Když Voyager 2 dosáhl Neptunu v roce 1989, pouhých 12 let poté, co se vydal na svou historickou cestu sluneční soustavou, objevil šest nových měsíců, pořídil první snímky prstenců planety a zaznamenal zvlášť prudkou bouři.

bouře byla překvapením. Na jižní polokouli byl vířící proti směru hodinových ručiček vítr až 2414 km / h – nejsilnější, jaký kdy byl zaznamenán. Astronomové to nazvali Velká temná skvrna, a přestože se Hubbleův vesmírný dalekohled o pět let později podíval na planetu, dychtivě se chtěli dozvědět, proč jsou větry tak extrémní.

Související: Zrození bouře „Velká temná skvrna“ na Neptunu viděná poprvé (Foto)

Byli také zmateni dalším problémem: Voyager 2 odhalil, že Neptun je teplejší než Uran, přestože je dále od slunce. Jak fyzik Brian Cox diskutoval ve svém dokumentu BBC Planety: „Zdroj tohoto extra tepla zůstává záhadou.“ Znamená to však, že máme v rukou dvojitou hádanku a může nám jedno tajemství nějakým způsobem pomoci vysvětlit tu druhou?

Než se začneme zabývat těmito dvěma problémy, musíme se nejprve podívat na co se ve skutečnosti rozumí výrazem „teplejší“. Vzhledem k tomu, že Neptun je plynný gigant, nemůžeme testovat celosvětovou průměrnou teplotu na úrovni země tak, jak bychom to mohli na pevném povrchu Země. Místo toho, s jádrem Neptunu, které bude pravděpodobně malé, musí být měření teploty prováděna ve výšce . Problém je, který z nich?

Problémy s teplotou

„Teploty můžeme měřit pouze v nejvzdálenějších vrstvách,“ uvedl prostřednictvím e-mailu Michael Wong, planetární vědec z Kalifornské univerzity v Berkeley. Přitom zjistíme, že Neptun není ve skutečnosti teplejší než Uran – jsou v podstatě při stejné teplotě. Ale protože Neptun přijímá méně slunečního světla, protože je dále od slunce, nemělo by tomu tak být.

Tato teplotní podobnost naznačuje, že Neptun je teplejší, pokud jde o to, kolik tepla vydává ve srovnání s množstvím tepla, které absorbuje ze slunce. „Měření Voyageru ukazují, že Neptun vydává více než dvakrát tolik tepla, než kolik absorbuje ze slunce, zatímco Uran to neudělá,“ uvedl Anthony Del Genio z Goddardova institutu pro vesmírná studia (GISS) NASA Vše o vesmíru. A právě zde věci jsou docela zajímavé.

Je to proto, že Neptun není v tomto případě neobvyklý. „Jupiter a Saturn také vydávají téměř dvakrát tolik tepla, než absorbují, ale Uran ne,“ řekl Del Genio. „Uran je ten podivín.“

Související články: Tajemná záře ohřívá prsteny Uranu

„Postup teploty, jak postupujete dále od slunce, ukazuje, že Jupiter je nejteplejší z plynných obrů, Saturn dále, pak Neptun. Uran je ten, který není na místě, “řekl Del Genio. „Přesto je tento neobvyklý výsledek spojen se skutečností, že Uran nemá významný vnitřní zdroj tepla.“ Neptun nalézá způsob, jak se zahřát na úroveň Uranu, zatímco ten není schopen generovat žádné další teplo kromě toho, které se získává ze slunce.

Ale co je to vnitřní zdroj tepla? Jednoduše řečeno, je to teplo, které zbylo od narození sluneční soustavy, kdy byly tyto planety vytvořeny. Teplo se smršťuje z primitivní sluneční mlhoviny – efekt známý jako Kelvin-Helmholtzova kontrakce.

„Extra zdroj tepla na Neptunu je z velké části způsoben gravitační kontrakcí,“ řekl Joshua Tollefson, také z univerzity Kalifornie, Berkeley. „Jak se planeta pomalu gravitačně smršťuje, materiál padající dovnitř mění svou potenciální energii na tepelnou energii, která se pak uvolňuje směrem nahoru z planety.“

Přesto neexistuje jasný důvod, proč by Uran neměl mnoho vnitřního zdroje tepla – nebo vůbec. „Něco muselo tento proces na Uranu zastavit – možná kvůli kolizi v jeho rané historii, která srazila planetu na bok,“ řekl Tollefson. „Otázkou je, proč má Neptun vnitřní zdroj tepla, ale Uran ne?“

Zmrazené planety, které si rádi odgrgávají

Existuje možnost, že se teplo z interiéru nebude uvolňovat rovnoměrně míra, ale místo toho přichází v „grgání“. „Uran můžeme vidět jen v klidovém období, zatímco Neptun se grgl v poslední době,“ řekl Tollefson. „Burpy jsou konvekcí, k čemuž může docházet v diskrétních epizodách oddělených dlouhými časovými obdobími, ale možná nebudeme vědět, jestli to takto funguje, pokud neuvidíme, že se jedna z těchto konvektivních epizod odehrává. “

Mohlo by to být také problémem toho, že Uran je starodávný a Neptun mladší štěně. „Kolik tepla planeta vyzařuje, závisí hlavně na tom, jak stará je a jak rychle nebo pomalu toto teplo uvolňuje,“ uvedla Amy Simon, vedoucí vědecká pracovnice NASA pro výzkum planetární atmosféry v Goddardově vesmírném letovém centru NASA. “Starší planeta by být chladnější. To, jak rychle se uvolní, závisí na vnitřní struktuře a složení, vrstvách mraků, konvekci atd. A to může být docela komplikované. „

Související: Inside Gas Giant Neptun

“ Na plynových gigantů může existovat značné množství heliového deště, které mění množství uvolněného tepla. Pro Uran a Neptun je možné, že mají různý věk, nebo je pravděpodobnější, že událost, která obrátila Uran na svou stranu, mohla zmást jeho vnitřní strukturu a / nebo rychleji uvolňovat teplo, “řekl Simon.

