Νέες εικόνες αποκαλύπτουν πώς μοιάζουν πραγματικά ο Ποσειδώνας και ο Ουρανός

Πρόσφατη έρευνα του καθηγητή Patrick Irwin το δείχνει αυτό Ποσειδώνας Και Ουρανός Και τα δύο είναι παρόμοια απόχρωση του γαλαζοπράσινου, αμφισβητώντας τις προηγούμενες αντιλήψεις για τα χρώματά τους. Η μελέτη χρησιμοποίησε σύγχρονα τηλεσκοπικά δεδομένα για να διορθώσει ιστορικά λάθη στα χρώματα και να εξηγήσει τις ανεπαίσθητες χρωματικές αλλαγές στον Ουρανό πάνω από την τροχιά του.

Ο Ποσειδώνας φημίζεται για το πλούσιο μπλε χρώμα του και το πράσινο του Ουρανού, αλλά μια νέα μελέτη αποκάλυψε ότι οι δύο γίγαντες του πάγου είναι στην πραγματικότητα πολύ πιο κοντά στο χρώμα από ό,τι συνήθως πιστεύεται.

Οι σωστές σκιές των πλανητών επιβεβαιώθηκαν με τη βοήθεια έρευνας που διεξήχθη από τον καθηγητή Patrick Irwin του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια Το πανεπιστήμιο της Οξφόρδηςτο οποίο δημοσιεύεται σήμερα στο Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Αυτός και η ομάδα του διαπίστωσαν ότι και οι δύο κόσμοι έχουν στην πραγματικότητα μια παρόμοια απόχρωση του πρασινωπού μπλε, παρά τη δημοφιλή πεποίθηση ότι ο Ποσειδώνας είναι ένα βαθύ μπλε του ουρανού και ο Ουρανός έχει μια ωχρή κυανή εμφάνιση.

Οι εικόνες του Voyager 2/ISS του Ουρανού και του Ποσειδώνα που κυκλοφόρησαν λίγο μετά τις πτήσεις του Voyager 2 το 1986 και το 1989, αντίστοιχα, συγκρίθηκαν με την επανεπεξεργασία των μεμονωμένων υποψήφιων εικόνων σε αυτή τη μελέτη για να προσδιοριστεί η καλύτερη εκτίμηση των αληθινών χρωμάτων αυτών των πλανητών. Συντελεστής: Patrick Irwin

Λανθασμένη αντίληψη των πλανητικών χρωμάτων

Οι αστρονόμοι γνώριζαν από καιρό ότι οι περισσότερες σύγχρονες εικόνες των δύο πλανητών δεν αντικατοπτρίζουν με ακρίβεια τα αληθινά τους χρώματα.

Αυτή η εσφαλμένη αντίληψη προέκυψε λόγω φωτογραφιών που τραβήχτηκαν και από τους δύο πλανήτες κατά τον 20ό αιώνα, μεταξύ άλλων από… NASAΑποστολή Voyager 2, το μόνο διαστημόπλοιο που πέταξε σε αυτούς τους κόσμους – εικόνες καταγράφηκαν σε ξεχωριστά χρώματα.

Οι μονόχρωμες εικόνες ανασυνδυάστηκαν αργότερα για να δημιουργήσουν σύνθετες έγχρωμες εικόνες, οι οποίες δεν ήταν πάντα ισορροπημένες με ακρίβεια για μια «αληθινή» έγχρωμη εικόνα και συχνά γίνονταν «πολύ μπλε» – ειδικά στην περίπτωση του Ποσειδώνα.

Ο Ουρανός όπως φαίνεται από το HST/WFC3 από το 2015-2022. Κατά τη διάρκεια αυτής της ακολουθίας, ο ανοιχτό πράσινος Βόρειος Πόλος ταλαντεύεται προς τον Ήλιο και τη Γη. Σε αυτές τις εικόνες, ο ισημερινός και το γεωγραφικό πλάτος σημειώνονται στο 35 βόρεια και 35 νότια. Συντελεστής: Patrick Irwin

Επιπλέον, η αντίθεση των πρώιμων εικόνων του Ποσειδώνα από το Voyager 2 έχει βελτιωθεί σημαντικά για να αποκαλύψει καλύτερα τα σύννεφα, τις ζώνες και τους ανέμους που συνθέτουν τη σύγχρονη άποψη μας για τον Ποσειδώνα.

