MNRAS: Нептун и Уран действительно похожи

Нептун известен как насыщенный голубой, а Уран — как зеленый, но новое исследование показало, что эти два ледяных гиганта на самом деле гораздо ближе по цвету, чем принято считать.

Правильные оттенки планет были подтверждены с помощью исследования под руководством профессора Патрика Ирвина из Оксфордского университета, которое было опубликовано сегодня в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Он и его команда обнаружили, что оба мира на самом деле имеют схожий оттенок зеленовато-голубого цвета, несмотря на общепринятое мнение о том, что Нептун имеет глубокий лазурный цвет, а Уран — бледно-голубой.

Астрономам давно известно, что большинство современных изображений двух планет не совсем точно отражают их истинный цвет.

Заблуждение возникло из-за того, что снимки обеих планет, сделанные в XX веке, в том числе миссией НАСА «Вояджер-2», единственным космическим аппаратом, пролетевшим мимо этих миров, зафиксировали изображения в разных цветах.

Позднее одноцветные изображения были скомбинированы для создания составных цветных изображений, которые не всегда были точно сбалансированы для получения «истинного» цветного изображения, и — особенно в случае с Нептуном — часто получались „слишком синими“.

Кроме того, ранние снимки Нептуна с «Вояджера-2» были сильно контрастированы, чтобы лучше показать облака, полосы и ветры, которые формируют наше современное представление о Нептуне.

Профессор Ирвин сказал:

Хотя знакомые нам снимки Урана с «Вояджера-2» были опубликованы в форме, более близкой к „истинному“ цвету, снимки Нептуна были, по сути, растянуты и усилены, а потому искусственно сделаны слишком синими.

Несмотря на то, что в то время ученые-планетологи знали об искусственно насыщенном цвете, и изображения были опубликованы с поясняющими подписями, это различие со временем было утеряно.

Применив нашу модель к исходным данным, мы смогли восстановить наиболее точное представление цвета Нептуна и Урана.

В новом исследовании ученые использовали данные спектрографа изображений космического телескопа «Хаббл» (STIS) и спектроскопического прибора Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) на Очень большом телескопе Европейской южной обсерватории. В обоих приборах каждый пиксель представляет собой непрерывный спектр цветов.

Это означает, что наблюдения STIS и MUSE могут быть однозначно обработаны для определения истинного видимого цвета Урана и Нептуна.

Исследователи использовали эти данные для повторной балансировки составных цветных изображений, записанных камерой «Вояджера-2», а также широкоугольной камерой 3 (WFC3) космического телескопа „Хаббл“.

В результате выяснилось, что Уран и Нептун на самом деле имеют довольно схожий оттенок зеленовато-голубого цвета. Главное отличие заключается в том, что у Нептуна есть небольшой намек на дополнительный синий цвет, который, как показала модель, обусловлен более тонким слоем дымки на этой планете.

Исследование также дает ответ на давнюю загадку, почему цвет Урана слегка меняется в течение 84 лет его обращения вокруг Солнца.

Авторы пришли к своему выводу, сравнив изображения ледяного гиганта с измерениями его яркости, которые были зафиксированы Лоуэллской обсерваторией в Аризоне в 1950-2016 годах в синем и зеленом диапазонах волн.

Эти измерения показали, что Уран выглядит немного зеленее во время солнцестояний (то есть летом и зимой), когда один из полюсов планеты направлен к нашей звезде. А во время равноденствий — когда Солнце находится над экватором — он имеет несколько более голубой оттенок.

Частично это объясняется тем, что Уран имеет очень необычное вращение.

Во время своего движения по орбите он вращается почти на боку, а это значит, что во время солнцестояний северный или южный полюс планеты направлен почти прямо на Солнце и Землю.

По словам авторов, это очень важно, поскольку любые изменения в отражательной способности полярных областей будут оказывать большое влияние на общую яркость Урана при наблюдении с нашей планеты.

Астрономам было менее понятно, как и почему отражательная способность отличается.

Это заставило исследователей разработать модель, которая сравнивает спектры полярных и экваториальных областей Урана.

Выяснилось, что полярные области более отражают зеленые и красные волны, чем синие, отчасти потому, что метан, поглощающий красный цвет, примерно в два раза более распространен у полюсов, чем на экваторе.

Однако этого оказалось недостаточно для полного объяснения изменения цвета, поэтому исследователи добавили в модель новую переменную в виде «капюшона» из постепенно сгущающейся ледяной дымки, которая ранее наблюдалась над летним, освещенным Солнцем полюсом по мере того, как планета переходила от равноденствия к солнцестоянию.

Астрономы полагают, что она, скорее всего, состоит из частиц метанового льда.

При моделировании в модели частицы льда еще больше увеличили отражение в зеленом и красном диапазонах волн на полюсах, что позволяет объяснить, почему Уран более зеленый в период солнцестояния.

Профессор Ирвин сказал:

Это первое исследование, в котором количественная модель соотносится с данными съемки, чтобы объяснить, почему цвет Урана меняется во время его орбиты.

Таким образом, мы продемонстрировали, что Уран зеленеет в период солнцестояния из-за того, что в полярных регионах снижается содержание метана, но при этом увеличивается толщина ярко рассеивающих частиц метанового льда.

Доктор Хайди Хаммел из Ассоциации университетов для исследований в области астрономии (AURA), которая десятилетиями изучала Нептун и Уран, но не принимала участия в исследовании, сказала:

Неверное представление о цвете Нептуна, а также необычные изменения цвета Урана не дают нам покоя уже несколько десятилетий. Это всеобъемлющее исследование должно наконец поставить точку в обоих вопросах.

Ледяные гиганты Уран и Нептун остаются заманчивым объектом для будущих роботов-исследователей, опираясь на наследие, оставленное «Вояджером» в 1980-х годах.

Профессор Ли Флетчер, планетолог из Лестерского университета и соавтор нового исследования, сказал:

Миссия по исследованию системы Урана — от его причудливой сезонной атмосферы до разнообразной коллекции колец и лун — является одним из главных приоритетов для космических агентств на ближайшие десятилетия.

Однако даже долгоживущий планетарный исследователь на орбите вокруг Урана сможет сделать лишь короткий снимок уранианского года.

Подобные земные исследования, показывающие, как менялся внешний вид и цвет Урана на протяжении десятилетий в ответ на самые странные сезоны в Солнечной системе, будут жизненно важны для того, чтобы вписать открытия этой будущей миссии в более широкий контекст, — заключает профессор Флетчер.

Фото: Patrick Irwin

05.01.2024