Takže a co ty větry? Jsou nepopiratelně prudké a může to mít něco společného s teplotou.

„Dlouho jsme spekulovali, že chlad Neptunu a Uranu může vést k podmínkám téměř bez tření a tak počítejte s rychlejšími větry, “řekla Heidi Hammel, planetární astronomka, která obě planety intenzivně studovala a která byla součástí týmu zobrazujícího Neptuna z Voyageru 2.

Tím myslí, že zde nejsou žádné hory, kopce nebo jiné tvary napříč neptunskou krajinou zpomalující větry. Existuje však nějaký vztah mezi bouřemi a vnitřním zdrojem tepla? „Pravděpodobně,“ řekl Hammel, „ale existuje také křehká rovnováha mezi vnitřním teplem a přicházejícím slunečním světlem.“

Kvůli dlouhým časovým horizontům je obtížné tyto účinky kvantifikovat. „Jeden rok na Neptunu je 165 pozemských let, takže jsme po většinu sezónního cyklu neměli šanci studovat planetu pomocí moderních nástrojů,“ řekl Hammel. „Ke studiu atmosféry vnějších planet potřebujete hodně trpělivosti – a důvěřovat minulým i budoucím generacím planetárních vědců.“

„Myslím, že teorie měla být větším množstvím sluneční energie. , čím více energie větru, ale na Zemi už dlouho víme, že množství energie přijaté sluncem a přeměněné na kinetickou energii v atmosféře – tedy vítr – je nepatrný zlomek, “řekl Del Genio.

Země je velmi neefektivní tepelný motor a nedává vám moc peněz. Jedním z důvodů je, že má pevný povrch, který rozptyluje větrnou energii třením, zatímco plynní obři ne , to je jeden z důvodů, proč mají všechny obří planety mnohem silnější větry než Země.

Proč jsou Neptunovy větry o silný?

„Větry se pravděpodobně vytvářejí hlouběji, než může proniknout sluneční světlo, takže je pravděpodobně vytvoří kombinace vnitřního tepla a rotace,“ řekl Simon a nastolil otázku, proč se větry Uranu a Neptunu neobjevují. t zápas, vzhledem k tomu, že mají podobné rychlosti rotace. „Říká nám, že mezi nimi je něco jiného: částečně vnitřní teplo nebo něco jiného,“ řekl Simon.

Uranovy větry mohou foukat až 560 mil za hodinu a Neptunovy rychlosti 1 500 mil za hodinu. „Jsou„ extrémně rychlí i špičkoví při rychlostech vyšších než Jupiter, “řekl Tollefson. NASA říká, že Jupiterova Velká rudá skvrna může foukat rychlostí 384 mil za hodinu. Ale také říká, že samotné vnitřní teplo nedokáže vysvětlit rychlosti, protože Uran negeneruje extra teplo.

Vnitřní struktura planet – jejich hmotnosti, velikosti jádra a profily radiální hustoty – je nesmírně důležitá pro pochopení větry, jak je vidíme. Jak se větry formují a jak hluboko jdou, jsou otázky, které v současné době zodpovídají pro Jupiter a Saturn díky kosmickým lodím Juno a Cassini NASA. Je to dáno extrémně dobrými gravitačními údaji, které získali, což znamená, že lze vytvořit dobré modely pro vnitřní strukturu.

Související: Velká rudá skvrna Jupitera: Nejslavnější bouře naší sluneční soustavy

Počítačové simulace naznačují, že větry ledových obrů jsou v horních vrstvách jejich atmosféry omezeny na mělké hloubky. To může naznačovat, že rychlé větry, které vidíme na Uranu a Neptunu, jsou alespoň částečně způsobeny latentní uvolňování tepla kondenzací pro materiály, jako je voda.

Del Genio rovněž zpochybňuje dostupná data.Vysvětluje, že když měříme větry na Neptunu, díváme se na jednu konkrétní nadmořskou výšku. „Vítr v jiných nadmořských výškách může být pomalejší nebo rychlejší,“ řekl Del Genio. „Nevíme, protože jsme nikdy nespadli sondami do atmosféry většiny vnějších planet.“

Neptun a Uran ukazují, že planety, které se tvoří za podobných podmínek, mohou poskytnout dva extrémy. Simon říká to nám pomáhá omezit modely toho, jak se tyto planety formují, a poskytnout vodítka o celkové formaci sluneční soustavy. „Měli by nám také pomoci lépe porozumět hlubšímu oběhu, protože jsou tak daleko od slunce.“

„Zvyšuje naše znalosti fyziky a chemie v planetárních atmosférách a pomáhá nám porozumět naší vlastní Zemi a trochu lépe, protože fyzika a chemie fungují stejně, ať už na Zemi nebo na vzdáleném Neptunu, “řekl Hammel.