Da Voyager 2 nådde Neptun i 1989, bare 12 år etter å ha begitt seg ut på sin historiske reise gjennom solsystemet, oppdaget den seks nye måner, tok de første bildene av planetens ringer og bemerket en spesielt voldsom storm.

The storm var noe av en overraskelse. På den sørlige halvkule var det en virvlende vind mot klokka på opptil 1500 km / t (2414 km / t) – den sterkeste som noensinne er registrert. Astronomer kalte det Great Dark Spot, og mens det hadde gått da Hubble-romteleskopet så på planeten fem år senere, var de opptatt av å lære hvorfor vindene var så ekstreme.

Relatert: Fødsel av «Great Dark Spot» Storm på Neptun sett for første gang (Foto)

De ble også forvirret av en annen utgave: Voyager 2 avslørte at Neptun er varmere enn Uranus, til tross for å være lenger fra solen. Som fysikeren Brian Cox diskuterte i sin BBC-dokumentar, The Planets: «Kilden til denne ekstra varmen er fortsatt et mysterium.» Men betyr det at vi har et dobbeltpuslespill på hendene, og kan det ene mysteriet være med på å forklare det andre på en eller annen måte?

Før vi begynner å ta for oss de to spørsmålene, må vi først se på hva som egentlig menes med «varmere». Siden Neptun er en gassgigant, kan vi ikke teste den globale gjennomsnittstemperaturen på bakkenivå slik vi kunne på jordens faste overflate. I stedet for at Neptuns kjerne sannsynligvis er liten, må temperaturmålinger tas i høyde. . Problemet er, hvilken?

Problemet med temperatur

«Vi kan bare måle temperaturer i de ytterste lagene,» sa Michael Wong, en planetforsker ved University of California, Berkeley, via e-post. Når vi gjør det, finner vi at Neptun egentlig ikke er varmere enn Uranus i reelle termer – de har egentlig samme temperatur. Men siden Neptun mottar mindre solbelysning fordi den er lenger fra solen, burde dette ikke være tilfelle.

Hva denne likheten i temperatur antyder er at Neptun er varmere når det gjelder hvor mye varme den avgir i forhold til mengden varme den absorberer fra solen. Målinger fra «Voyager» viser at Neptun avgir mer enn dobbelt så mye varme som den absorberer fra solen, mens Uranus ikke gjør det, «sa Anthony Del Genio fra NASA Goddard Institute for Space Studies (GISS) til All About Space. Og det er her ting blir ganske spennende.

Det er fordi Neptun ikke er uvanlig i dette tilfellet. «Jupiter og Saturn avgir også nesten dobbelt så mye varme som de absorberer, men Uranus gjør ikke det,» sa Del Genio. «Uranus er oddballen.»

Relatert: En mystisk glød varmer Ringer av Uranus

«Progresjonen av temperaturen når du går lenger bort fra solen viser at Jupiter er den varmeste av gasskjempene, Saturn neste, deretter Neptun. Uranus er den som ikke er på sin plass, «sa Del Genio. «Likevel er det uvanlige resultatet assosiert med det faktum at Uranus ikke har en betydelig intern varmekilde.» Neptun finner en måte å varme seg opp til Uranus-nivået, mens sistnevnte ikke klarer å generere noe ekstra varme enn det som hentes fra solen.

Men hva er egentlig en intern varmekilde? Enkelt sagt er det varme som er igjen fra solsystemets fødsel da disse planetene ble dannet. Varmen trekker seg ut av den primitive soltåken – en effekt kjent som Kelvin-Helmholtz-sammentrekningen.

«Den ekstra varmekilden på Neptun skyldes i stor grad gravitasjonssammentrekning,» sa Joshua Tollefson, også ved universitetet. of California, Berkeley. «Når planeten langsomt gravitasjonelt trekker seg sammen, endrer materialet som faller innover sin potensielle energi til termisk energi, som deretter frigjøres oppover fra planeten.»

Likevel er det ingen klar grunn til at Uranus ikke har mye av en intern varmekilde – eller i det hele tatt. «Noe må ha hemmet denne prosessen på Uranus – kanskje på grunn av en kollisjon i sin tidlige historie som banket planeten på sin side,» sa Tollefson. «Spørsmålet blir, hvorfor har Neptun en intern varmekilde, men Uranus ikke?»

Frosne planeter som elsker å burpe

Det er en mulighet for at varme ikke frigjøres fra interiøret på en jevn rate, men kommer i stedet i «burps». «Vi kan bare se Uranus i en hvileperiode, mens Neptun har burp nylig,» sa Tollefson. «Burps er konveksjon, som kan skje i diskrete episoder atskilt av lange tidsperioder, men vi vet kanskje ikke om det fungerer helt sikkert med mindre vi ser en av disse konvektive episodene finne sted. «

Det kan også være et spørsmål om Uranus er en gammeldags og Neptun en yngre valp. «Hvor mye varme en planet sender ut, avhenger mest av hvor gammel den er og hvor raskt eller sakte den frigjør varmen,» sa Amy Simon, en seniorforsker i NASA for planetarisk atmosfæreforskning ved NASA Goddard Space Flight Center. «En eldre planet ville være kaldere. Hvor raskt de frigjøres, avhenger av den indre strukturen og sammensetningen, skylag, konveksjon og så videre, og det kan være ganske komplisert. «

Relatert: Inside Gas Giant Neptune

» På gassgiganter kan det være betydelige mengder heliumregn, som endrer mengden varme som frigjøres. For Uranus og Neptun er det mulig at de er i forskjellige aldre, eller, mer sannsynlig, hendelsen som vendte Uranus på siden, kan ha rotet den indre strukturen og / eller frigjort varmen raskere, «sa Simon.

