چرا نپتون آبی‌تر از همسایه‌اش، اورانوس است؟

یک گروه بین‌المللی از پژوهشگرانِ سیاره‌ای به رهبری دانشمندان دانشگاه آکسفورد به بررسی داده‌هایی پرداختند که تلسکوپ فضایی هابل ناسا، تاسیسات تلسکوپی فروسرخ ناسا (آی‌تی‌اف) و تلسکوپ جمنای شمالی در نور دیدنی/فروسرخ-نزدیک روی سیاره‌های اورانوس و نپتون گرد آورده بودند.

تصویرهایی که تلسکوپ فضایی هابل در سال ۲۰۲۱ از ارورانوس و نپتون گرفته بود- تصویر بزرگ‌تر

نپتون و همسایه‌اش اورانوس به عنوان غول‌های یخی رده‌بندی شده‌اند، برخلاف کیوان و مشتری که از رده‌ی غول‌های گازی شناخته می‌شوند. اورانوس و نپتون با هم اشتراک‌های بسیاری دارند ولی نپتون به گونه‌ی آشکاری آبی‌تر از اورانوس است.

در این پژوهش تازه، پاتریک اروین از دانشگاه آکسفود به همراه همکارانش، از داده‌های هابل، آی‌تی‌اف و جمنای شمالی بهره جستند تا مدلی برای توصیف لایه‌های هواپخش در جو این دو غول پدید آوردند.

اروین می‌گوید: «این نخستین مدلی‌ست که همزمان برای مشاهدات بازتاب نور خورشید از طول موج  فرابنفش تا فروسرخ-نزدیک سازگار است.»«همچنین نخستین مدل برای توضیح تفاوت رنگ دیدنی (مریی) میان ارورانوس و نپتون است.»

مدل این گروه به سه لایه‌ی ریزگردی در فرازاهای گوناگونِ جو هر یک از این دو سیاره می‌پردازد. چنانکه پی برده شد، لایه‌ی میانیِ ذرات ریزگرد، درست بالای سطح چگالش متان، در اورانوس ضخیم‌تر از نپتون است، که این در رنگ دیداریِ دو سیاره اثر می‌گذارد.

در هر دو سیاره، یخ متان بر گِردِ ذراتی که در لایه ی میانی هستند چگالیده می شود و بارانی از برف متانی می‌سازد که ذرات ریزگرد را  در جو به ژرفای پایین‌تر می‌برد، جایی که در آن می‌توانند چگالشِ یخ سولفید هیدروژن را افزایش داده و یک لایه‌ی جداگانه و ژرف‌ترِ ابر/ریزگرد پدید بیاورند.

نپتون جوِ پویاتر و پرآشوب‌تر از اورانوس دارد، که نشان می‌دهد جو نپتون به گونه‌ی کارآمدتری می‌تواند متان گازی را به لایه‌ی ریزگرد ببرد تا در آن به گرد ذرات ریزگرد چگالیده شده و این برف را بسازد.

این رفتار، ریزگرد بیشتری را از بین می‌برد [به ژرفای پایین می‌برد] و باعث می‌شود لایه‌ی ریزگردی نپتون نازک‌تر این لایه در اورانوس شده و در نتیجه نپتون آبی‌تر از اورانوس به نظر برسد. از آن سو، ریزگردهای افزوده در اورانوس، در جوِ ایستا و آرام‌ترِ این سیاره روی هم انباشته می‌شوند و رنگِ روشن‌تری نسبت به نپتون به این سیاره می‌دهند.

در این نمودار سه لایه‌ی هواپخش در جو اورانوس و نپتون در مدل تازه‌ی این دانشمندان را می‌بینیم. ژرف‌ترین لایه (لایه‌ی هواپخش-۱) ضخیم است و از آمیزه‌ی یخ سولفید هیدروژن و ذراتی که در اثر برهم‌کنش جو سیاره با نور خورشید پدید آمده‌اند تشکیل شده.
لایه‌ی کلیدی که بر رنگ سیاره‌ها اثر می‌گذارد لایه‌ی میانی است که لایه‌ای از ذرات ریزگرد است (لایه‌ی هواپخش-۲) و در اورانوس ضخیم‌تر از نپتون است. این پژوهشگران بر این گمانند که در هر دو سیاره، یخ متان به دورِ ذرات ریزگرد این لایه چگالیده می‌شود و برفی از متان می‌سازد که می‌بارد و ذرات ریزگرد را به ژرفای پایین‌ترِ جو می‌راند. به باور این گروه، از آنجایی که نپتون جو پویاتر و پرآشوب‌تری دارد، بهتر می‌تواند ذرات متان را به لایه‌ی ریزگرد بفرستد و این برف را بسازد. این بارش باعث کمتر شدن ریزگرد و نازک‌تر شدن لایه‌ی ریزگرد نپتون نسبت به اورانوس می‌شود و بدین گونه نپتون پررنگ‌تر دیده شود.
بالای هر دوی این لایه‌ها یک لایه‌ی گسترده‌ی ریزگرد (لایه‌ی هواپخش-۳)هماند لایه‌ی زیرش، ولی تنک‌تر است. در نپتون، ذرات بزرگ یخ متان هم بالای این لایه ساخته می‌شوند- تصویر بزرگ‌تر

این مدل تنها به ریزگردها نمی‌پردازد. بلکه از توانایی نپتون برای ساختن لکه‌های نپتون هم می‌گوید. پژوهشگران بر این باورند که درست مانند لکه‌ی سرخ بزرگ مشتری، این لکه‌های تیره‌ی غول‌پیکر هم به احتمال بسیار توفان‌هایی در جو پایینی نپتون -و هر از گاهی در اورانوس- هستند.

بر پایه‌ی این مدل، تاریک و روشن شدنِ ژرف‌ترین لایه‌ی ریزگردی می‌تواند دلیلِ پیدایشِ این ساختارهای سایه‌مانند شود، مانند "لکه‌ی تیره‌ی بزرگ" پرآوازه‌ی نپتون که فضاپیمای وویجر ۲ی ناسا در سال ۱۹۸۹ دیده بود.

اگرچه اخترشناسان در گذشته هم از وجود لکه‌های تیره در جو هر دوی این سیاره‌ها آگاه بودند، ولی نمی‌دانستند کدام لایه‌ی ریزگردی این لکه‌های تیره را پدید می‌آورد و این که آیا آنها دستاوردِ نازک شدن این لایه هستند یا تیره شدن آن.

مایک وونگ، اخترشناس دانشگاه کالیفرنیا، برکلی می‌گوید: «ما امیدوار بودیم که پدید آوردنِ این مدل به ما در شناخت ابرها و ریزگردها در جو غول‌های یخی کمک کند.»«توضیح دادنِ تفاوت رنگ میان نپتون و اورانوس یک جایزه‌ی نامنتظره بود.»

یافته‌های این دانشمندان در نشریه‌ی "جئوفیزیکال ریسرچ: پلنتز" منتشر شده است.

-------------------------------------------------

تلگرام، توییتر و فیسبوک یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies
twitter.com/1star_7sky
facebook.com/1star7sky

واژه‌نامه:

University of Oxford - visible - infrared - Uranus - Neptune - NASA - ESA - Hubble Space Telescope - Infrared Telescope Facility - ITF - Gemini North telescope - ice giant - gas giant - Jupiter - Saturn - Patrick Irwin - aerosol - reflect - ultraviolet - wavelength - haze - planet - methane - condensation - hydrogen sulfide - Great Red Spot - Voyager 2 - Mike Wong - University of California - Berkeley - Journal of Geophysical Research: Planets

منبع: sci-news

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان