Kun Voyager 2 saavutti Neptunuksen vuonna 1989, vain 12 vuotta Lähtiessään historialliselle matkalleen aurinkokunnan läpi, se löysi kuusi uutta kuuta, otti ensimmäiset kuvat planeetan renkaista ja huomasi erityisen voimakkaan myrskyn.

myrsky oli yllätys. Eteläisellä pallonpuoliskolla oli pyörteistä, vastapäivään suuntautuvaa tuulta, joka oli korkeintaan 1500 mph (2414 km / h) – kaikkien aikojen vahvin. Tähtitieteilijät kutsuivat sitä suureksi pimeäksi paikaksi, ja vaikka se oli mennyt, kun Hubble-avaruusteleskooppi katsoi planeettaa viisi vuotta myöhemmin, he halusivat oppia, miksi tuulet olivat niin äärimmäisiä.

Aiheeseen liittyviä: Syntymä Ensimmäisen kerran nähty Neptunuksen ”suuren pimeän paikan” myrsky (valokuva)

Heitä hämmästytti myös toinen asia: Voyager 2 paljasti, että Neptunus on lämpimämpi kuin Uranus, vaikka se onkin kauempana auringosta. Kuten fyysikko Brian Cox keskusteli BBC-dokumentissaan The Planets: ”Tämän ylimääräisen lämmön lähde on edelleen mysteeri.” Mutta merkitseekö tämä sitä, että meillä on kaksoispalapeli käsissämme ja voiko yksi mysteeri auttaa selittämään toista jollakin tavalla?

Ennen kuin aloitamme käsittelemme kahta käsillä olevaa asiaa, meidän on ensin tarkasteltava mitä todella tarkoittaa ”lämpimämpi”. Koska Neptunus on kaasujätti, emme voi testata maailmanlaajuista keskilämpötilaa maanpinnan tasolla samalla tavalla kuin maapallon kiinteällä pinnalla. Sen sijaan, kun Neptunuksen ydin on todennäköisesti pieni, lämpötilamittaukset on tehtävä korkeudessa . Mikä ongelma on?

Lämpötilan ongelmat

”Voimme mitata lämpötiloja vain syrjäisimmissä kerroksissa”, sanoi Kalifornian yliopiston Berkeleyn planeettatieteilijä Michael Wong sähköpostitse. Tällöin havaitaan, että Neptunus ei ole todellisuudessa kuumempi kuin Uranus – ne ovat olennaisesti samassa lämpötilassa. Mutta koska Neptunus saa vähemmän auringonvaloa, koska se on kauemmas auringosta, näin ei pitäisi olla.

Tämän lämpötilan samankaltaisuuden perusteella on se, että Neptunus on lämpimämpi sen suhteen, kuinka paljon lämpöä se lähettää. verrattuna aurinkoon imemän lämmön määrään. ”Voyagerin” mittaukset osoittavat, että Neptunus tuottaa yli kaksinkertaisen määrän lämpöä kuin se absorboi aurinkoa, kun taas Uranus ei ”, Anthony Del Genio NASA Goddardin avaruustutkimusinstituutista (GISS) kertoi All About Space. Ja tässä asioista tulee melko kiehtovia.

Tämä johtuu siitä, että Neptune ei ole epätavallinen tässä tapauksessa. ”Jupiter ja Saturn tuottavat myös melkein kaksi kertaa enemmän lämpöä kuin ne absorboivat, mutta Uranus ei”, Del Genio sanoi. ”Uranus on outo pallo.”

Aiheeseen liittyvä: Salaperäinen hehku lämmittää uraanin renkaat

”Lämpötilan eteneminen, kun siirryt kauemmas auringosta, osoittaa Jupiterin olevan lämpimin kaasujätteistä, seuraavaksi Saturnus, sitten Neptunus. Uraani on väärä paikka ”, Del Genio sanoi. ”Silti tämä epätavallinen tulos liittyy siihen, että Uranuksella ei ole merkittävää sisäistä lämmönlähdettä.” Neptunus löytää keinon lämmetä Uraanin tasolle, kun taas jälkimmäinen ei kykene tuottamaan muuta ylimääräistä lämpöä kuin aurinko.

