Почему Нептун более темно-синий, чем Уран?

Это интригующий вопрос, решение которого предложили Irwin et al. (2022; arXiv:2201.04516 ), статья, которая вдохновила YouTube, NewScientist, ScienceAlert, Phys.org и т. д. на освещение последних нескольких дней. Тем не менее, я бы подождал несколько лет, чтобы узнать, есть ли у других альтернативные идеи, прежде чем закрыть это дело. Кроме того, статья должна пройти рецензирование.

Вот верхняя половина рисунка 1 из исследования Irwin et al. бумага:

Кривые «человеческого глаза» сравниваются со спектрами космического телескопа Хаббл двух планет. Пара вещей, которые следует отметить: Нептун немного более отражающий, где пик человеческих синих оптических колбочек, а Уран немного более отражающий, где пик красных колбочек. Так что это разница в цвете, о которой спрашивал и отвечал ОП. Эти наблюдения Урана и Нептуна с помощью Хаббла уже были опубликованы в 2009 и 2011 годах на основе наблюдений 2002 и 2003 годов.

Что нового в исследовании Irwin et al. исследование представляет собой модель или теоретическое описание слоев дымки и облаков, присутствующих как на Уране, так и на Нептуне. На самом деле в документе приводится довод в пользу простой структуры из трех слоев дымки/облаков на Уране (плюс один дополнительный слой на Нептуне), в основном схожих между двумя планетами. В более ранних работах предполагалось, что все слои были либо дымкой (например, фотохимическим смогом), либо льдом (из метана или сероводорода), но в этой новой модели дымка смешана со всеми слоями (за исключением дополнительного метанового перистого слоя на Нептуне).

Слой «Аэрозоль-2», как утверждается, объясняет цветовые различия. В этой новой модели слой Aerosol-2 немного поглощает, особенно в ультрафиолетовом и синем диапазонах волн, что является довольно стандартным предположением для слоев дымки. Но он расположен глубже в атмосфере, где предыдущие исследования предполагали наличие слоя конденсации метана и льда. Другие ученые могут использовать другие модели тумана/облака для описания данных об Уране и Нептуне. Так что было бы неплохо подождать и посмотреть, будут ли новые Irwin et al. модель бросают вызов другим. Также было бы здорово отправить зонды к этим планетам и посмотреть, верна ли какая-либо из этих моделей.

В новом исследовании Irwin et al. модели, основные факторы, влияющие на видимый цвет двух планет — различия между розовыми и черными линиями выше — это большее количество газообразного метана на Нептуне (что делает Нептун менее отражающей, чем Уран, в красных длинах волн) и большее количество частиц дымки. в одном из слоев Урана (что делает Уран менее отражающим, чем Нептун, в синих длинах волн).

Tl:DR : По данным группы под руководством планетарного физика Патрика Ирвина из Оксфордского университета в Великобритании, расширенный слой дымки разбавляет оттенок Урана, что приводит к более бледному цвету по сравнению с Нептуном.

Длинный ответ

Уран и Нептун имеют очень похожий структурный и атмосферный состав (небольшое каменистое ядро ​​окружено мантией из водяного, аммиачного и метанового льдов и газовой атмосферой, состоящей в основном из водорода, гелия и метана, и верхним слоем облаков в верхних слоях атмосферы). атмосфера не однородная, а многослойная). Ирвин и его коллеги проанализировали наблюдения двух планет в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, чтобы создать новые модели атмосферных слоев, которые очень хорошо объясняют штормы и темные пятна на планетах.

В их моделях обе планеты имеют слой фотохимической дымки. Это происходит, когда ультрафиолетовое излучение Солнца разрушает аэрозольные частицы в атмосфере, образуя частицы дымки. Они назвали этот слой «Аэрозольный слой-2», и на обеих планетах он, по-видимому, является источником семян облаков, которые конденсируются в метановый лед на нижней границе и снегом проникают глубже в атмосферу, но на Уране этот слой, по-видимому, вдвое больше. такой же непрозрачный, как на Нептуне, и поэтому две планеты выглядят по-разному. Согласно статье ² :

Поскольку обнаружено, что эти частицы поглощают УФ-излучение, это объясняет наблюдаемую более низкую отражательную способность Урана в УФ-излучении, а также объясняет, почему Уран кажется человеческому глазу более бледно-голубым цветом, чем Нептун, поскольку обнаружено, что эти частицы имеют примерно белый видимый спектр отражательной способности. .

Более низкая непрозрачность слоя Aerosol-2 на Нептуне также объясняет, почему темные пятна … легче наблюдать в атмосфере Нептуна, чем в атмосфере Урана.

Под аэрозолем-2 находится еще один слой, называемый «слоем аэрозоля-1», который представляет собой более глубокий слой дымки, где метан повторно испаряется и повторно осаждает частицы дымки. Эти частицы тумана затем конденсируются в субмикронные кристаллы сероводорода. Аэрозоль-1 концентрируется в определенных местах, которые считаются темными пятнами Нептуна.

Здесь также играет роль концентрация метана. На Уране 2% метана, а на Нептуне в атмосфере 1,5% метана, поэтому больше метана поглощает инфракрасный свет и отражает синий свет.

Рекомендации

1. https://www.sciencealert.com/we-might-finally-know-why-uranus-and-neptune-are-other-colors/amp
2. Туманные голубые миры: целостная аэрозольная модель Урана и Нептуна, включая темные пятна Патрика Дж. Дж. Ирвина и др. (arXiv: 2201.04516 )
3. Почему голубой оттенок Нептуна отличается от Урана?

Согласно https://phys.org/news/2022-02-explanation-difference-blue-hues-uranus.html , это потому, что у Урана более плотная атмосфера, чем у Нептуна.