Penemuan Baharu Mendedahkan Mengapa Uranus dan Neptun Berbeza Warna

Kapal angkasa Voyager 2 NASA merakam pemandangan Uranus (di sebelah kiri) dan Neptunus (di sebelah kanan) semasa penerbangannya di planet-planet pada tahun 1980-an. Kredit: NASA/JPL-Caltech/B. Jónsson

Pemerhatian dari Balai Cerap Gemini dan teleskop lain mendedahkan bahawa lebihan jerebu berlaku[{” attribute=””>Uranus makes it paler than Neptune.

Astronomers may now understand why the similar planets Uranus and Neptune have distinctive hues. Researchers constructed a single atmospheric model that matches observations of both planets using observations from the Gemini North telescope, the NASA Infrared Telescope Facility, and the Hubble Space Telescope. The model reveals that excess haze on Uranus accumulates in the planet’s stagnant, sluggish atmosphere, giving it a lighter hue than Neptune.

Planet Neptunus dan Uranus mempunyai banyak persamaan — mereka mempunyai jisim, saiz dan komposisi atmosfera yang serupa — namun penampilan mereka amat berbeza. Pada panjang gelombang yang boleh dilihat Neptun mempunyai warna yang jelas lebih biru manakala Uranus adalah warna pucat cyan. Ahli astronomi kini mempunyai penjelasan mengapa kedua-dua planet itu berbeza warna.

Penyelidikan baru mencadangkan bahawa lapisan jerebu pekat yang wujud di kedua-dua planet adalah lebih tebal di Uranus daripada lapisan serupa di Neptun dan ‘memutihkan’ penampilan Uranus lebih daripada Neptunus.[1] Jika tiada jerebu di suasana Neptun dan Uranus, kedua-duanya akan kelihatan hampir sama biru.[2]

Kesimpulan ini datang dari model[3] bahawa pasukan antarabangsa yang diketuai oleh Patrick Irwin, Profesor Fizik Planet di Universiti Oxford, dibangunkan untuk menerangkan lapisan aerosol dalam atmosfera Neptune dan Uranus.[4] Penyiasatan sebelumnya terhadap atmosfera atas planet ini telah memfokuskan pada penampilan atmosfera pada panjang gelombang tertentu sahaja. Walau bagaimanapun, model baharu ini, yang terdiri daripada berbilang lapisan atmosfera, sepadan dengan pemerhatian dari kedua-dua planet merentasi pelbagai panjang gelombang. Model baharu itu juga termasuk zarah jerebu dalam lapisan yang lebih dalam yang sebelum ini dianggap hanya mengandungi awan metana dan ais hidrogen sulfida.

Suasana Uranus dan Neptun

Rajah ini menunjukkan tiga lapisan aerosol dalam atmosfera Uranus dan Neptun, seperti yang dimodelkan oleh pasukan saintis yang diketuai oleh Patrick Irwin. Skala ketinggian pada rajah mewakili tekanan melebihi 10 bar.
Lapisan paling dalam (lapisan Aerosol-1) adalah tebal dan terdiri daripada campuran ais hidrogen sulfida dan zarah yang dihasilkan oleh interaksi atmosfera planet dengan cahaya matahari.
Lapisan utama yang mempengaruhi warna ialah lapisan tengah, iaitu lapisan zarah jerebu (dirujuk dalam kertas sebagai lapisan Aerosol-2) yang lebih tebal di Uranus berbanding di Neptun. Pasukan mengesyaki bahawa, di kedua-dua planet, ais metana terpeluwap ke zarah dalam lapisan ini, menarik zarah lebih dalam ke atmosfera dalam hujan salji metana. Oleh kerana Neptun mempunyai suasana yang lebih aktif dan bergelora berbanding Uranus, pasukan itu percaya atmosfera Neptunus lebih cekap untuk mengaduk zarah metana ke dalam lapisan jerebu dan menghasilkan salji ini. Ini menghilangkan lebih banyak jerebu dan mengekalkan lapisan jerebu Neptun lebih nipis berbanding Uranus, bermakna warna biru Neptun kelihatan lebih kuat.
Di atas kedua-dua lapisan ini terdapat lapisan jerebu (lapisan Aerosol-3) yang serupa dengan lapisan di bawahnya tetapi lebih renggang. Di Neptun, zarah ais metana yang besar juga terbentuk di atas lapisan ini.
Kredit: Balai Cerap Gemini Antarabangsa/NOIRLab/NSF/AURA, J. da Silva/NASA /JPL-Caltech /B. Jónsson

“Ini adalah model pertama yang pada masa yang sama menyesuaikan pemerhatian cahaya matahari yang dipantulkan daripada ultraviolet kepada panjang gelombang inframerah dekat,” jelas Irwin, yang merupakan pengarang utama kertas kerja yang membentangkan hasil ini dalam Journal of Geophysical Research: Planets. “Ia juga yang pertama menjelaskan perbezaan warna yang boleh dilihat antara Uranus dan Neptun.”