Så hva med disse vindene? De er unektelig sterke, og dette kan ha noe med temperatur å gjøre.

«Vi» har lenge spekulert i at kulden i Neptun og Uranus kan føre til nesten friksjonsfrie forhold. og så tillate raskere vind, «sa Heidi Hammel, en planetastronom som har studert begge planetene grundig og som var en del av teamet som avbildet Neptun fra Voyager 2.

Med dette mener hun at det ikke er fjell, åser eller andre former over det neptunianske landskapet som bremser vinden. Men er det noen sammenheng mellom stormene og den interne varmekilden? «Sannsynligvis,» sa Hammel, «men det er også en delikat balanse mellom den indre varmen og det innkommende sollyset.»

Det er vanskelig å tallfeste disse effektene på grunn av de lange tidsskalaene som er involvert. «Ett år på Neptun er 165 år, så vi har ikke hatt en sjanse til å studere planeten med moderne verktøy i veldig mye av sesongens syklus,» sa Hammel. «Du trenger mye tålmodighet – og tillit til tidligere og fremtidige generasjoner av planetforskere – for å studere atmosfærene til ytre planeter.»

«Jeg antar at teorien skulle være den større mengden solenergi. , jo mer vindenergi, men på jorden har vi lenge kjent at mengden energi mottatt av solen og omgjort til kinetisk energi i atmosfæren – det vil si vind – er en liten brøkdel, ”sa Del Genio.

Jorden er en veldig ineffektiv varmemotor, og den gir deg ikke mye slag for pengene. En grunn er at den har en solid overflate som sprer vindenergi ved friksjon, mens gasskjempene ikke , så det er en grunn til at alle gigantiske planeter har mye sterkere vind enn Jorden har.

Hvorfor er Neptuns vind s o sterk?

«Vind genereres sannsynligvis dypere enn sollys kan trenge gjennom, så en kombinasjon av intern varme og rotasjon vil sannsynligvis produsere dem,» sa Simon og reiste spørsmålet om hvorfor Uranus og Neptuns vind ikke » t samsvar, gitt at de har lignende rotasjonshastigheter. «Det forteller oss at noe er forskjellig mellom dem: delvis indre varme eller noe annet,» sa Simon.

Uranus «vindene kan blåse opp til 560 mph og Neptun’s 1500 mph. «De» er begge ekstremt raske og når en hastighet raskere enn Jupiter, «sa Tollefson. NASA sier at Jupiters store røde flekk kan blåse ved 384 km / t. Men også han sier at intern varme alene ikke kan forklare hastighetene, gitt at Uranus ikke genererer ekstra varme.

Den indre strukturen til planetene – deres masser, kjernestørrelser og profiler for radial tetthet – er ekstremt viktig for å forstå vind som vi ser dem. Hvordan vinden dannes og hvor dypt de går, er spørsmål som for tiden blir besvart for Jupiter og Saturn takket være NASAs romfartøy Juno og Cassini. Dette skyldes de ekstremt gode gravitasjonsdataene de har fått, noe som betyr at gode modeller for interiørstrukturen kan lages.

Relatert: Jupiters Great Red Spot: Our Solar System’s Most Famous Storm

Datasimuleringer antyder at isene til vindene er begrenset til grunne dybder i de øvre lagene i atmosfærene. Dette kan antyde at de raske vindene vi ser på Uranus og Neptun, i det minste delvis skyldes latent varmeutslipp av kondens for materialer som vann.

Del Genio stiller også spørsmål ved tilgjengelige data.Han forklarer at når vi måler vind på Neptun, ser vi på en bestemt høyde. «Vindene i andre høyder kan være tregere eller raskere,» sa Del Genio. «Vi vet ikke fordi vi aldri har kastet sonder i atmosfærene til de fleste av de ytre planetene.»

Det Neptun og Uranus viser er at planeter som dannes under lignende forhold kan gi to ytterligheter. Simon sier Dette hjelper oss med å begrense modeller for hvordan disse planetene dannes og gi ledetråder om solsystemets generelle formasjon. «De burde også hjelpe oss med å bedre forstå dypere sirkulasjon, gitt at de er så langt fra solen.»

«Det legger til vår kunnskap om fysikk og kjemi i planetariske atmosfærer og hjelper oss å forstå vår egen jord a litt bedre, siden fysikk og kjemi fungerer på samme måte enten det er her på jorden eller på Neptun, «sa Hammel.