Mutta mikä on sisäinen lämmönlähde? Yksinkertaisesti sanottuna se on lämpöä, joka on jäljellä aurinkokunnan syntymästä, kun nämä planeetat muodostettiin. Lämpö supistuu primitiivisestä aurinkosumusta – vaikutus tunnetaan Kelvin-Helmholtz-supistuksena.

”Neptunuksen ylimääräinen lämmönlähde johtuu suurelta osin painovoiman supistumisesta”, sanoi myös yliopiston Joshua Tollefson. Kaliforniassa, Berkeley. ”Kun planeetta hitaasti painovoimaisesti supistuu, sisäänpäin putoava materiaali muuttaa potentiaalisen energiansa lämpöenergiaksi, joka vapautuu sitten ylöspäin planeetalta.”

Ei kuitenkaan ole selkeää syytä, miksi Uraanilla ei ole paljon sisäisen lämmönlähteen – tai minkä tahansa. ”Jotain on varmasti pysäyttänyt tämän prosessin Uraanilla – ehkä sen varhaisen historian törmäyksen vuoksi, joka kaataa planeetan kyljelleen”, Tollefson sanoi. ”Kysymys tulee, miksi Neptunuksella on sisäinen lämmönlähde, mutta Uraanilla ei ole?”

Jäädytetyt planeetat, jotka rakastavat röyhtäilyä

On mahdollista, että lämpöä ei vapautu sisätilasta tasaisesti nopeutta, mutta sen sijaan tulee ”burps”. ”Voimme vain nähdä Uranuksen lepotilassa, kun taas Neptunus on puhjennut viime aikoina”, sanoi Tollefson. ”Burps ovat konvektioita, joita voi tapahtua erillisissä jaksoissa, jotka on erotettu toisistaan pitkillä ajanjaksoilla mutta emme ehkä tiedä, toimiiko se tällä tavalla varmasti, ellei näemme jonkin näistä konvektiivisista jaksoista tapahtuvan. ”

Se voi myös olla kysymys siitä, että Uranus on vanhanaikainen ja Neptune nuorempi pentu. ”Kuinka paljon lämpöä planeetta säteilee, riippuu enimmäkseen siitä, kuinka vanha se on ja kuinka nopeasti tai hitaasti se vapauttaa lämmön”, sanoi NASA: n NASA Goddardin avaruuslentokeskuksen NASA: n vanhempi tutkija Amy Simon. ”Vanhempi planeetta ole kylmempi. Se, kuinka nopeasti ne vapautuvat, riippuu sisätilojen rakenteesta ja koostumuksesta, pilvikerroksista, konvektiosta ja niin edelleen, ja se voi olla melko monimutkaista. ”

Aiheeseen liittyvät: Inside Gas Giant Neptune

” kaasu jättiläisiä voi olla merkittäviä määriä heliumsade, mikä muuttaa vapautuneen lämmön määrää. Uranukselle ja Neptunukselle on mahdollista, että he ovat eri ikäisiä, tai todennäköisemmin tapahtuma, joka käänsi Uranuksen kyljelleen, on saattanut sekoittaa sen sisätilan ja / tai vapauttaa lämpöä nopeammin ”, Simon sanoi.

Joten entä ne tuulet? Ne ovat kiistatta kovaa, ja tällä voi olla jotain tekemistä lämpötilan kanssa.

”Olemme spekuloineet pitkään, että Neptunuksen ja Uranuksen kylmyys saattaa johtaa melkein kitkattomiin olosuhteisiin. ja niin sallivat nopeammat tuulet ”, sanoi planeettatähtitieteilijä Heidi Hammel, joka on tutkinut molempia planeettoja laajasti ja joka oli osa Voyager 2: n Neptunusta kuvanneessa tiimissä.

Tällä hän tarkoittaa, ettei vuoria ole kukkulat tai muut muodot Neptunian maiseman yli hidastavat tuulia. Mutta onko myrskyjen ja sisäisen lämmönlähteen välillä mitään yhteyttä? ”Todennäköisesti”, sanoi Hammel, ”mutta sisäisen lämmön ja tulevan auringonvalon välillä on myös herkkä tasapaino.”

