Când Voyager 2 a ajuns la Neptun în 1989, doar 12 ani după ce a pornit în călătoria sa istorică prin sistemul solar, a descoperit șase luni noi, a făcut primele imagini ale inelelor planetei și a remarcat o furtună deosebit de violentă.

The furtuna a fost o surpriză. În emisfera sudică a existat un vânt învârtit, în sens invers acelor de ceasornic, de până la 2.414 km / h – cel mai puternic înregistrat vreodată. Astronomii l-au numit Marea Pată Întunecată și, deși dispăruse până când Telescopul Spațial Hubble se uită la planetă cinci ani mai târziu, erau dornici să afle de ce vânturile erau atât de extreme.

a furtunii „Marea Pată Întunecată” de pe Neptun văzută pentru prima dată (Foto)

Au fost, de asemenea, nedumeriți de o altă problemă: Voyager 2 a dezvăluit că Neptun este mai cald decât Uranus, deși este mai departe de soare. Așa cum a discutat fizicianul Brian Cox în documentarul său BBC, Planetele: „Sursa acestei călduri suplimentare rămâne un mister”. Dar asta înseamnă că avem un puzzle dublu pe mâini și poate un mister să ne ajute să-l explicăm pe celălalt într-un fel?

Înainte de a începe să abordăm cele două probleme la îndemână, trebuie mai întâi să ne uităm ce se înțelege de fapt prin „mai cald”. Deoarece Neptun este un gigant gazos, nu putem testa temperatura medie globală la nivelul solului așa cum am putut pe suprafața solidă a Pământului. În schimb, cu nucleul lui Neptun probabil să fie mic, măsurătorile temperaturii trebuie luate la o altitudine . Problema este, care?

Problema cu temperatura

„Nu putem măsura temperaturi decât în straturile cele mai exterioare”, a spus Michael Wong, un om de știință planetar de la Universitatea din California, Berkeley, prin e-mail. Făcând acest lucru, descoperim că Neptun nu este de fapt mai fierbinte decât Uranus în termeni reali – ei sunt în esență la aceeași temperatură. Dar, din moment ce Neptun primește mai puțină iluminare solară, deoarece este mai departe de soare, acest lucru nu ar trebui să fie cazul.

Ceea ce sugerează această asemănare de temperatură este că Neptun este mai cald în ceea ce privește cantitatea de căldură pe care o emite în comparație cu cantitatea de căldură pe care o absoarbe de la soare. Măsurătorile „Voyager” arată că Neptun emite mai mult de două ori mai multă căldură decât absoarbe din soare, în timp ce Uranus nu ”, a declarat Anthony Del Genio de la NASA Goddard Institute for Space Studies (GISS) pentru All About Space. lucrurile devin destul de interesante.

Asta pentru că Neptun nu este neobișnuit în acest caz. „Jupiter și Saturn emit, de asemenea, aproape de două ori mai multă căldură decât absorb, dar Uranus nu”, a spus Del Genio. „Uranus este ciudatul”.

În legătură: O strălucire misterioasă încălzește inelele lui Uranus

„Progresul temperaturii pe măsură ce te îndepărtezi de soare arată lui Jupiter că este cel mai cald dintre giganții gazoși, Saturn urmează, apoi Neptun. Uranus este cel care este deplasat „, a spus Del Genio. „Cu toate acestea, acest rezultat neobișnuit este asociat cu faptul că Uranus nu are o sursă internă semnificativă de căldură”. Neptun găsește o modalitate de a se încălzi până la nivelul lui Uranus, în timp ce acesta din urmă nu este în măsură să genereze altă căldură în afară de cea adunată de la soare.

Dar ce este o sursă internă de căldură? În termeni simpli, este căldura rămasă de la nașterea sistemului solar când s-au format aceste planete. Căldura se contractă din nebuloasa solară primitivă – efect cunoscut sub numele de contracția Kelvin-Helmholtz.

„Sursa suplimentară de căldură de pe Neptun se datorează în mare măsură contracției gravitaționale”, a spus Joshua Tollefson, de asemenea, de la Universitate. din California, Berkeley. „Pe măsură ce planeta se contractă gravitațional încet, materialul care cade spre interior își schimbă energia potențială în energie termică, care este apoi eliberată în sus în afara planetei.”

Cu toate acestea, nu există un motiv clar pentru care Uranus să nu aibă prea mult a unei surse interne de căldură – sau oricare. „Ceva trebuie să fi împiedicat acest proces asupra lui Uranus – poate din cauza unei coliziuni din istoria sa timpurie care a lovit planeta de partea ei”, a spus Tollefson. „Întrebarea devine, de ce are Neptun o sursă internă de căldură, dar Uranus nu?”

Planete înghețate cărora le place să izbucnească

Există posibilitatea ca căldura să nu fie eliberată din interior în mod constant „Este posibil să vedem Uranus într-o perioadă de repaus, în timp ce Neptun a izbucnit mai recent”, a spus Tollefson. dar s-ar putea să nu știm dacă funcționează așa cu siguranță, dacă nu vedem că are loc unul dintre aceste episoade convective. „

Ar putea fi, de asemenea, o problemă a faptului că Uranus este vechi și Neptun este un pui mai tânăr. „Câtă căldură radiază o planetă depinde în mare măsură de cât de veche este și de cât de repede sau încet eliberează căldura respectivă”, a spus Amy Simon, un om de știință senior NASA pentru cercetarea atmosferei planetare de la NASA Goddard Space Flight Center. „O planetă mai veche ar fi fii mai rece. Cât de repede se eliberează depinde de structura interioară și compoziție, straturile de nor, convecție și așa mai departe și acest lucru poate fi destul de complicat. „

În legătură: În interiorul gazului gigant Neptun

” Pe giganții gazoși pot exista cantități semnificative de ploaie de heliu, modificând cantitatea de căldură degajată. Pentru Uranus și Neptun este posibil să aibă vârste diferite sau, mai probabil, evenimentul care l-a transformat pe Uranus să-și fi amestecat structura interioară și / sau să fi eliberat mai repede căldura „, a spus Simon.

