Нові зображення показують, як насправді виглядають Нептун і Уран

Про це свідчить недавнє дослідження професора Патріка Ірвіна Нептун І Уран Обидва мають схожий відтінок бірюзового, що кидає виклик попередньому сприйняттю їхніх кольорів. У дослідженні використовувалися сучасні телескопічні дані, щоб виправити історичні помилки в кольорах і пояснити тонкі зміни кольору Урана над його орбітою.

Нептун відомий своїм насиченим синім кольором і зеленим кольором Урана, але нове дослідження показало, що два крижаних гіганта насправді набагато ближчі за кольором, ніж прийнято вважати.

Правильні тіні планет були підтверджені за допомогою дослідження, проведеного професором Каліфорнійського університету Патріком Ірвіном Оксфордський університетякий опубліковано сьогодні в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Він і його команда виявили, що обидва світи насправді мають схожий відтінок зеленувато-блакитного, незважаючи на поширену думку про те, що Нептун має темно-блакитний колір, а Уран має блідо-блакитний колір.

Зображення Урана та Нептуна, оприлюднені невдовзі після прольоту «Вояджера-2» у 1986 та 1989 роках відповідно, порівнювалися з повторною обробкою окремих зображень-кандидатів у цьому дослідженні, щоб визначити найкращу оцінку справжніх кольорів цих планет. Авторство: Патрік Ірвін

Помилкове уявлення про планетарні кольори

Астрономи давно знають, що більшість сучасних зображень двох планет не точно відображають їхні справжні кольори.

Це помилкове уявлення виникло через фотографії обох планет, зроблені протягом 20 століття, в тому числі… НАСАМісія “Вояджер-2”, єдиний космічний корабель, який пролетів через ці світи – зображення, записані окремими кольорами.

Пізніше монохромні зображення були рекомбіновані для створення складених кольорових зображень, які не завжди були точно збалансовані для «справжнього» кольорового зображення, і часто робилися «надто синіми» – особливо у випадку Нептуна.

Уран у вигляді HST/WFC3 у 2015-2022 роках. Під час цієї послідовності світло-зелений Північний полюс повертається до Сонця та Землі. На цих зображеннях екватор і широта позначені на 35° північної та 35° південної. Авторство: Патрік Ірвін

Крім того, контраст ранніх зображень Нептуна з «Вояджера-2» був значно покращений, щоб краще виявити хмари, смуги та вітри, які складають наше сучасне уявлення про Нептун.

Професор Ірвін сказав: «Хоча знайомі зображення Урана з «Вояджера-2» були опубліковані у формі, ближчій до «справжнього» кольору, зображення Нептуна насправді були розтягнуті та покращені, а отже, штучно зміщені в блакитний колір».

«Хоча штучно насичений колір був відомий у той час серед планетологів – і були оприлюднені зображення з підписами, що пояснюють це – ця відмінність з часом була втрачена».

«Застосувавши нашу модель до вихідних даних, ми змогли відновити найточнішу на сьогоднішній день картину кольору Нептуна та Урана».

Пояснення справжніх кольорів за допомогою сучасних досліджень

У новому дослідженні дослідники використовували дані з Космічний телескоп ХабблСпектрограф Imager для космічного телескопа (STIS) і Multi-Unit Spectrograph Explorer (споглядання) в Європейській південній обсерваторії Дуже великий телескоп. В обох пристроях кожен піксель є безперервним спектром кольорів.

Це означає, що спостереження STIS і MUSE можуть бути однозначно оброблені для визначення справжнього видимого кольору Урана і Нептуна.

Дослідники використовували ці дані, щоб відновити баланс композитних кольорових зображень, зроблених Voyager 2, а також Wide Field Camera 3 (WFC3) космічного телескопа Hubble.

Це показало, що Уран і Нептун насправді дещо схожі відтінки бірюзового. Основна відмінність полягає в тому, що Нептун має легкий відтінок синього кольору, який, як показує модель, спричинений тоншим шаром димки на цій планеті.

Анімація сезонних змін кольору на Урані протягом двох уранових років (один урановий рік еквівалентний 84,02 земним рокам), що триває з 1900 по 2068 рік і починається безпосередньо перед південним літнім сонцестоянням, коли південний полюс Урана вказує майже прямо на Сонце.
Лівий диск показує вигляд Урана неозброєним оком, тоді як колір правого диска було розширено та покращено, щоб зробити атмосферні особливості більш виразними. У цій анімації обертання Урана сповільнено більш ніж у 3000 разів, щоб можна було побачити обертання планети, а окремі грозові хмари проходять крізь диск планети.
Коли планета рухається до сонцестояння, можна побачити бліду полярну «шапку» зі збільшенням непрозорості хмар і зменшенням кількості метану, що заповнює більшу частину диска планети, що призводить до сезонних змін загального кольору планети.
Зміна розміру диска Урана пояснюється зміною відстані Урана від Сонця під час його орбіти.
Авторство: Патрік Ірвін, Оксфордський університет

Поясніть відмінності кольорів Урана

Дослідження також дає відповідь на давню загадку про те, чому Уран трохи змінює колір під час своєї 84-річної орбіти навколо Сонця.