Näitä vaikutuksia on vaikea määrittää määrällisesti pitkien aikataulujen vuoksi. ”Yksi vuosi Neptunuksella on 165 maapallovuotta, joten meillä ei ole ollut mahdollisuutta tutkia planeettaa nykyaikaisilla työkaluilla kovinkaan paljon sen kausittaisen jakson ajan”, Hammel sanoi. ”Ulkoisten planeettojen ilmakehän tutkimiseen tarvitaan paljon kärsivällisyyttä – ja luottamusta planeettatutkijoiden menneisiin ja tuleviin sukupolviin.”

”Luulen, että teorian piti olla suurempi määrä aurinkoenergiaa , sitä enemmän tuulienergiaa, mutta maapallolla olemme jo pitkään tienneet, että auringon vastaanottama ja kineettiseksi energiaksi muunnettu energian määrä ilmakehässä – toisin sanoen tuuli – on pieni murto-osa ”, Del Genio kertoi.

Maa on erittäin tehoton lämpömoottori, eikä se tuota sinulle kovaa paineita. Yksi syy on, että sillä on vankka pinta, joka hajottaa tuulienergiaa kitkalla, kun taas kaasujätit eivät , joten tämä on yksi syy siihen, miksi kaikilla jättiläisplaneetoilla on paljon voimakkaampi tuuli kuin maapallolla.

Miksi Neptunuksen tuulet ovat o voimakas?

”Tuulet luultavasti syntyvät syvemmälle kuin auringonvalo voi tunkeutua, joten sisäisen lämmön ja pyörimisen yhdistelmä todennäköisesti tuottaa ne”, Simon kertoi, miksi Uranuksen ja Neptunuksen tuulet eivät ” t ottelu, koska niillä on samanlainen pyörimisnopeus. ”Se kertoo meille, että heidän välillä on jotain erilaista: osittain sisäinen lämpö tai jokin muu”, sanoi Simon.

Uranin ”tuulet voivat puhaltaa jopa 560 mph ja Neptune” 1500 mph. ”Ne ovat sekä erittäin nopeita että huipentuvat nopeuksilla nopeammin kuin Jupiter”, sanoi Tollefson. NASA: n mukaan Jupiterin suuri punainen piste voi puhaltaa nopeudella 384 mph. Mutta hänkin sanoo, että sisäinen lämpö ei yksin pysty selittämään nopeuksia, koska Uranus ei tuota ylimääräistä lämpöä.

Planeettojen sisärakenne – niiden massat, ytimen koot ja radiaalitiheysprofiilit – on erittäin tärkeä ymmärtämään tuulet, kuten näemme ne. Kuinka tuulet muodostuvat ja kuinka syvälle ne menevät, kysymyksiin, joihin Jupiter ja Saturnus vastaavat tällä hetkellä NASAn Juno- ja Cassini-avaruusalusten ansiosta. Tämä johtuu heidän saamastaan erittäin hyvästä painovoimadatasta, mikä tarkoittaa, että sisustusrakenteelle voidaan tehdä hyviä malleja.

Aiheeseen liittyviä: Jupiterin suuri punainen piste: Aurinkokuntamme tunnetuin myrsky

piilevä lämmön vapautuminen kondensaatiosta materiaaleille, kuten vesi.

Del Genio kyseenalaistaa myös saatavilla olevat tiedot.Hän selittää, että kun mitataan tuulia Neptunuksella, katsomme yhtä korkeutta. ”Tuuli muilla korkeuksilla voi olla hitaampaa tai nopeampaa”, sanoi Del Genio. ”Emme tiedä, koska emme ole koskaan pudottaneet koettimia useimpien ulompien planeettojen ilmakehiin.”

Neptunus ja Uranus osoittavat, että samankaltaisissa olosuhteissa muodostuvat planeetat voivat tarjota kaksi ääripäätä. Simon sanoo tämä auttaa meitä rajoittamaan malleja siitä, kuinka nämä planeetat muodostuvat, ja antamaan vihjeitä aurinkokunnan yleisestä muodostumisesta. ”Niiden tulisi myös auttaa meitä ymmärtämään paremmin syvempää verenkiertoa, kun otetaan huomioon, että ne ovat niin kaukana auringosta.”

”Se lisää tietämystämme planeetan ilmakehän fysiikasta ja kemiasta ja auttaa meitä ymmärtämään oman maapallomme vähän parempi, koska fysiikka ja kemia toimivat samalla tavalla joko täällä maan päällä tai kaukaisella Neptunuksella ”, Hammel sanoi.