Ο καθηγητής Irwin είπε: «Αν και οι γνωστές εικόνες του Voyager 2 του Ουρανού δημοσιεύτηκαν σε μια μορφή πιο κοντά στο «αληθινό» χρώμα, οι εικόνες του Ποσειδώνα στην πραγματικότητα τεντώθηκαν και βελτιώθηκαν, και έτσι μετατοπίστηκαν τεχνητά το μπλε».

«Αν και το τεχνητά κορεσμένο χρώμα ήταν γνωστό εκείνη την εποχή μεταξύ των πλανητικών επιστημόνων –και κυκλοφόρησαν εικόνες με λεζάντες που το εξηγούσαν– αυτή η διάκριση έχει χαθεί με την πάροδο του χρόνου».

«Εφαρμόζοντας το μοντέλο μας στα αρχικά δεδομένα, μπορέσαμε να ανακατασκευάσουμε την πιο ακριβή αναπαράσταση μέχρι σήμερα του χρώματος τόσο του Ποσειδώνα όσο και του Ουρανού».

Εξήγηση των αληθινών χρωμάτων μέσω της σύγχρονης έρευνας

Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν δεδομένα από Διαστημικό Τηλεσκόπιο HubbleThe Space Telescope Spectrograph Imager (STIS) και Multi-Unit Spectrograph Explorer (ενατένιση) στο Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο Πολύ μεγάλο τηλεσκόπιο. Και στις δύο συσκευές, κάθε pixel είναι ένα συνεχές φάσμα χρωμάτων.

Αυτό σημαίνει ότι οι παρατηρήσεις STIS και MUSE μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία με σαφήνεια για να προσδιοριστεί το πραγματικό εμφανές χρώμα του Ουρανού και του Ποσειδώνα.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αυτά τα δεδομένα για να εξισορροπήσουν ξανά τις σύνθετες έγχρωμες εικόνες που καταγράφηκαν από το Voyager 2, καθώς και από την κάμερα ευρέος πεδίου 3 του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble (WFC3).

Αυτό αποκάλυψε ότι ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας είναι στην πραγματικότητα κάπως παρόμοιες αποχρώσεις του γαλαζιού. Η κύρια διαφορά είναι ότι ο Ποσειδώνας έχει μια ελαφριά νότα έξτρα μπλε, που το μοντέλο αποκαλύπτει ότι προκαλείται από ένα λεπτότερο στρώμα ομίχλης σε αυτόν τον πλανήτη.

Κινούμενη εικόνα των εποχιακών αλλαγών χρώματος στον Ουρανό κατά τη διάρκεια δύο Ουρανικών ετών (ένα Ουρανικό έτος ισοδυναμεί με 84,02 γήινα έτη), που εκτείνονται από το 1900 έως το 2068 και ξεκινούν λίγο πριν από το νότιο θερινό ηλιοστάσιο, όταν ο νότιος πόλος του Ουρανού δείχνει σχεδόν απευθείας προς τον Ήλιο.
Ο αριστερός δίσκος δείχνει την εμφάνιση του Ουρανού με γυμνό μάτι, ενώ το χρώμα του δεξιού δίσκου έχει επεκταθεί και βελτιωθεί για να κάνει τα ατμοσφαιρικά χαρακτηριστικά πιο έντονα. Σε αυτό το κινούμενο σχέδιο, η περιστροφή του Ουρανού έχει επιβραδυνθεί κατά περισσότερες από 3.000 φορές, έτσι ώστε να είναι ορατή η περιστροφή του πλανήτη, με ξεχωριστά σύννεφα καταιγίδας να περνούν μέσα από τον δίσκο του πλανήτη.
Καθώς ο πλανήτης κινείται προς τα ηλιοστάσια, ένα χλωμό πολικό «καπάκι» αυξανόμενης αδιαφάνειας των νεφών και μειωμένης αφθονίας μεθανίου μπορεί να φανεί να γεμίζει περισσότερο από τον δίσκο του πλανήτη που οδηγεί σε εποχιακές αλλαγές στο συνολικό χρώμα του πλανήτη.
Το μεταβαλλόμενο μέγεθος του δίσκου του Ουρανού οφείλεται στην αλλαγή της απόστασης του Ουρανού από τον Ήλιο κατά τη διάρκεια της τροχιάς του.
Πιστώσεις: Patrick Irwin, Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης

Εξηγήστε τις χρωματικές διαφορές στον Ουρανό

Η μελέτη δίνει επίσης μια απάντηση στο μακροχρόνιο μυστήριο του γιατί ο Ουρανός αλλάζει ελαφρώς χρώμα κατά τη διάρκεια της 84χρονης τροχιάς του γύρω από τον ήλιο.

Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμά τους αφού συνέκριναν για πρώτη φορά εικόνες του γίγαντα των πάγων με μετρήσεις της φωτεινότητάς του, οι οποίες καταγράφηκαν από το Παρατηρητήριο Lowell στην Αριζόνα από το 1950 έως το 2016 σε μπλε και πράσινα μήκη κύματος.

Αυτές οι μετρήσεις έδειξαν ότι ο Ουρανός εμφανίζεται ελαφρώς πιο πράσινος στα ηλιοστάσια (δηλαδή καλοκαίρι και χειμώνα), όταν ένας από τους πόλους του πλανήτη δείχνει προς το άστρο μας. Αλλά κατά τη διάρκεια της ισημερίας – όταν ο ήλιος βρίσκεται πάνω από τον ισημερινό – το χρώμα του είναι κάπως πιο μπλε.

Μέρος του λόγου για αυτό είναι ότι ο Ουρανός έχει μια πολύ ασυνήθιστη περιστροφή.

Στην πραγματικότητα περιστρέφεται σχεδόν στο πλάι του κατά τη διάρκεια της τροχιάς του, που σημαίνει ότι κατά τα ηλιοστάσια του πλανήτη, ο βόρειος ή ο νότιος πόλος του δείχνει σχεδόν απευθείας προς τον Ήλιο και τη Γη.

Αυτό είναι σημαντικό, είπαν οι ερευνητές, επειδή οποιεσδήποτε αλλαγές στην ανακλαστικότητα των πολικών περιοχών θα είχαν σημαντικό αντίκτυπο στη συνολική φωτεινότητα του Ουρανού όταν τον δούμε από τον πλανήτη μας.

Αυτό για το οποίο οι αστρονόμοι ήταν λιγότερο σαφείς είναι πώς ή γιατί διαφέρει αυτή η αντανάκλαση.

Αυτό ώθησε τους ερευνητές να αναπτύξουν ένα μοντέλο που συγκρίνει τα φάσματα των πολικών περιοχών του Ουρανού με αυτά των ισημερινών περιοχών του.

Βρήκε ότι οι πολικές περιοχές είναι πιο αντανακλαστικές στα πράσινα και κόκκινα μήκη κύματος παρά στα μπλε μήκη κύματος, εν μέρει επειδή το μεθάνιο, το οποίο απορροφά το κόκκινο, είναι περίπου το μισό τόσο άφθονο κοντά στους πόλους όσο στον ισημερινό.

Ωστόσο, αυτό δεν ήταν αρκετό για να εξηγήσει πλήρως την αλλαγή χρώματος, έτσι οι ερευνητές πρόσθεσαν μια νέα μεταβλητή στο μοντέλο με τη μορφή ενός “καπακιού” παγωμένης ομίχλης που είχε παρατηρηθεί προηγουμένως κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, ο ηλιόλουστος πόλος όπως ο πλανήτης. Κινείται από την ισημερία στο ηλιοστάσιο.

Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι αυτό πιθανότατα αποτελείται από σωματίδια πάγου μεθανίου.

