Voyager 2가 1989 년에 Neptune에 도달했을 때, 불과 12 년 태양계를 통한 역사적인 여정을 시작한 후 6 개의 초승달을 발견하고 행성의 고리를 처음으로 촬영했으며 특히 격렬한 폭풍을 발견했습니다.

The 폭풍은 놀라운 일이었습니다. 남반구에는 시계 반대 방향으로 최대 1,500 mph (2,414 km / h)의 소용돌이 치는 바람이 불었습니다. 이는 사상 가장 강한 바람입니다. 천문학 자들은 그것을 그레이트 다크 스팟이라고 불렀고, 허블 우주 망원경이 5 년 후 행성을 바라 볼 때까지지나 갔지만 바람이 왜 그렇게 극심한 지 알고 싶어했습니다.

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또한 또 다른 문제에 당황했습니다. Voyager 2는 해왕성이 태양에서 멀리 떨어져 있음에도 불구하고 천왕성보다 더 따뜻하다는 사실을 밝혔습니다. 물리학 자 브라이언 콕스가 자신의 BBC 다큐멘터리 인 The Planets에서 논의했듯이 “이 추가 열의 근원은 미스터리로 남아 있습니다.” 그러나 그것은 우리가 이중 퍼즐을 가지고 있다는 것을 의미하며 하나의 미스터리가 다른 것을 설명하는 데 도움이 될 수 있습니까?

두 문제를 다루기 시작하기 전에 먼저 살펴보아야합니다. 실제로 “따뜻한”의 의미입니다. Neptune은 가스 거인이기 때문에 우리는 지구의 고체 표면에서 할 수있는 방식으로 지상에서 지구 평균 온도를 테스트 할 수 없습니다. 대신 Neptune의 핵이 작을 가능성이 있으므로 고도에서 온도를 측정해야합니다. . 문제는 무엇입니까?

온도 문제

“우리는 가장 바깥 쪽 층의 온도 만 측정 할 수 있습니다.”라고 이메일을 통해 캘리포니아 버클리 대학의 행성 과학자 인 Michael Wong이 말했습니다. 그렇게함으로써 우리는 해왕성이 “실제로 천왕성보다 더 뜨겁지 않다”는 것을 발견했습니다. 그들은 본질적으로 같은 온도에 있습니다. 하지만 해왕성은 태양에서 더 멀기 때문에 태양 조명을 덜 받기 때문에 그렇지 않습니다.

이 온도의 유사성은 해왕성이 방출하는 열의 양이 더 따뜻하다는 것을 의미합니다. 태양에서 흡수하는 열의 양과 비교하면 NASA Goddard 우주 연구 연구소 (GISS)의 Anthony Del Genio는 “Voyager”의 측정 결과 해왕성이 태양에서 흡수하는 열의 두 배 이상을 방출하는 반면 천왕성은 그렇지 않습니다. 상황이 다소 흥미로워집니다.

이 경우 Neptune이 드문 일이 아니기 때문입니다. “목성과 토성은 흡수하는 것보다 거의 두 배나 많은 열을 방출하지만 천왕성은 그렇지 않다”고 Del Genio는 말했다. “천왕성은 괴짜 다.”

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“태양에서 멀어짐에 따른 온도의 진행은 목성이 가스 거인 중에서 가장 따뜻한 것으로 나타났습니다. 다음은 토성입니다. 그 다음 해왕성. 천왕성은 제자리를 벗어난 것이다. “라고 Del Genio는 말했다. “그러나 그 비정상적인 결과는 천왕성에 상당한 내부 열원이 없다는 사실과 관련이 있습니다.” 해왕성은 천왕성 수준까지 스스로를 따뜻하게하는 방법을 찾고있는 반면, 해왕성은 태양에서 얻은 열 이외의 추가 열을 생성 할 수 없습니다.

하지만 내부 열원이란 무엇일까요? 간단히 말해서,이 행성들이 형성되었을 때 태양계의 탄생으로 남은 열입니다. 열은 원시 태양 성운에서 수축합니다. 이는 켈빈-헬름홀츠 수축으로 알려진 효과입니다.

“해왕성의 추가 열원은 주로 중력 수축 때문입니다.”라고 University의 Joshua Tollefson은 말했습니다. 캘리포니아 버클리. “지구가 서서히 중력 적으로 수축함에 따라 내부로 떨어지는 물질은 위치 에너지를 열 에너지로 변경 한 다음 행성에서 위쪽으로 방출됩니다.”

그러나 천왕성이 그다지 많지 않은 이유는 분명하지 않습니다. 내부 열원의 — 또는 전혀. “뭔가 천왕성에서이 과정을 방해 했음에 틀림 없다-아마도 행성을 옆으로 두드린 초기 역사의 충돌 때문일 것이다.”라고 Tollefson은 말했다. “문제는 왜 Neptune에 내부 열원이 있지만 천왕성은 그렇지 않습니다.”

트림을 좋아하는 얼어 붙은 행성

안정적으로 열이 내부에서 방출되지 않을 가능성이 있습니다. 톨 레프 슨은 “우리는 천왕성이 정지 된 기간에있는 반면 해왕성은 더 최근에 트림을했을 수있다”고 말했다. 그러나 이러한 대류 에피소드 중 하나가 발생하지 않는 한 확실히 작동하는지 알 수 없습니다. “

또한 천왕성이 낡은 시간이고 해왕성이 어린 강아지라는 문제 일 수도 있습니다. NASA 고다드 우주 비행 센터의 행성 대기 연구 담당 선임 과학자 에이미 사이먼은 “행성에서 방출하는 열의 양은 주로 얼마나 오래되고 열을 얼마나 빨리 또는 느리게 방출하는지에 따라 달라집니다”라고 말했습니다. 추워요. 방출 속도는 내부 구조와 구성, 구름 층, 대류 등에 따라 달라지며 다소 복잡 할 수 있습니다. “

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“On the 가스 거인은 상당한 양의 헬륨 비가 내릴 수 있으며, 이는 방출되는 열의 양을 변화시킵니다. 천왕성과 해왕성의 경우 연령대가 다르거 나 천왕성을 옆으로 돌린 사건이 내부 구조를 뒤흔들거나 열을 더 빨리 방출했을 가능성이 있습니다.