Model pasukan terdiri daripada tiga lapisan aerosol pada ketinggian yang berbeza.[5] Lapisan utama yang mempengaruhi warna ialah lapisan tengah, iaitu lapisan zarah jerebu (dirujuk dalam kertas sebagai lapisan Aerosol-2) yang lebih tebal pada Uranus daripada pada Neptun. Pasukan mengesyaki bahawa, di kedua-dua planet, ais metana terpeluwap ke zarah dalam lapisan ini, menarik zarah lebih dalam ke atmosfera dalam hujan salji metana. Oleh kerana Neptun mempunyai suasana yang lebih aktif dan bergelora berbanding Uranus, pasukan itu percaya atmosfera Neptunus lebih cekap untuk mengaduk zarah metana ke dalam lapisan jerebu dan menghasilkan salji ini. Ini menghilangkan lebih banyak jerebu dan mengekalkan lapisan jerebu Neptun lebih nipis berbanding Uranus, bermakna warna biru Neptun kelihatan lebih kuat.

“Kami berharap pembangunan model ini akan membantu kami memahami awan dan jerebu di atmosfera gergasi ais,” komen Mike Wong, ahli astronomi di Universiti California, Berkeley, dan ahli pasukan di sebalik keputusan ini. “Menjelaskan perbezaan warna antara Uranus dan Neptun adalah bonus yang tidak dijangka!”

Untuk mencipta model ini, pasukan Irwin menganalisis satu set pemerhatian planet yang merangkumi panjang gelombang ultraungu, kelihatan dan inframerah dekat (dari 0.3 hingga 2.5 mikrometer) yang diambil dengan Spektrometer Medan Integral Inframerah Dekat (NIFS) pada teleskop Utara Gemini berhampiran. puncak Maunakea di Hawai’i — yang merupakan sebahagian daripada Balai Cerap Gemini antarabangsa, Program NOIRLab NSF — serta data arkib daripada Kemudahan Teleskop Inframerah NASA, juga terletak di Hawai’i, dan Teleskop Angkasa Hubble NASA/ESA.

Instrumen NIFS di Gemini North amat penting untuk hasil ini kerana ia mampu memberikan spektrum – pengukuran sejauh mana kecerahan objek pada panjang gelombang yang berbeza – untuk setiap titik dalam bidang pandangannya. Ini memberikan pasukan pengukuran terperinci tentang sejauh mana reflektif kedua-dua atmosfera planet merentasi kedua-dua cakera penuh planet dan merentasi julat panjang gelombang dekat-inframerah.

“Bagi cerap Gemini terus menyampaikan pandangan baharu tentang sifat jiran planet kita,” kata Martin Still, Pegawai Program Gemini di Yayasan Sains Kebangsaan. “Dalam percubaan ini, Gemini North menyediakan komponen dalam rangkaian kemudahan berasaskan darat dan angkasa yang penting untuk pengesanan dan pencirian jerebu atmosfera.”

Model ini juga membantu menerangkan bintik-bintik gelap yang kadangkala kelihatan pada Neptun dan kurang biasa dikesan pada Uranus. Walaupun ahli astronomi sudah menyedari kehadiran bintik-bintik gelap di atmosfera kedua-dua planet, mereka tidak tahu lapisan aerosol yang menyebabkan bintik-bintik gelap ini atau mengapa aerosol pada lapisan tersebut kurang mencerminkan. Penyelidikan pasukan memberi penerangan tentang soalan-soalan ini dengan menunjukkan bahawa lapisan paling dalam model mereka yang gelap akan menghasilkan bintik-bintik gelap yang serupa dengan yang dilihat di Neptun dan mungkin Uranus.