Ce sunt acele vânturi? Sunt incontestabil feroce și acest lucru poate avea legătură cu temperatura.

„Am” speculat de multă vreme că răceala lui Neptun și a lui Uranus ar putea duce la condiții aproape fără frecare. și astfel permiteți vânturi mai rapide „, a spus Heidi Hammel, un astronom planetar care a studiat pe larg ambele planete și care a făcut parte din echipa care a imaginat Neptun din Voyager 2.

Prin aceasta, ea înseamnă că nu există munți, dealuri sau alte forme peste peisajul neptunian încetinind vânturile. Dar există vreo legătură între furtuni și sursa de căldură internă? „Probabil”, a spus Hammel, „există, de asemenea, un echilibru delicat între căldura internă și lumina soarelui care intră.”

Este dificil de cuantificat aceste efecte din cauza perioadelor lungi de timp implicate. „Un an pe Neptun este de 165 de ani pe Pământ, deci nu am avut șansa de a studia planeta cu instrumente moderne pentru o mare parte din ciclul său sezonier”, a spus Hammel. „Aveți nevoie de multă răbdare – și încredere în generațiile trecute și viitoare de oameni de știință planetare – pentru a studia atmosferele planetelor exterioare.”

„Cred că teoria ar fi trebuit să fie cantitatea mai mare de energie solară. , cu atât mai multă energie eoliană, dar pe Pământ „știm de multă vreme că cantitatea de energie primită de soare și transformată în energie cinetică în atmosferă – adică vânt – este o fracțiune mică”, a spus Del Genio.

Pământul este un motor termic foarte ineficient și nu-ți dă prea mult bang. Un motiv este că are o suprafață solidă care disipă energia eoliană prin frecare, în timp ce giganții gazoși nu , deci acesta este un motiv pentru care toate planetele uriașe au vânturi mult mai puternice decât Pământul.

De ce sunt vânturile lui Neptun o puternic?

„Vânturile sunt generate probabil mai adânc decât poate pătrunde lumina soarelui, așa că probabil o produce o combinație de căldură internă și rotație”, a spus Simon, ridicând problema de ce „vântul lui Uranus și Neptun nu” nu se potrivesc, având în vedere că au rate de rotație similare. „Ne spune că ceva este diferit între ele: căldură parțial internă sau altceva”, a spus Simon.

Vânturile lui Uranus pot sufla până la 560 mph și Neptun la 1.500 mph. „Sunt atât extrem de rapide, cât și de vârf la viteze mai mari decât Jupiter”, a spus Tollefson. NASA spune că Marea Pată Roșie a lui Jupiter poate sufla la 384 mph. Dar și el spune că căldura internă singură nu poate explica viteza, dat fiind că Uranus nu generează căldură suplimentară.

Structura interioară a planetelor – masele lor, dimensiunile miezului și profilurile de densitate radială – este extrem de importantă pentru a înțelege vânturi în timp ce le vedem. Cum se formează vânturile și cât de adânci merg sunt întrebări la care se răspunde în prezent pentru Jupiter și Saturn datorită navei spațiale NASA Juno și Cassini. Acest lucru se datorează datelor gravitaționale extrem de bune pe care le-au obținut, ceea ce înseamnă că pot fi realizate modele bune pentru structura interioară.

În legătură: Marea Pată Roșie a lui Jupiter: cea mai faimoasă furtună a sistemului nostru solar

Simulările pe computer sugerează că vânturile giganților de gheață sunt limitate la adâncimi mici în straturile superioare ale atmosferei lor. Acest lucru poate sugera că vânturile rapide pe care le vedem pe Uranus și Neptun se datorează cel puțin parțial eliberarea de căldură latentă a condensului pentru materiale precum apa.

Del Genio pune la îndoială și datele disponibile.El explică faptul că atunci când măsurăm vânturile pe Neptun, ne uităm la o altitudine specifică. „Vânturile la alte altitudini pot fi mai lente sau mai rapide”, a spus Del Genio. „Nu știm pentru că nu am aruncat niciodată sonde în atmosfera majorității planetelor exterioare.”

Ceea ce arată Neptun și Uranus este că planetele care se formează în condiții similare pot furniza două extreme. Simon spune acest lucru ne ajută să constrângem modele ale modului în care se formează aceste planete și să dea indicii despre formarea generală a sistemului solar. „De asemenea, ar trebui să ne ajute să înțelegem mai bine circulația mai profundă, având în vedere că sunt atât de departe de soare.”

„Aceasta adaugă cunoștințelor noastre despre fizică și chimie în atmosferele planetare și ne ajută să ne înțelegem propriul Pământ puțin mai bine, deoarece fizica și chimia funcționează în același mod, fie aici, pe Pământ, fie în Neptun îndepărtat „, a spus Hammel.