När Voyager 2 nådde Neptun 1989, bara 12 år efter att ha avgått på sin historiska resa genom solsystemet upptäckte den sex nya månar, tog de första bilderna av planetens ringar och noterade en särskilt våldsam storm.

The storm var något av en överraskning. På södra halvklotet var det en virvlande vind motsols upp till 1 500 km / h (2414 km / h) – den starkaste som någonsin registrerats. Astronomer kallade det för den stora mörka fläcken, och medan den hade gått när Hubble-rymdteleskopet tittade på planeten fem år senare, var de angelägna om att lära sig varför vindarna var så extrema.

Relaterat: Födelse av ”Great Dark Spot” Storm på Neptune sett för första gången (Foto)

De blev också förvirrade av en annan fråga: Voyager 2 avslöjade att Neptun är varmare än Uranus, trots att vara längre bort från solen. Som fysikern Brian Cox diskuterade i sin BBC-dokumentär The Planets: ”Källan till denna extra värme är fortfarande ett mysterium.” Men betyder det att vi har ett dubbelpussel på våra händer, och kan ett mysterium hjälpa till att förklara det andra på något sätt?

Innan vi börjar ta itu med de två frågorna, måste vi först titta på vad som egentligen menas med ”varmare”. Eftersom Neptunus är en gasjätte kan vi inte testa den globala medeltemperaturen på marknivå på det sätt som vi kunde på jordens fasta yta. Istället, med Neptuns kärna sannolikt att vara liten, måste temperaturmätningar göras på höjd. . Problemet är, vilken?

Problemet med temperaturen

”Vi kan bara mäta temperaturer i de yttersta skikten”, säger Michael Wong, en planetforskare vid University of California, Berkeley, via e-post. När vi gör det finner vi att Neptun inte är hetare än Uranus i reala termer – de har i huvudsak samma temperatur. Men eftersom Neptunus får mindre solbelysning eftersom det är längre från solen borde detta inte vara fallet.

Vad denna likhet i temperatur antyder är att Neptun är varmare när det gäller hur mycket värme den avger. jämfört med den mängd värme den absorberar från solen. ”Voyagers” mätningar visar att Neptunus avger mer än dubbelt så mycket värme som den absorberar från solen, medan Uranus inte gör det, ”berättade Anthony Del Genio från NASA Goddard Institute for Space Studies (GISS) All About Space. Och det är här saker blir ganska spännande.

Det beror på att Neptun inte är ovanligt i det här fallet. ”Jupiter och Saturn släpper också ut nästan dubbelt så mycket värme som de absorberar, men Uranus gör det inte”, sa Del Genio. ”Uranus är oddballen.”

Relaterat: En mystisk glöd värmer ringar av Uranus

”Temperaturutvecklingen när du går längre bort från solen visar att Jupiter är den varmaste av gasjättarna, Saturnus nästa, sedan Neptunus. Uranus är den som är på sin plats, sade Del Genio. ”Ändå är det ovanliga resultatet associerat med det faktum att Uranus inte har någon betydande intern värmekälla.” Neptunus hittar ett sätt att värma sig upp till Uranus-nivån, medan den senare inte kan generera någon extra värme än den som hämtats från solen.

Men vad är en intern värmekälla? Enkelt uttryckt är det värme kvar från solsystemets födelse när dessa planeter bildades. Värmen drar sig samman från den primitiva solnebulosan – en effekt som kallas Kelvin-Helmholtz-kontraktionen.

”Den extra värmekällan på Neptun beror till stor del på gravitationskontraktion”, säger Joshua Tollefson, också vid universitetet. i Kalifornien, Berkeley. ”När planeten långsamt gravitationsmässigt kontraherar förändras materialet som faller inåt sin potentiella energi till termisk energi, som sedan släpps uppåt från planeten.”

Ändå finns det ingen tydlig anledning till att Uranus inte har mycket av en intern värmekälla – eller någon alls. ”Något måste ha hämmat den här processen på Uranus – kanske på grund av en kollision i dess tidiga historia som slog planeten på sin sida”, säger Tollefson. ”Frågan blir, varför har Neptunus en intern värmekälla men Uranus inte?”

Frysta planeter som älskar att burpa

Det finns en möjlighet att värme inte släpps ut från inredningen på en stadig hastighet men kommer istället i ”burps”. ”Vi kan bara se Uranus i en viloperiod, medan Neptunus har burp mer nyligen”, säger Tollefson. ”Burpsna är konvektion, vilket kan hända i diskreta episoder åtskilda av långa tidsperioder, men vi vet kanske inte om det fungerar säkert såvida vi inte ser en av dessa konvektiva episoder äga rum. ”

Det kan också vara en fråga om att Uranus är en gammaldags och Neptunus en yngre valp. ”Hur mycket värme en planet utstrålar beror mest på hur gammal den är och hur snabbt eller långsamt den släpper ut den värmen”, säger Amy Simon, en NASA-forskare för planetarisk atmosfärforskning vid NASA Goddard Space Flight Center. ”En äldre planet skulle vara kallare. Hur snabbt de släpps beror på den inre strukturen och sammansättningen, molnskikten, konvektionen och så vidare och det kan vara ganska komplicerat. ”

Relaterat: Inside Gas Giant Neptune

” På gasjättar kan det finnas betydande mängder heliumregn, vilket ändrar mängden värme som släpps ut. För Uranus och Neptunus är det möjligt att de är i olika åldrar eller, mer troligt, den händelse som vänt Uranus på sin sida kan ha rört sin inre struktur och / eller släppt ut värme snabbare, ”säger Simon.