Nota

  1. Kesan pemutihan ini serupa dengan bagaimana awan masuk exoplanet atmosfera membosankan atau ciri ‘ratakan’ dalam spektrum eksoplanet.
  2. Warna merah cahaya matahari yang bertaburan dari jerebu dan molekul udara lebih diserap oleh molekul metana di atmosfera planet. Proses ini — dirujuk sebagai Rayleigh menghambur — itulah yang menjadikan langit biru di Bumi (walaupun di atmosfera Bumi, cahaya matahari kebanyakannya diserakkan oleh molekul nitrogen dan bukannya molekul hidrogen). Penyerakan Rayleigh berlaku terutamanya pada panjang gelombang yang lebih pendek dan lebih biru.
  3. Aerosol ialah ampaian titisan atau zarah halus dalam gas. Contoh biasa di Bumi termasuk kabus, jelaga, asap dan kabut. Pada Neptun dan Uranus, zarah yang dihasilkan oleh cahaya matahari berinteraksi dengan unsur-unsur di atmosfera (tindak balas fotokimia) bertanggungjawab terhadap jerebu aerosol di atmosfera planet ini.
  4. Model saintifik ialah alat pengiraan yang digunakan oleh saintis untuk menguji ramalan tentang fenomena yang mustahil dilakukan di dunia nyata.
  5. Lapisan paling dalam (dirujuk dalam kertas sebagai lapisan Aerosol-1) adalah tebal dan terdiri daripada campuran ais hidrogen sulfida dan zarah yang dihasilkan oleh interaksi atmosfera planet dengan cahaya matahari. Lapisan atas adalah lapisan lanjutan jerebu (lapisan Aerosol-3) serupa dengan lapisan tengah tetapi lebih renggang. Di Neptun, zarah ais metana yang besar juga terbentuk di atas lapisan ini.

Maklumat lanjut

Penyelidikan ini dibentangkan dalam kertas kerja “Dunia biru berjerebu: Model aerosol holistik untuk Uranus dan Neptune, termasuk Tompok Gelap” untuk muncul dalam Jurnal Penyelidikan Geofizik: Planet.

Pasukan ini dianggotai oleh PGJ Irwin (Jabatan Fizik, Universiti OxfordUK), NA Teanby (Sekolah Sains Bumi, Universiti BristolUK), LN Fletcher (Sekolah Fizik & Astronomi, Universiti Leicester, UK), D. Toledo (Instituto Nacional de Tecnica Aeroespacial, Sepanyol), GS Orton (Makmal Pendorong Jet, Institut Teknologi California, Amerika Syarikat), MH Wong (Pusat Sains Planetary Integratif, Universiti California, Berkeley, Amerika Syarikat), MT Roman (Sekolah Fizik & Astronomi, Universiti Leicester, UK), S. Perez-Hoyos (Universiti Negara Basque, Sepanyol), A. James (Jabatan Fizik, Universiti Oxford, UK), J. Dobinson (Jabatan Fizik, Universiti Oxford, UK).

NOIRLab NSF (Makmal Penyelidikan Astronomi Optik-Inframerah Kebangsaan), pusat AS untuk astronomi inframerah optik berasaskan darat, mengendalikan Balai Cerap Gemini antarabangsa (kemudahan NSF, NRC–Kanada, ANID–Chile, MCTIC–Brazil, MINCyT–Argentina , dan KASI–Republik Korea), Balai Cerap Negara Puncak Kitt (KPNO), Balai Cerap Antara Amerika Cerro Tololo (CTIO), Pusat Sains dan Data Komuniti (CSDC), dan Balai Cerap Vera C. Rubin (beroperasi dengan kerjasama Jabatan Makmal Pemecut Kebangsaan SLAC Energy). Ia diuruskan oleh Persatuan Universiti untuk Penyelidikan dalam Astronomi (AURA) di bawah perjanjian kerjasama dengan NSF dan beribu pejabat di Tucson, Arizona. Komuniti astronomi berbesar hati untuk berpeluang menjalankan penyelidikan astronomi di Iolkam Du’ag (Puncak Kitt) di Arizona, di Maunakea di Hawai’i, dan di Cerro Tololo dan Cerro Pachón di Chile. Kami mengiktiraf dan mengiktiraf peranan budaya dan penghormatan yang sangat penting yang dimiliki oleh tapak ini untuk Negara Tohono O’odham, komuniti asli Hawaii dan komuniti tempatan di Chile, masing-masing.

We want to say thanks to the writer of this write-up for this awesome material

Penemuan Baharu Mendedahkan Mengapa Uranus dan Neptun Berbeza Warna


Find here our social media accounts as well as other related pageshttps://paw6.info/related-pages/