pozbawiony cech charakterystycznych świat. Przy tak małych rozmiarach w porównaniu z Saturnem czy Jowiszem przypuszczano, że Uran nie jest w stanie wytworzyć żadnego własnego wewnętrznego ciepła, a zatem jego temperatura jest taka, jakiej można by się spodziewać, gdyby był ogrzewany przez Słońce. Był niebieski i pozbawiony cech charakterystycznych, ponieważ był zimny, odległy i nie wytwarzał własnego ciepła. Jego górna atmosfera miała stałą temperaturę 58 K. I to wydawało się być całą historią.
i ujawnił właściwości, kolory, atmosfery i systemy pierścieni obu światów. Oba mają pierścienie, wiele interesujących księżyców oraz zjawiska atmosferyczne i powierzchniowe, które dopiero czekają na zbadanie. Największą nieznaną różnicą między tymi dwoma światami jest to, dlaczego Neptun wydaje się generować własne ciepło, podczas gdy Uran nie. NASA / Voyager 2
Oczywiście, wcale tak nie jest! Jasne, jest zimny i odległy, i nie generuje bardzo dużo wewnętrznego ciepła; ta część jest prawdą. Ale Uran jest wyjątkowy wśród wszystkich światów w Układzie Słonecznym ze względu na specjalną właściwość, którą posiada: jego rotację. W przeciwieństwie do wszystkich innych światów, które obracają się pod pewnym kątem w stosunku do płaszczyzny obrotu Słońca, Uran praktycznie stoi na boku, tocząc się jak beczka, zamiast obracać się jak góra.
Kiedy sonda kosmiczna Voyager 2 przeleciała obok Urana w 1986 roku, było to przesilenie: strona oświetlona przez Słońce była jednym z regionów polarnych Urana. Jednak w miarę upływu lat i dziesięcioleci, Uran przesuwał się z przesilenia w kierunku równonocy, kiedy to jego obszar równikowy był oświetlany przez Słońce. Zamiast stałego napływu światła słonecznego na jedną półkulę, trwającego latami, nastąpiła gwałtowna zmiana dzień/noc, zbiegająca się z okresem obrotowym Urana wynoszącym około 17 godzin.
Szczegóły w atmosferze Urana, trzeciej co do wielkości planety Układu Słonecznego. W świetle optycznym, Uran wygląda jak bezbarwny niebiesko-zielony marmur, ponieważ metan w jego górnej atmosferze pochłania czerwone długości fal świetlnych. Podczerwień zagląda przez metanową mgiełkę, ujawniając pasy chmur oraz jasne burze, które rozciągają się wysoko ponad większością otaczających chmur. Te dwa widoki pokazują wschodnią i zachodnią półkulę. Ukazują również wąskie pierścienie Urana. Lawrence Sromovsky, Univ. Wisconsin-Madison/W.M. Keck Observatory
Ponieważ Uran potrzebuje 84 lat ziemskich na wykonanie jednego obrotu wokół Słońca, oznacza to, że potrzebuje 21 lat ziemskich na przejście od przesilenia do równonocy. Skoro Voyager 2 przeleciał obok niego w czasie przesilenia w 1986 roku, oznacza to, że najlepszym czasem na jego obserwację byłby rok 2007, kiedy to nastąpiła równonoc. Nie mieliśmy innej misji gotowej do wysłania w tym czasie, ale mieliśmy Kosmiczny Teleskop Hubble’a.
Jak widać powyżej, są tam wszystkie cechy, na które można było liczyć za pierwszym razem. Są tam wirujące chmury, burze, a nawet charakterystyczne pasma atmosferyczne. Są ciemne plamy i jasne plamy, zamglenia i czyste obszary, z różnymi kolorami na różnych szerokościach geograficznych Urana. Zamiast monochromatycznego, pozbawionego cech charakterystycznych świata, w końcu znaleźliśmy aktywną atmosferę, której cały czas oczekiwaliśmy.
