Da Voyager 2 nåede Neptun i 1989, kun 12 år efter at have begået sin historiske rejse gennem solsystemet opdagede den seks nye måner, tog de første billeder af planetens ringe og bemærkede en særlig voldsom storm.

The storm var noget af en overraskelse. På den sydlige halvkugle var der en hvirvlende vind mod uret på op til 1.500 mph (2.414 km / t) – den stærkeste nogensinde registreret. Astronomer kaldte det det store mørke sted, og mens det var gået, da Hubble-rumteleskopet så på planeten fem år senere, var de ivrige efter at lære, hvorfor vinden var så ekstrem.

Relateret: Fødsel af “Great Dark Spot” Storm på Neptun set for 1. gang (Foto)

De blev også forvirrede af et andet emne: Voyager 2 afslørede, at Neptun er varmere end Uranus, til trods for at være længere væk fra solen. Som fysikeren Brian Cox diskuterede i sin BBC-dokumentar, The Planets: “Kilden til denne ekstra varme forbliver et mysterium.” Men betyder det, at vi har et dobbelt-puslespil i vores hænder, og kan det ene mysterium hjælpe med at forklare det andet på en eller anden måde?

Før vi begynder at tage fat på de to aktuelle spørgsmål, skal vi først se på hvad der egentlig menes med “varmere”. Da Neptun er en gaskæmpe, kan vi ikke teste den globalt gennemsnitlige temperatur på jordoverfladen på den måde, vi kunne på Jordens faste overflade. I stedet for at Neptuns kerne sandsynligvis er lille, skal temperaturmålinger tages i en højde . Problemet er, hvilken?

Problemet med temperaturen

“Vi kan kun måle temperaturer i de yderste lag,” sagde Michael Wong, en planetforsker ved University of California, Berkeley, via e-mail. Dermed finder vi, at Neptun faktisk ikke er varmere end Uranus i reelle termer – de er i det væsentlige ved samme temperatur. Men da Neptun modtager mindre solbelysning, fordi den er længere væk fra solen, burde dette ikke være tilfældet.

Hvad denne lighed i temperatur antyder er, at Neptun er varmere med hensyn til hvor meget varme den udsender i sammenligning med den mængde varme, den absorberer fra solen. Målinger fra “Voyager” viser, at Neptun udsender mere end dobbelt så meget varme, som den absorberer fra solen, mens Uranus ikke gør det, “fortalte Anthony Del Genio fra NASA Goddard Institute for Space Studies (GISS) Alt om rum. Og det er her tingene bliver ret spændende.

Det skyldes, at Neptun ikke er usædvanligt i dette tilfælde. “Jupiter og Saturn udsender også næsten dobbelt så meget varme, som de absorberer, men Uranus gør det ikke,” sagde Del Genio. “Uranus er oddball.”

Relateret: En mystisk glød varmer Uranus-ringe

“Forløbet af temperatur, når du går længere væk fra solen, viser Jupiter at være den varmeste af gaskæmperne, Saturn næste, derefter Neptun. Uranus er den der er malplaceret, “sagde Del Genio. “Alligevel er det usædvanlige resultat forbundet med det faktum, at Uranus ikke har en signifikant intern varmekilde.” Neptun finder en måde at varme sig op til niveauet Uranus, mens sidstnævnte ikke er i stand til at generere nogen ekstra varme end den, der hentes fra solen.

Men hvad er en intern varmekilde? Enkelt sagt er det varme, der er tilbage fra solsystemets fødsel, da disse planeter blev dannet. Varmen trækker sig ud af den primitive soltåge – en effekt kendt som Kelvin-Helmholtz-sammentrækningen.

“Den ekstra varmekilde på Neptun skyldes i høj grad tyngdekraftens sammentrækning,” sagde Joshua Tollefson, også ved universitetet. i Californien, Berkeley. “Når planeten langsomt gravitationsmæssigt trækker sig sammen, ændrer materialet, der falder indad, sin potentielle energi til termisk energi, som derefter frigives opad fra planeten.”

Alligevel er der ingen klar grund til, at Uranus ikke har meget af en intern varmekilde – eller overhovedet nogen. ”Noget må have hæmmet denne proces på Uranus – måske på grund af en kollision i dens tidlige historie, der bankede planeten på sin side,” sagde Tollefson. ”Spørgsmålet bliver, hvorfor har Neptun en intern varmekilde, men Uranus ikke?”

Frosne planeter, der elsker at burpe

Der er en mulighed for, at der ikke frigøres varme fra det indre med en jævn sats, men kommer i stedet i “burps”. “Vi kan måske bare se Uranus i en hvileperiode, mens Neptun har burpede for nylig,” sagde Tollefson. “Burps er konvektion, hvilket kan ske i diskrete episoder adskilt af lange tidsperioder, men vi ved muligvis ikke, om det fungerer sådan, medmindre vi ser, at en af disse konvektive episoder finder sted. “

Det kan også være et spørgsmål om, at Uranus er en gammeldags og Neptun en yngre hvalp. ”Hvor meget varme en planet udstråler, afhænger mest af, hvor gammel den er, og hvor hurtigt eller langsomt den frigiver den varme,” sagde Amy Simon, en NASA-seniorforsker for planetarisk atmosfæreforskning ved NASA Goddard Space Flight Center. være koldere. Hvor hurtigt de frigøres, afhænger af den indvendige struktur og sammensætning, skylag, konvektion osv., Og det kan være ret kompliceret. “

Relateret: Inside Gas Giant Neptune

” På gaskæmper der kan være betydelige mængder heliumregn, der ændrer mængden af frigivet varme. For Uranus og Neptun er det muligt, at de er i forskellige aldre, eller mere sandsynligt, at den begivenhed, der vendte Uranus på sin side, måske har blandet dens indre struktur og / eller frigivet varme hurtigere, “sagde Simon.

