Waarom zijn Uranus en Neptunus verschillende kleuren? Het antwoord is verrassend alledaags

Helemaal terug naar binnen eind jaren tachtig bezocht het ruimtevaartuig Voyager 2 Uranus en Neptunus. Tijdens de flybys kregen we de eerste close-ups van die ijsreuzen te zien. Zelfs toen merkten planetaire wetenschappers een duidelijk kleurverschil tussen de twee op. Ja, ze hebben allebei blauwtinten. Maar als je goed naar Uranus kijkt, zie je een kleurloze lichtblauwe planeet. Neptunus daarentegen heeft interessante wolken, donkere strepen en donkere vlekken die komen en gaan. Ze staan ​​allemaal tegen een donkerblauwe achtergrond.

Dus, waarom het verschil? Planetaire wetenschappers vermoeden al lang aerosolen (gasdruppels waarin vloeistoffen of stof zijn gesuspendeerd) in elke atmosfeer. Maar volgens een team van wetenschappers dat de lagen van de planeten bestudeert, zijn de nevels die die aerosolen creëren misschien maar een deel van het verhaal.

Uranus en Neptunus: het grote plaatje

Voyager 2’s waarnemingen van Uranus en een afbeelding in valse kleuren van de planeet.NASA

Laten we, om te begrijpen wat er gebeurt, kijken naar wat we weten over Uranus en Neptunus. Ze worden “ijsreuzen” genoemd omdat hun kernen grote hoeveelheden zuurstof, koolstof, stikstof en zwavel bevatten. Die elementen worden “ijs” genoemd omdat het vluchtige chemische verbindingen zijn die rond de 100 K bevriezen. De aanwijzing voor de verschillende kleuren ligt echter in de atmosfeer van de planeten. Elk heeft waterstof, helium en methaan als belangrijkste componenten. Deze dekens van gassen zijn waar het “weer” van elke planeet plaatsvindt. Het blijkt dat je veel observaties nodig hebt – zowel visueel als in andere golflengten van licht – gedurende lange perioden om het weer in deze twee werelden te zien spelen.

Voyager gaf astronomen een voorproefje van wat ‘daarbuiten’ is. Dat leidde tot meer langetermijnwaarnemingen met behulp van andere observatoria op de grond en in de ruimte. Die studies onthullen details over het weer in die werelden en wat het specifiek doet om Uranus zo bleek te maken.

Neptunus, zoals afgebeeld door Voyager.NASA

Waarom zo blauw op Neptunus en niet zo blauw op Uranus? Hazen. Maar wetenschappers moesten het bestaan ​​en de activiteit van nevelen in de bovenste atmosfeer van gigantische ijsplaneten verklaren. Dus hebben ze een model gemaakt. Het werk werd gedaan door een team onder leiding van Patrick Irwin, hoogleraar planetaire fysica aan de universiteit van Oxford in Engeland.

Hun model gebruikt in feite waarnemingen van meerdere atmosferische lagen op Uranus en Neptunus.

“Dit is het eerste model dat gelijktijdig geschikt is voor observaties van gereflecteerd zonlicht van ultraviolette tot bijna-infrarode golflengten”, legt Irwin uit in een persbericht. Hij is de hoofdauteur van een paper waarin het model van het team wordt gepresenteerd in een komende uitgave van de Journal of Geophysical Research: Planeten.

“Het is ook de eerste die het verschil in zichtbare kleur tussen Uranus en Neptunus verklaart.”

Het team van Irwin analyseerde een reeks waarnemingen van beide planeten in ultraviolette, zichtbare en nabij-infrarode golflengten (van 0,3 tot 2,5 micrometer). De gegevens zijn afkomstig van de Near-Infrared Integral Field Spectrometer (NIFS) op de Gemini North-telescoop (onderdeel van het NOIRLab) en archiefgegevens van de NASA Infrared Telescope Facility. Afbeeldingen en gegevens van de NASA/ESA Hubble-ruimtetelescoop droegen ook bij aan het onderzoek. Samen onthulden de gegevens een verrassende structuur en activiteit in beide sferen.

Blauwe Planeten

Het resulterende model onthult opvallende verschillen tussen twee werelden die er anders redelijk hetzelfde uitzien. Als we naar elke planeet in zichtbaar licht kijken, zien we natuurlijk de verschillende tinten blauw. De infrarood- en andere gegevens gaan dieper en onthullen details over nevellagen. Het model van het team toont drie lagen aerosolen op verschillende hoogten in de atmosfeer. De laag die de kleuren aantast is de middelste laag, deze is dik met waasdeeltjes en wordt de Aerosol-2 laag genoemd. Beide planeten hebben die laag, maar het is degene die dikker lijkt op Uranus dan op Neptunus.

De oorzaak en het gevolg van nevels op Uranus en Neptunus:

Dit diagram toont drie lagen aërosolen in de atmosferen van Uranus en Neptunus, zoals gemodelleerd door een team van wetenschappers onder leiding van Patrick Irwin. De hoogteschaal op het diagram geeft de druk boven 10 bar weer. De diepste laag (de Aerosol-1-laag) is dik en bestaat uit een mengsel van waterstofsulfide-ijs en deeltjes geproduceerd door de interactie van de atmosfeer van de planeten met zonlicht. De belangrijkste laag die de kleuren beïnvloedt, is de middelste laag, een laag waasdeeltjes (in het papier de Aerosol-2-laag genoemd) die dikker is op Uranus dan op Neptunus. Boven beide lagen bevindt zich een verlengde waaslaag (de Aerosol-3-laag), vergelijkbaar met de laag eronder, maar dunner. Op Neptunus vormen zich boven deze laag ook grote methaanijsdeeltjes. Courtesy International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA, J. da Silva/NASA /JPL-Caltech /B. Jonsson

Laten we eens kijken hoe nevelen op beide planeten worden gecreëerd. Het blijkt dat het proces voor iedereen ongeveer hetzelfde is. Beide hebben buitenatmosferen die rijk zijn aan methaan, dat bevriest bij ongeveer 91 K. Dat methaanijs condenseert op deeltjes in de bovengenoemde Aerosol-2-laag, waardoor de atmosferische deeltjes iets massiever worden. Het resultaat is methaan-“sneeuw” die neerdaalt op de onderliggende lagen. Het lijkt eigenlijk een geval van “constante winter” op bepaalde niveaus van elke atmosfeer.

Er is echter een laatste wending die de kleurverschillen tussen de twee planeten verklaart. Neptunus heeft een actieve, turbulente atmosfeer. Dat karn de methaan “sneeuw” -deeltjes en stuurt meer van de sneeuw en nevel dieper de atmosfeer in. Neptunus “verzorgt zichzelf”, heeft dus een dunnere waaslaag en behoudt zijn mooie blauwe kleur. Datzelfde karnen kan ook de donkere vlekken op de planeet verklaren.

Uranus daarentegen heeft een tragere atmosfeer. Daar vindt niet zoveel karnen van de methaan “sneeuw” plaats, en de neveldeeltjes worden niet naar beneden getrokken. Dat betekent dat de waaslaag aanhoudt en dikker is, waardoor Uranus een lichtere lichtblauwe tint krijgt.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op Universum vandaag door Carolyn Collins Petersen. Lees hier het originele artikel.

Leave a Reply

Your email address will not be published.