Όταν προσομοιώθηκαν στο μοντέλο, τα σωματίδια πάγου είχαν αυξημένη ανάκλαση σε πράσινο και κόκκινο μήκη κύματος στους πόλους, παρέχοντας μια εξήγηση για το γιατί ο Ουρανός είναι πιο πράσινος στο ηλιοστάσιο.

Ο καθηγητής Irwin είπε: «Αυτή είναι η πρώτη μελέτη που συνδυάζει ένα ποσοτικό μοντέλο με δεδομένα απεικόνισης για να εξηγήσει γιατί ο Ουρανός αλλάζει χρώμα κατά τη διάρκεια της τροχιάς του».

«Με αυτόν τον τρόπο, δείξαμε ότι ο Ουρανός είναι πιο πράσινος στο ηλιοστάσιο λόγω της μείωσης της αφθονίας μεθανίου στις πολικές περιοχές αλλά και της αύξησης του πάχους των φωτεινά διάσπαρτων σωματιδίων πάγου μεθανίου».

Η Δρ Heidi Hamill, από την Ένωση Πανεπιστημίων για Έρευνα στην Αστρονομία (AURA), η οποία έχει περάσει δεκαετίες μελετώντας τον Ποσειδώνα και τον Ουρανό, αλλά δεν συμμετείχε στη μελέτη, είπε: «Η εσφαλμένη αντίληψη του χρώματος του Ποσειδώνα, καθώς και οι ασυνήθιστες αλλαγές χρώματος του Ουρανού. μας μπερδεύουν εδώ και δεκαετίες. Αυτή η περιεκτική μελέτη θα πρέπει επιτέλους να θέσει και τα δύο ζητήματα να ξεκουραστούν.

Μελλοντική εξερεύνηση και συνεχής έρευνα

Με βάση την κληρονομιά του Voyager στη δεκαετία του 1980, οι γίγαντες του πάγου Ουρανός και Ποσειδώνας παραμένουν ένας δελεαστικός προορισμός για τους μελλοντικούς ρομποτικούς εξερευνητές.

Ο καθηγητής Lee Fletcher, πλανητολόγος από το Πανεπιστήμιο του Leicester και συν-συγγραφέας της νέας μελέτης, δήλωσε: «Η αποστολή να εξερευνήσετε το σύστημα του Ουρανίου – από την παράξενη εποχιακή του ατμόσφαιρα, μέχρι την ποικιλόμορφη συλλογή δακτυλίων και φεγγαριών του – είναι μεγάλη -προφίλ πρώτο.» Προτεραιότητα για τις διαστημικές υπηρεσίες τις επόμενες δεκαετίες.

Ωστόσο, ακόμη και ένας μακρόβιος πλανητικός εξερευνητής που περιστρέφεται γύρω από τον Ουρανό θα απαθανάτιζε μόνο ένα σύντομο στιγμιότυπο ενός Ουρανικού έτους.

«Μελέτες εδάφους όπως αυτή, που δείχνουν πώς η εμφάνιση και το χρώμα του Ουρανού έχουν αλλάξει κατά τη διάρκεια των δεκαετιών ως απάντηση στις πιο παράξενες εποχές του ηλιακού συστήματος, θα είναι ζωτικής σημασίας για να τεθούν οι ανακαλύψεις αυτής της μελλοντικής αποστολής στο ευρύτερο πλαίσιο», πρόσθεσε ο καθηγητής Fletcher.

Αναφορά: «Μοντελοποίηση του εποχιακού κύκλου του χρώματος και του μεγέθους του Ουρανού και σύγκριση με τον Ποσειδώνα» από τους Patrick J. J. Irwin, Jack Dobinson, Arjuna James, Nicholas A. Tenby, Amy A. Simon, Lee N. Fletcher, Michael T. Roman, Glenn S. Orton, Michael H. Wong, Daniel Toledo, Santiago Pérez Hoyos και Julie Beck, 12 Σεπτεμβρίου 2023, Μηνιαίες Ανακοινώσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας.
doi: 10.1093/mnras/stad3761