2012 i 2014 roku na widok Urana z Voyagera 2, byliśmy w stanie odkryć zorze obecne na tym świecie. Międzyplanetarne wstrząsy wywołane przez dwa potężne wybuchy wiatru słonecznego podróżujące od Słońca do Urana zostały uchwycone za pomocą instrumentu STIS. NASA / Hubble / Voyager 2
Przyczyną jednolitego koloru Urana w czasie przesilenia są jego temperatury, gdy jest ciągły dzień, co powoduje powstawanie mgiełki metanu. Metan, w tym stanie materii, absorbuje czerwone światło, dlatego odbite światło słoneczne przybiera ten turkusowy odcień. Jednocześnie metanowa mgiełka maskuje chmury znajdujące się pod nim, co powoduje, że Uran ma bezbarwny wygląd, który poznaliśmy powszechnie po wizycie Voyagera 2.
Z jego 97,7-stopniowym nachyleniem osiowym, przesileniowy Uran będzie wyglądał na nudnego Urana. Ale ta metanowa mgiełka, tak powszechna w górnej atmosferze Urana, reprezentuje tylko górny 1% atmosfery. Obserwacje w pasmach innych niż światło widzialne ujawnią jeszcze więcej jej niejednolitych właściwości.
i 2,2 mikrona uzyskane 6 sierpnia 2014 roku przez 10-metrowy teleskop Kecka. Imke de Pater (UC Berkeley) & Keck Observatory
Ponieważ Uran podobny do równonocy ochłodzi się w ciągu nocy, mgiełka metanowa przechodzi od bycia aerozolem górnej warstwy – który jest stałą lub ciekłą cząstką zawieszoną w gazie – do cząstek, które mieszają się z niższymi warstwami atmosfery. W ten sposób, kiedy znów pojawia się dzień, górna warstwa jest częściowo przezroczysta.
I to, co znaleźliśmy, kiedy to się dzieje, to obserwowalne zmiany w górnej atmosferze, które zawierają wskazówki do 99% niewidzialnej atmosfery pod nią. Istnieją burze, które są obecne nawet w starych informacjach z Voyagera 2, widoczne tylko poprzez zestawienie ponad 1000 obrazów razem i szukanie zmian pomiędzy klatkami.
Przedstawiony przez sondę kosmiczną NASA Voyager 2, w odległości 5,7 miliona mil. Podczas gdy Uran może wydawać się monochromatycznym, pozbawionym cech charakterystycznych światem, jest to w dużej mierze spowodowane jego orientacją i właściwościami orbitalnymi w czasie, gdy przelatywaliśmy obok niego w 1986 roku. Dzięki połączeniu wielu różnych obrazów tego świata, ponowna analiza była w stanie ujawnić cechy, które pierwotnie były niewidoczne. Getty
Według astronoma Ericha Karkoschki, który wykonał tę pracę w 2014 roku:
Część z tych cech to prawdopodobnie chmury konwekcyjne spowodowane updraftem i kondensacją. Niektóre z jaśniejszych cech wyglądają jak chmury, które rozciągają się na setki kilometrów. Niezwykła rotacja w wysokich południowych szerokościach geograficznych Urana jest prawdopodobnie spowodowana niezwykłą cechą we wnętrzu Urana. Chociaż natura tej cechy i jej oddziaływanie z atmosferą nie są jeszcze znane, fakt, że znalazłem tę niezwykłą rotację, daje nowe możliwości poznania wnętrza olbrzymiej planety.