그래서 그 바람은 무엇입니까? 그들은 부인할 수 없을 정도로 격렬하며 이것은 온도와 관련이있을 수 있습니다.

“우리는 오랫동안 해왕성과 천왕성의 추위가 거의 마찰이없는 상태로 이어질 수 있다고 추측 해 왔습니다. 두 행성을 광범위하게 연구하고 보이저 2에서 해왕성을 촬영 한 팀의 일원이었던 행성 천문학 자 하이디 함멜은 이렇게 말했습니다.

그녀는 산이 없다는 것을 의미합니다. 바람을 늦추는 해왕성 풍경을 가로 지르는 언덕 또는 다른 모양. 그러나 폭풍과 내부 열원 사이에 어떤 관계가 있습니까? Hammel은 “아마도 내부 열과 들어오는 햇빛 사이에는 약간의 미묘한 균형이 있습니다.”라고 말했습니다.

관련된 긴 시간 척도로 인해 이러한 효과를 정량화하는 것은 어렵습니다. Hammel은 “해왕성에서의 1 년은 지구의 165 년이므로 우리는 계절적주기의 대부분을 현대적인 도구로 지구를 연구 할 기회가 없었습니다.”라고 말했습니다. “외계 행성의 대기를 연구하려면 많은 인내심과 과거 및 미래 세대의 행성 과학자에 대한 신뢰가 필요합니다.”

“이론은 더 많은 양의 태양 에너지 여야한다고 생각합니다. , 더 많은 풍력 에너지이지만 지구에서는 태양에 의해 받아 대기에서 운동 에너지로 변환 된 에너지의 양, 즉 바람이 아주 작은 부분이라는 것을 지구에서 오랫동안 알고있었습니다. “라고 Del Genio는 말했습니다.

지구는 매우 비효율적 인 열 엔진이며 비용에 큰 타격을주지 않습니다. 한 가지 이유는 마찰에 의해 바람 에너지를 분산시키는 단단한 표면을 가지고있는 반면 가스 거인은 그렇지 않습니다. , 그래서 모든 거대 행성이 지구보다 바람이 훨씬 강한 이유 중 하나입니다.

해왕성의 바람은 왜 o 강합니까?

“바람은 햇빛이 투과 할 수있는 것보다 더 깊게 생성 될 수 있으므로 내부 열과 회전의 조합으로 바람이 생성 될 가능성이 높습니다.”라고 Simon이 말했습니다. t 일치, 회전율이 비슷합니다. “이것은 그들 사이에 무언가 다르다는 것을 말해줍니다 : 부분적으로 내부 열이나 다른 것”이라고 Simon이 말했습니다.

천왕성 “바람은 560mph까지 날릴 수 있고 Neptune은 1,500mph까지 날릴 수 있습니다. Tollefson은 “그들은 매우 빠르며 목성보다 빠른 속도로 최고조에 달한다”고 말했다. NASA는 Jupiter의 Great Red Spot이 384mph로 날릴 수 있다고 말합니다. 하지만 그는 천왕성이 추가 열을 생성하지 않기 때문에 내부 열만으로는 속도를 설명 할 수 없다고 말합니다.

행성의 내부 구조 (질량, 코어 크기 및 방사형 밀도 프로파일)는이를 이해하는 데 매우 중요합니다. 우리가 보는대로 바람. NASA의 Juno와 Cassini 우주선 덕분에 현재 목성과 토성에 대한 질문에 대한 답을 얻고 있습니다. 이것은 그들이 얻은 매우 우수한 중력 데이터 때문이며, 이는 내부 구조에 대한 좋은 모델을 만들 수 있음을 의미합니다.

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컴퓨터 시뮬레이션에 따르면 얼음 거인의 바람은 대기 상층의 얕은 깊이에 국한되어 있습니다. 이는 천왕성과 해왕성에서 볼 수있는 빠른 바람이 적어도 부분적으로는 물과 같은 물질의 응축 잠열 방출.

Del Genio도 사용 가능한 데이터에 의문을 제기합니다.그는 해왕성에서 바람을 측정 할 때 특정 고도를 본다고 설명합니다. “다른 고도의 바람은 느리거나 빠를 수 있습니다.”라고 Del Genio가 말했습니다. “우리는 대부분의 외부 행성의 대기에 탐사선을 떨어 뜨린 적이 없기 때문에 알 수 없습니다.”

해왕성과 천왕성이 보여주는 것은 비슷한 조건에서 형성되는 행성이 두 극단을 제공 할 수 있다는 것입니다. Simon은 말합니다. 이것은 우리가이 행성들이 어떻게 형성되는지에 대한 모델을 제한하고 태양계의 전체적인 형성에 대한 단서를 제공하는 데 도움이됩니다. “그들은 또한 우리가 더 깊은 순환을 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 그들이 태양과 너무 멀리 떨어져 있기 때문입니다.”

“그것은 행성 대기의 물리학과 화학에 대한 우리의 지식을 더 해주고 우리 자신의 지구를 이해하는 데 도움이됩니다. 물리학과 화학이 지구에서든 멀리 떨어진 해왕성에서든 동일한 방식으로 작동하기 때문에 조금 더 나아졌습니다. “라고 Hammel은 말했습니다.