Дослідники дійшли такого висновку після того, як вперше порівняли зображення крижаного гіганта з вимірюваннями його яскравості, які були записані обсерваторією Лоуелл в Арізоні з 1950 по 2016 рік у синьому та зеленому діапазонах.

Ці вимірювання показали, що Уран виглядає дещо зеленішим під час сонцестоянь (тобто влітку та взимку), коли один із полюсів планети спрямований до нашої зірки. Але під час рівнодення — коли сонце знаходиться над екватором — його колір дещо синіший.

Частково це пояснюється тим, що Уран має дуже незвичне обертання.

Вона фактично обертається майже на боці під час своєї орбіти, тобто під час сонцестоянь планети її північний або південний полюс вказує майже прямо на Сонце та Землю.

Дослідники сказали, що це важливо, оскільки будь-які зміни у відбивній здатності полярних регіонів мали б значний вплив на загальну яскравість Урана, якщо дивитися з нашої планети.

Що астрономи були менш ясними, так це те, як і чому це відображення відрізняється.

Це спонукало дослідників розробити модель, яка порівнює спектри полярних регіонів Урана з спектрами його екваторіальних регіонів.

Вона виявила, що полярні регіони краще відображають на зелених і червоних довжинах хвиль, ніж на синіх, частково через те, що метан, який поглинає червоний колір, приблизно вдвічі менший біля полюсів, ніж на екваторі.

Однак цього виявилося недостатньо, щоб повністю пояснити зміну кольору, тому дослідники додали нову змінну в модель у вигляді «шапки» крижаного туману, який поступово згущувався, який раніше спостерігався влітку, освітленого сонцем полюса, як планета. Він рухається від рівнодення до сонцестояння.

Астрономи вважають, що це, ймовірно, складається з частинок метанового льоду.

При моделюванні в моделі частинки льоду мали підвищену відбивну здатність на зелених і червоних довжинах хвиль на полюсах, що пояснює, чому Уран зеленіший під час сонцестояння.

Професор Ірвін сказав: «Це перше дослідження, яке зіставило кількісну модель із даними зображень, щоб пояснити, чому Уран змінює колір під час своєї орбіти».

«Таким чином ми продемонстрували, що Уран стає зеленішим під час сонцестояння через зменшення надлишку метану в полярних регіонах, а також через збільшення товщини яскраво розсіяних частинок метанового льоду».

Доктор Хайді Хемілл з Асоціації університетів досліджень астрономії (AURA), яка десятиліттями вивчала Нептун і Уран, але не брала участі в дослідженні, сказала: «Неправильне сприйняття кольору Нептуна, а також незвичайні зміни кольору Урана, бентежили нас десятиліттями. Це комплексне дослідження має нарешті вирішити обидві проблеми.

Майбутнє дослідження та безперервні дослідження

Спираючись на спадщину «Вояджера» 1980-х років, крижані гіганти Уран і Нептун залишаються привабливим місцем для майбутніх роботизованих дослідників.

Професор Лі Флетчер, вчений-планетолог з Університету Лестера та співавтор нового дослідження, сказав: «Місія з дослідження системи Урану – від її дивної сезонної атмосфери до різноманітної колекції кілець і супутників – є високою – профіль один.» Пріоритет для космічних агентств у найближчі десятиліття.

Однак навіть дослідник планет із довгожителем, що обертається навколо Урана, зробив би лише короткий знімок року на Урані.

«Подібні наземні дослідження, які показують, як вигляд і колір Урана змінювалися протягом десятиліть у відповідь на найдивніші пори року в Сонячній системі, будуть життєво важливими для того, щоб помістити відкриття цієї майбутньої місії в їх ширший контекст», – додав професор Флетчер.

Довідка: Патрік Дж. Дж. Ірвін, Джек Добінсон, Арджуна Джеймс, Ніколас А. Тенбі, Емі А. Саймон, Лі Н. Флетчер, Майкл Т. Роман, «Моделювання сезонного циклу кольору та розміру Урана та порівняння з Нептуном», Глен С. Ортон, Майкл Х. Вонг, Даніель Толедо, Сантьяго Перес Ойос та Джулі Бек, 12 вересня 2023 р. Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства.
doi: 10.1093/mnras/stad3761