Uma nova descoberta revela a razão das diferentes cores de Urano e Netuno

A espaçonave Voyager 2 da NASA capturou essas imagens de Urano (esquerda) e Netuno (direita) durante sobrevoos planetários na década de 1980. Crédito: NASA/JPL-Caltech/B. Johnson

Observações do Observatório Gemini e outros telescópios revelam neblina excessiva Urano Torna-o mais pálido do que Netuno.

Os astrônomos podem agora entender por que os planetas semelhantes Urano e Netuno têm tons distintos. Os pesquisadores criaram um único modelo atmosférico que corresponde a observações de ambos os planetas usando observações do Gemini North Telescope. NASA instalação de telescópio infravermelho, e telescópio espacial Hubble. O modelo revela que o excesso de neblina em Urano está se acumulando na atmosfera lenta do planeta, dando-lhe uma cor mais clara que Netuno.

Os planetas Netuno e Urano compartilham muito em comum – eles têm massas, tamanhos e composições atmosféricas semelhantes – mas suas aparências são marcadamente diferentes. Em comprimentos de onda visíveis, Netuno é visivelmente mais azul, enquanto Urano é um tom mais pálido de ciano. Os astrônomos agora têm uma explicação de por que os dois planetas são tão diferentes em cores.

Novas pesquisas indicam que a camada de neblina concentrada encontrada em ambos os planetas é mais espessa em Urano do que uma camada semelhante em Netuno e “embranquece” a aparência de Urano mais do que em Netuno.[1] Se não houver neblina ambiente De Netuno e Urano, ambos aparecerão aproximadamente iguais em azul.[2]

Esta conclusão vem de um modelo[3] que uma equipe internacional liderada por Patrick Irwin, professor de física planetária da Universidade de Oxford, desenvolveu para descrever as camadas de aerossol nas atmosferas de Netuno e Urano.[4] Investigações anteriores das atmosferas superiores desses planetas se concentraram na aparência da atmosfera apenas em comprimentos de onda específicos. No entanto, este novo modelo, composto por múltiplas camadas atmosféricas, corresponde a observações de ambos os planetas em uma ampla gama de comprimentos de onda. O novo modelo também inclui partículas difusas dentro de camadas mais profundas que anteriormente se pensava conter apenas nuvens de metano e gelo de sulfeto de hidrogênio.

Atmosfera de Urano e Netuno

Este diagrama mostra três camadas de aerossóis nas atmosferas de Urano e Netuno, projetadas por uma equipe de cientistas liderada por Patrick Irwin. O altímetro no gráfico representa a pressão acima de 10 bar.
A camada mais profunda (camada de aerossol-1) é espessa e consiste em uma mistura de gelo de sulfeto de hidrogênio e partículas provenientes da interação de atmosferas planetárias com a luz solar.
A camada principal que afeta as cores é a camada intermediária, que é uma camada de partículas de névoa (referida no artigo como camada de aerossol-2) que é mais espessa em Urano do que em Netuno. A equipe suspeita que em ambos os planetas, o gelo de metano se condensa nas partículas dessa camada, puxando as partículas mais para dentro da atmosfera à medida que as neves de metano caem. Como a atmosfera de Netuno é mais ativa e turbulenta que a de Urano, a equipe acredita que a atmosfera de Netuno é mais eficiente em desviar partículas de metano para a camada de neblina e produzir essa neve. Isso remove mais neblina e mantém a camada de neblina de Netuno mais fina do que em Urano, o que significa que o azul de Netuno parece ser mais forte.
Acima de ambas as camadas há uma camada estendida de neblina (camada de aerossol 3) semelhante à camada abaixo, mas mais frágil. Em Netuno, grandes partículas de gelo de metano também se formam acima dessa camada.
Crédito: Observatório Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA, J. da Silva/NASA/JPL-Caltech/B. Johnson

“Este é o primeiro modelo que se ajusta sincronicamente às observações da luz solar refletida do ultravioleta ao infravermelho próximo”, explicou Irwin, principal autor de um artigo de pesquisa que apresenta essa descoberta no Journal of Geophysical Research: Planets. “Ele também é o primeiro a explicar a diferença de cor visível entre Urano e Netuno.”

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O modelo da equipe consiste em três camadas de aerossóis em diferentes altitudes.[5] A camada principal que afeta as cores é a camada intermediária, que é uma camada de partículas de névoa (referida no artigo como camada de aerossol-2) que é mais espessa sobre o Urano Do Netuno. A equipe suspeita que em ambos os planetas, o gelo de metano se condensa nas partículas dessa camada, puxando as partículas mais para dentro da atmosfera à medida que as neves de metano caem. Como a atmosfera de Netuno é mais ativa e turbulenta que a de Urano, a equipe acredita que a atmosfera de Netuno é mais eficiente em desviar partículas de metano para a camada de neblina e produzir essa neve. Isso remove mais neblina e mantém a camada de neblina de Netuno mais fina do que em Urano, o que significa que o azul de Netuno parece ser mais forte.

Mike Wong, astrônomo da Universidade da California, BerkeleyUm membro da equipe por trás desta pontuação. “Explicar a diferença de cor entre Urano e Netuno foi um bônus inesperado!”

Para criar este modelo, a equipe de Irwin analisou um conjunto de observações planetárias que incluem comprimentos de onda ultravioleta, visível e infravermelho próximo (0,3 a 2,5 micrômetros) obtidos com o espectrômetro infravermelho próximo (NIFS) no telescópio Gemini North nas proximidades. Maunakea Summit no Havaí – parte do Observatório Internacional Gemini, programa NOIRLab da NSF – além de dados de arquivo do Infrared Telescope Facility da NASA, também no Havaí, e Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA.

O instrumento NIFS em Gemini North foi particularmente importante para esta descoberta porque é capaz de fornecer espectros – medidas de quão brilhante é um objeto em diferentes comprimentos de onda – para cada ponto em seu campo de visão. Isso forneceu à equipe medições detalhadas de como as atmosferas de ambos os planetas refletem em todo o disco do planeta e em uma faixa de comprimentos de onda do infravermelho próximo.

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“Os observatórios Gemini continuam a fornecer novos insights sobre a natureza de nossos planetas vizinhos”, disse Martin Steele, Diretor do Programa Gemini da National Science Foundation. “Neste experimento, a Gemini North forneceu um componente dentro de um conjunto de instalações terrestres e espaciais críticas para a detecção e caracterização de riscos atmosféricos”.

O modelo também ajuda a explicar as manchas escuras que às vezes aparecem em Netuno e menos comumente em Urano. Embora os astrônomos já estivessem cientes da presença de manchas escuras nas atmosferas de ambos os planetas, eles não sabiam qual camada de aerossóis causava essas manchas escuras ou por que os aerossóis nessas camadas eram menos refletivos. A pesquisa da equipe esclarece essas questões, mostrando que o escurecimento da camada mais profunda de seu modelo resultaria em manchas escuras semelhantes às vistas em Netuno e possivelmente em Urano.

Notas

  1. Este efeito de clareamento é semelhante ao efeito de nuvem planeta extra-solar As atmosferas são manifestações monótonas ou “planas” nos espectros dos exoplanetas.
  2. As cores vermelhas da luz do sol espalhadas pelo nevoeiro e pelas partículas de ar são absorvidas ainda mais pelas partículas de metano nas atmosferas dos planetas. Este processo – conhecido como Dispersão Riley É o que torna o céu azul aqui na Terra (embora a luz solar na atmosfera da Terra seja espalhada principalmente por moléculas de nitrogênio em vez de moléculas de hidrogênio). O espalhamento Rayleigh ocorre principalmente em comprimentos de onda mais curtos e azuis.
  3. Um aerossol é uma suspensão de gotículas ou partículas finas em um gás. Exemplos comuns na Terra incluem neblina, fuligem, fumaça e névoa. Em Netuno e Urano, partículas da luz solar interagem com elementos na atmosfera (reações fotoquímicas) é responsável pelas névoas de aerossol na atmosfera desses planetas.
  4. Um modelo científico é uma ferramenta computacional que os cientistas usam para testar previsões sobre um fenômeno que seria impossível de fazer no mundo real.
  5. A camada mais profunda (referida no artigo como Aerosol Layer-1) é espessa e consiste em uma mistura de gelo de sulfeto de hidrogênio e partículas da interação de atmosferas planetárias com a luz solar. A camada superior é uma camada estendida de neblina (camada de aerossol 3) semelhante à camada intermediária, mas mais frágil. Em Netuno, grandes partículas de gelo de metano também se formam acima dessa camada.
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Mais Informações

Esta pesquisa foi apresentada em um artigo “Misty Blue Worlds: Um modelo global enevoado de Urano e Netuno, incluindo manchas escuraspara aparecer no Jornal de Pesquisa Geofísica: Planetas.

A equipe é composta pelo PGJ Irwin (Departamento de Física, Universidade de OxfordReino Unido), NA Teanby (Faculdade de Ciências da Terra, Universidade de Bristol, Reino Unido), LN Fletcher (Escola de Física e Astronomia, Universidade de Leicester, Reino Unido), D. Toledo (Instituto Nacional de Tecnica Aeroespacial, Espanha), GS Orton (JPL, Caltech, EUA), MH Wong (Center for Integrative Planetary Ciência, Universidade da Califórnia, Berkeley, EUA), MT Roman (Escola de Física e Astronomia, Universidade de Leicester, Reino Unido), S. Perez-Hoyos (Universidade do País Basco, Espanha), A. James (Departamento de Física, Universidade de Oxford, Reino Unido), J. Dobson (Departamento de Física, Universidade de Oxford, Reino Unido).

NOIRLab (National Optical and Infrared Astronomy Research Laboratory) da NSF, o centro dos EUA para astronomia óptica infravermelha terrestre, opera o Observatório Internacional Gemini (NSF Facility, NRC-Canada, ANID-Chile, MCTIC-Brasil, MINCyT- Argentina, KASI – República da Coréia), Kate Summit National Observatory (KPNO), Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), Community and Data Science Center (CSDC), Vera C. Rubin Observatory (operando em conjunto com o Departamento de SLAC Energy National Accelerator Laboratory) . É administrado pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia (AURA) sob um acordo de cooperação com a NSF e está sediada em Tucson, Arizona. A comunidade astronômica tem a honra de ter a oportunidade de realizar pesquisas astronômicas em Iolkam Du’ag (Kitt Peak) no Arizona, em Maunakea no Havaí e em Cerro Tololo e Cerro Pachón no Chile. Reconhecemos e reconhecemos o papel cultural muito importante e a reverência que esses locais têm para a nação Tohono O’odham, a comunidade nativa havaiana e as comunidades chilenas, respectivamente.

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