widoczne w tym widoku szerokiego pola planety, który pokazuje pasmową strukturę w atmosferze, wyraźną różnicę między biegunem północnym i południowym oraz burze/chmury jakiegoś rodzaju warzące się na zimowej półkuli Urana. Zdjęcia te zostały wykonane na kilka lat przed równonocą za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. NASA/Erich Karkoschka, University of Arizona
Patrząc w długościach fal światła poza tym, co może zobaczyć ludzkie oko, takich jak podczerwień, możemy skonstruować obrazy o wzmocnionej kolorystyce. Jak można się spodziewać, gdy Uran jest blisko równonocy, ujawniają one wiele cech, które są niewidoczne dla ludzkiego oka, w tym:
- pasma struktury atmosfery,
- różnice hemisferyczne pomiędzy biegunami skierowanymi w stronę Słońca i w stronę przestrzeni kosmicznej,
- burze i chmury obecne w górnej atmosferze,
- a nawet słaby system pierścieni, który prawdopodobnie jest wynikiem rozbitych lub uszkodzonych przez pływy księżyców.
Występują również burze widoczne tylko w podczerwieni, które nasilają się i ustępują. Wbrew naszym początkowym obserwacjom, Uran jest bogatym w funkcje światem, ale tylko jeśli spojrzysz na niego we właściwy sposób.
Dopiero z misją Voyager 2 odwiedziliśmy ten świat, odkryty w 1781 roku, z bliska. Minęły już 33 lata odkąd tam byliśmy, a my jeszcze nie wróciliśmy. Nie wygląda już tak jak teraz, ponieważ nie doświadczamy już przesilenia. NASA / Voyager 2
Wciąż jest wiele tajemnic do rozwiązania na temat drugiej najbardziej odległej planety w Układzie Słonecznym. Uran ma dziwnie nachylone, ale silne pole magnetyczne, około 50 razy silniejsze niż ziemskie, które obraca się jak korkociąg wokół planety. Podwójna obecność węgla i wodoru sugeruje, że w niższych warstwach atmosfery ciśnienie powoduje deszcz diamentów. Uran wykazuje jednolitą temperaturę podczas przesileń, ale poważne różnice temperatur na jego powierzchni podczas równonocy, co sugeruje, że coś nieodłącznego powoduje opóźnienie między temperaturą a porami roku. A burze, które widzimy, również napędzane przez pory roku, sugerują istnienie wiru głębiej w atmosferze, dalej niż to, co możemy zobaczyć.
Odkryte przez Hubble’a. Odkryliśmy tak wiele struktur w wewnętrznych pierścieniach Urana dzięki przelotowi Voyagera 2, ale orbiter może pokazać nam jeszcze więcej. Zauważ, że te zdjęcia zostały wykonane w 2005 roku (blisko równonocy) i pokazują wiele cech, które są wyjątkowo różne od ikonicznego zdjęcia z przesilenia wykonanego przez Voyagera 2. NASA, ESA, i M. Showalter (SETI Institute)
Uran, dla wielu, jest wciąż najnudniejszą planetą, i przypuszczam, że to prawda, jeśli jesteś skłonny dodać zastrzeżenie: czasami. Kiedy Uran jest w czasie przesilenia, jest to naprawdę najnudniejszy, pozbawiony cech charakterystycznych świat, jaki można znaleźć wśród naszych ośmiu planet. Jednak brak wewnętrznego źródła ciepła i fakt, że obraca się on wokół odwróconej osi, daje nam wyjątkową okazję do poznania zachowania planety gazowego olbrzyma, gdy jej bilans energetyczny jest napędzany przez Słońce.
Uran, kiedyś uważany za świat pozbawiony cech charakterystycznych, okazuje się być niezwykle bogaty i różnorodny. Ten turkusowy świat kryje w sobie wiele tajemnic, które sugerują istnienie złożonej, wewnętrznej struktury pod łatwą do zaobserwowania górną atmosferą. Tak długo jak istnieje różnica energii, albo pomiędzy półkulami polarnymi, albo pomiędzy dniem i nocą, z pewnością będą istniały interesujące zjawiska do zbadania. Argument za dedykowaną misją do Urana nigdy nie był silniejszy.
Śledź mnie na Twitterze. Sprawdź moją stronę internetową lub niektóre z moich innych prac tutaj.