Så vad med dessa vindar? De är onekligen hårda, och detta kan ha något att göra med temperaturen.

”Vi” har länge spekulerat i att kyla i Neptunus och Uranus kan leda till nästan friktionsfria förhållanden. och så möjliggör snabbare vindar ”, säger Heidi Hammel, en planetastronom som har studerat båda planeterna i stor utsträckning och som var en del av teamet som avbildade Neptunus från Voyager 2.

Med detta menar hon att det inte finns några berg, kullar eller andra former över det Neptuniska landskapet som saktar ner vindarna. Men finns det något samband mellan stormarna och den inre värmekällan? ”Förmodligen,” sade Hammel, ”men det finns också en delikat balans mellan den inre värmen och det inkommande solljuset.”

Det är svårt att kvantifiera dessa effekter på grund av de långa tidsskalorna. ”Ett år på Neptunus är 165 jordår, så vi har inte haft en chans att studera planeten med moderna verktyg under mycket av sin säsongscykel”, säger Hammel. ”Du behöver mycket tålamod – och förtroende för tidigare och framtida generationer av planetforskare – för att studera yttre planets atmosfärer.”

”Jag antar att teorin skulle vara den större mängden solenergi. , ju mer vindenergi, men på jorden har vi länge känt att den mängd energi som solen tar emot och omvandlas till kinetisk energi i atmosfären – det vill säga vind – är en liten bråkdel, säger Del Genio.

Jorden är en mycket ineffektiv värmemotor och den ger dig inte mycket pengar. En anledning är att den har en solid yta som släpper ut vindkraft genom friktion, medan gasjättarna inte , så det är en anledning till att alla jätteplaneter har mycket starkare vindar än jorden har.

Varför är Neptuns vindar s o stark?

”Vindar genereras antagligen djupare än solljus kan tränga in, så en kombination av inre värme och rotation ger dem sannolikt”, sade Simon och tog upp frågan om varför Uranus och Neptuns vindar inte ” t matcha, med tanke på att de har liknande rotationshastigheter. ”Det säger oss att något är annorlunda mellan dem: delvis inre värme eller något annat,” sade Simon.

Uranus ”vindar kan blåsa upp till 560 mph och Neptuns 1500 mph. ”De är båda extremt snabba och når en hastighet snabbare än Jupiter”, säger Tollefson. NASA säger att Jupiters stora röda fläck kan blåsa vid 384 km / h. Men han säger också att intern värme inte ensam kan förklara hastigheterna, med tanke på att Uranus inte genererar extra värme.

Planeternas inre struktur – deras massor, kärnstorlekar och radiella densitetsprofiler – är extremt viktigt för att förstå vindar som vi ser dem. Hur vindarna bildas och hur djupt de går är frågor som just nu besvaras för Jupiter och Saturnus tack vare NASA: s rymdfarkoster Juno och Cassini. Detta beror på de extremt goda gravitationsdata som de har fått, vilket innebär att man kan skapa bra modeller för den inre strukturen.

Relaterat: Jupiters stora röda fläck: vårt solsystems mest kända storm

Datorsimuleringar tyder på att isjättarnas vindar är begränsade till grunda djup i de övre lagren av deras atmosfärer. Detta kan tyda på att de snabba vindarna vi ser på Uranus och Neptun åtminstone delvis beror på latent värmeutsläpp av kondens för material som vatten.

Del Genio ifrågasätter också tillgängliga data.Han förklarar att när vi mäter vindar på Neptunus ser vi på en specifik höjd. ”Vindarna på andra höjder kan vara långsammare eller snabbare”, säger Del Genio. ”Vi vet inte eftersom vi aldrig har tappat sonder i atmosfären på de flesta av de yttre planeterna.”

Vad Neptunus och Uranus visar är att planeter som bildas under liknande förhållanden kan ge två ytterligheter. detta hjälper oss att begränsa modeller för hur dessa planeter bildar och ger ledtrådar om solsystemets övergripande bildning. ”De borde också hjälpa oss att bättre förstå djupare cirkulation, med tanke på att de är så långt från solen.”

”Det ökar vår kunskap om fysik och kemi i planetariska atmosfärer och hjälper oss att förstå vår egen jord a lite bättre, eftersom fysik och kemi fungerar på samma sätt vare sig här på jorden eller på Neptuns avlägsna, ”säger Hammel.