Så hvad med disse vinde? De er utvivlsomt hårde, og det kan have noget at gøre med temperaturen.

“Vi har længe spekuleret i, at kulden i Neptun og Uranus kan føre til næsten gnidningsfrie forhold og tillad så hurtigere vinde, “sagde Heidi Hammel, en planetarisk astronom, der har studeret begge planeter grundigt, og som var en del af teamet, der billedte Neptun fra Voyager 2.

Med dette mener hun, at der ikke er nogen bjerge, bakker eller andre former på tværs af det Neptuniske landskab, der bremser vinden. Men er der nogen sammenhæng mellem stormene og den interne varmekilde? “Sandsynligvis,” sagde Hammel, “men der er også en delikat balance mellem den indre varme og det indkommende sollys.”

Det er vanskeligt at kvantificere disse effekter på grund af de involverede lange tidsskalaer. ”Et år på Neptun er 165 jordår, så vi har ikke haft en chance for at studere planeten med moderne værktøjer i meget meget af dens sæsonbetingede cyklus,” sagde Hammel. “Du har brug for en masse tålmodighed – og tillid til tidligere og fremtidige generationer af planetforskere – for at studere atmosfærerne på de ydre planeter.”

“Jeg gætter på, at teorien skulle være den større mængde solenergi. , jo mere vindenergi, men på Jorden har vi længe vidst, at den mængde energi, som solen modtager og omdannes til kinetisk energi i atmosfæren – dvs. vind – er en lille brøkdel, ”sagde Del Genio.

Jorden er en meget ineffektiv varmemotor, og den giver dig ikke noget for pengene. En af grundene er, at den har en solid overflade, der spreder vindenergi ved friktion, mens gaskæmperne ikke , så det er en af grundene til, at alle de gigantiske planeter har meget stærkere vind end Jorden har.

Hvorfor er Neptuns vinde s o stærk?

“Vind genereres sandsynligvis dybere, end sollys kan trænge igennem, så en kombination af intern varme og rotation producerer sandsynligvis dem,” sagde Simon og rejste spørgsmålet om, hvorfor Uranus og Neptuns vinde ikke ” t matcher, da de har lignende rotationshastigheder. “Det fortæller os, at noget er forskelligt mellem dem: delvist intern varme eller noget andet,” sagde Simon.

Uranus “vinde kan blæse op til 560 mph og Neptuns 1.500 mph. “De” er begge ekstremt hurtige og toppede ved hastigheder hurtigere end Jupiter, “sagde Tollefson. NASA siger, at Jupiters Great Red Spot kan blæse ved 384 mph. Men han siger også, at intern varme alene ikke kan forklare hastighederne, da Uranus ikke genererer ekstra varme.

Planeternes indvendige struktur – deres masser, kernestørrelser og radialtæthedsprofiler – er ekstremt vigtig for at forstå vinde, som vi ser dem. Hvordan vinden dannes, og hvor dybt de går, er spørgsmål, der i øjeblikket besvares til Jupiter og Saturn takket være NASAs rumfartøj Juno og Cassini. Dette skyldes de ekstremt gode gravitationsdata, de har fået, hvilket betyder, at der kan laves gode modeller til den indvendige struktur.

Relateret: Jupiters store røde plet: Vores solsystems mest berømte storm

Computersimuleringer antyder, at isgigantenes vind er begrænset til lav dybde i de øverste lag af deres atmosfære. Dette kan tyde på, at de hurtige vinde, vi ser på Uranus og Neptun, i det mindste delvis skyldes latent varmeudslip af kondens til materialer som vand.

Del Genio sætter også spørgsmålstegn ved de tilgængelige data.Han forklarer, at når vi måler vind på Neptun, ser vi på en bestemt højde. “Vindene i andre højder kan være langsommere eller hurtigere,” sagde Del Genio. “Vi ved det ikke, fordi vi aldrig har kastet sonder i atmosfærerne på de fleste af de ydre planeter.”

Hvad Neptun og Uranus viser er, at planeter, der dannes under lignende forhold, kan give to ekstremer. dette hjælper os med at begrænse modeller for, hvordan disse planeter dannes og give spor om solsystemets samlede dannelse. “De skal også hjælpe os med at forstå en dybere cirkulation bedre, forudsat at de er så langt fra solen.”

“Det føjer til vores viden om fysik og kemi i planetariske atmosfærer og hjælper os med at forstå vores egen jord a lidt bedre, da fysik og kemi fungerer på samme måde, hvad enten det er her på Jorden eller i det fjerne Neptun, “sagde Hammel.