Нептун відомий насичено-блакитним, а Уран — зеленим, але нове дослідження показало, що два крижаних гіганти насправді набагато ближчі за кольором, ніж досі вважали науковці. Справжні відтінки планет встановив професор Патрік Ірвін (Patrick Irwin) з Оксфордського університету разом з колегами. Результати дослідження оприлюднив журнал Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Науковці виявили, що обидва світи насправді мають схожий зеленувато-блакитний відтінок, попри поширену думку про те, що Нептун має насичений блакитний колір, а Уран — блідо-блакитний.
Астрономи давно знають, що більшість сучасних зображень двох планет не точно відображають їхні справжні кольори. Помилкове уявлення виникло через те, що знімки обох планет, отримані в 20-му столітті, зокрема і місією NASA «Вояджер-2», єдиним космічним апаратом, що пролетів повз ці світи, робили в різних окремих кольорах.
Пізніше одноколірні зображення були об’єднані для створення комбінованих кольорових зображень. Вони не завжди були точно збалансовані для отримання «справжнього» кольорового зображення, і, зокрема у випадку Нептуна, їх часто робили «надто синіми».
Крім того, ранні зображення Нептуна, отримані за допомогою «Вояджера-2», були сильно підсилені контрастом, щоб краще виявити хмари, смуги та прояви вітрів. Ці деталі формують наш сучасний погляд на Нептун.
Професор Ірвін сказав: «Хоча відомі зображення Урана від «Вояджера-2» були опубліковані у формі, ближчій до «справжнього» кольору, зображення Нептуна насправді були розбалансовані та покращені, а отже, зроблені штучно занадто синіми. Хоча вже тоді планетологи знали про штучно насичений колір, а зображення були оприлюднено з підписами, які пояснювали це, про таку особливість з часом забули. Застосувавши нашу модель до первинних даних, ми змогли відновити найточніші кольори як Нептуна, так і Урана».
Знімки Урана, отримані протягом 2015—2022 рр. за допомогою «Ширококутної камери 3» (Wide Field Camera 3) Космічного телескопа імені Габбла. На послідовності знімків північний полюс, який має більш блідо-зелений колір, повертається вниз до напрямку на Сонце та Землю. На зображеннях позначені екватор і лінії широти — 35 градусів північної і південної. Авторські права на зображення: Патрік Ірвін (Patrick Irwin). Фото з сайту https://phys.org.
У новому дослідженні науковці використали дані зі спектрографа Космічного телескопа імені Габбла (Space Telescope Imaging Spectrograph, STIS) і багатоканального спектрографа (Multi Unit Spectroscopic Explorer, MUSE) на Дуже великому телескопі Європейської південної обсерваторії. В обох інструментах кожен піксель є неперервним спектром кольорів.
Це означає, що дані спостережень STIS і MUSE можна однозначно обробити для визначення справжнього видимого кольору Урана і Нептуна. Дослідники використовували ці дані, щоб відновити баланс композитних кольорових зображень, записаних камерою «Вояджер-2», а також камерою Wide Field Camera 3 (WFC3) Космічного телескопа імені Габбла.
Така робота показала, що Уран і Нептун насправді мають досить схожий відтінок зеленувато-блакитного. Основна відмінність полягає в тому, що Нептун має незначний натяк на додатковий блакитний колір, який, як показує модель, пов’язаний із тоншим шаром серпанку на цій планеті.
Дослідження також дає відповідь на давню загадку про те, чому колір Урана трохи змінюється протягом його 84-річної орбіти навколо Сонця. Автори з’ясували це після того, як порівняли зображення крижаного гіганта з даними вимірювань його яскравості, які були записані обсерваторією Ловелла в Арізоні в 1950—2016 роках у синьому та зеленому діапазонах.
Ці порівяння показали: Уран має трохи зеленіший вигляд під час свого сонцестояння (тобто влітку та взимку), коли один із полюсів планети спрямований до нашої зорі. Але під час рівнодень — коли Сонце перебуває над екватором — планета має дещо синіший відтінок.
Відомо, що частково це пояснюється незвичайним обертанням Урана. Він фактично обертається майже на боці під час своєї орбіти, тобто під час сонцестоянь планети її північний або південний полюс вказує майже прямо на Сонце та Землю. Це важливо, кажуть автори, оскільки будь-які зміни відбивної здатності полярних районів матимуть великий вплив на загальну яскравість Урана, якщо дивитися на нього з нашої планети.
Що астрономам було менш ясним, так це те, як і чому ця здатність відбиття відрізняється. Це спонукало дослідників до розробки моделі, яка порівнювала спектри полярних районів Урана з його екваторіальними районами. Було виявлено, що полярні області мають більшу відбивну здатність в зелених і червоних довжинах хвиль, ніж в синіх хвилях. Це частково через те, що метану, який поглинає червоний колір, приблизно вдвічі менше біля полюсів, ніж на екваторі.
Анімація сезонних змін кольору протягом двох років на Урані (один рік Урана становить 84,02 земних років) — від 1900 р. до 2068 року. На початку цього періоду на планеті було південне літнє сонцестояння, коли південний полюс Урана спрямований майже прямо на Сонце. Диск ліворуч демонструє вигляд Урана неозброєним оком, а правий — збільшений і покращений, щоб зробити атмосферні особливості чіткішими. У цій анімації обертання Урана сповільнено у понад 3000 разів, щоб можна було побачити обертання планети та окремі грозові хмари, які проходять по диску планети. Коли планета рухається до свого сонцестояння, можна побачити блідий полярний «каптур» із збільшенням непрозорості хмар і зменшення кількості метану, який заповнює більшу частину диска планети, що призводить до сезонних змін загального кольору планети. Зміна розміру диска Урана пояснюється зміною відстані Урана від Сонця під час його орбіти. Авторські права: Патрік Ірвін (Patrick Irwin), Оксфордський університет.
Однак цього було недостатньо, щоб повністю пояснити зміну кольору, тому дослідники додали нову змінну до моделі у вигляді «каптура» — крижаного серпанку, який поступово згущається. Його раніше спостерігали над полюсом влітку, коли планета рухається від рівнодення до сонцестояння.
Астрономи вважають, що це утворення, ймовірно, складається з частинок метанового льоду. При моделюванні частинки льоду ще більше посилили відбивання в зелених і червоних довжинах хвиль на полюсах. Це і є пояснення того, чому Уран зеленіший під час сонцестояння.
Професор Ірвін сказав: «Це перше дослідження, яке зіставляє кількісну модель з даними, отриманими для формування зображень, щоб пояснити, чому колір Урана змінюється під час його орбіти. Таким чином ми продемонстрували, що Уран зеленіший під час сонцестояння через полярні регіони зі зниженою кількістю метану, але також збільшений шар частинок метанового льоду, які сильно розсіюють світло».
Доктор Гайді Гаммел (Heidi Hammel) з Асоціації університетів досліджень в астрономії (Association of Universities for Research in Astronomy, AURA), яка десятиліттями вивчала Нептун і Уран, але не брала участі в дослідженні, сказала: «Неправильне сприйняття кольору Нептуна, а також незвичайні зміни кольору Урану, мучили нас десятиліттями. Це комплексне дослідження має нарешті вирішити обидві проблеми».
Крижані гіганти Уран і Нептун є спокусливим місцем для майбутніх роботів-дослідників, спираючись на спадщину «Вояджера-2» 1980-х років. Професор Лей Флетчер (Leigh Fletcher), планетолог з Лестерського університету (Великобританія) та співавтор нового дослідження, сказав: «Місія з вивчення системи Урану — від його дивної сезонної атмосфери до різноманітної колекції кілець і супутників — є високим пріоритетом для космічних агентств у наступні десятиліття».
Однак навіть планетний дослідник, який довго перебуває на орбіті навколо Урана, зробив би лише короткий знімок року цієї планети.
«Наземні дослідження, що показують, як зовнішній вигляд і колір Урана змінювалися протягом десятиліть, будуть життєво важливі для упорядкування відкриттів цієї майбутньої місії в їхньому ширшому контексті», — додав професор Флетчер.
За інф. з сайту https://phys.org
