Уран и Нептун разного цвета. Новое исследование может наконец объяснить, почему

Уран и Нептун являются самыми похожими из всех планет Солнечной системы. Они имеют почти одинаковый размер и массу, схожий состав и структуру, даже схожие скорости вращения.

Поэтому одно яркое отличие вызывает недоумение. Нептун имеет привлекательный лазурный оттенок, на нем видны вихревые штормы. Уран - скорее бесцветный, нежный, бледно-тихий. Если эти две планеты так похожи, то откуда тогда разница в их голубых цветах на основе метана?

Новое исследование, размещенное на сервере препринтов arXiv и ожидающее экспертной оценки, утверждает, что ответ на этот вопрос найден. По мнению команды под руководством планетарного физика Патрика Ирвина из Оксфордского университета в Великобритании, протяженный слой дымки разбавляет оттенок Урана, в результате чего он выглядит бледнее, чем его более далекий близнец; братский, но не идентичный.

Уран и Нептун, согласно нашим измерениям этих двух планет, имеют очень схожую структуру. Небольшое каменистое ядро окружено мантией из воды, аммиака и метанового льда; далее - газообразная атмосфера, состоящая в основном из водорода, гелия и метана; и, наконец, верхняя атмосфера, включая облака. Но эта атмосфера не является однородной; скорее, предполагается, что она слоистая, как и все остальные атмосферы в Солнечной системе.

Ирвин и его коллеги проанализировали данные наблюдений двух планет в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, чтобы создать новые модели атмосферных слоев. Им удалось найти модели, которые очень хорошо повторяют наблюдения, включая штормы на Нептуне и более бледный оттенок Урана.

В их моделях обе планеты имеют слой фотохимической дымки. Это происходит, когда ультрафиолетовое излучение Солнца разрушает аэрозольные частицы в атмосфере, в результате чего образуются частицы дымки. Это обычный процесс, который наблюдается на Венере, Земле, Сатурне, Юпитере, карликовой планете Плутон и лунах Титан и Тритон.

Исследователи назвали этот слой "Аэрозоль-2", и на обеих планетах он, по-видимому, является источником облачных семян, которые конденсируются в метановый лед на нижней границе и выпадают в виде снега глубже в атмосферу. Причем на Уране этот слой, похоже, в два раза непрозрачнее, чем на Нептуне - и именно поэтому две планеты выглядят по-разному.

"Поскольку установлено, что эти частицы поглощают ультрафиолет, это объясняет более низкую наблюдаемую отражательную способность Урана в ультрафиолетовом диапазоне, а также объясняет, почему Уран кажется человеческому глазу более бледно-голубым, чем Нептун, поскольку эти частицы имеют примерно белый видимый отражательный спектр", - пишут исследователи в своей работе.

"Более низкая непрозрачность слоя аэрозоля-2 Нептуна также объясняет, почему темные пятна ... легче наблюдать в атмосфере Нептуна, чем в атмосфере Урана".

Ниже слоя Аэрозоль-2 находится более глубокий слой дымки, называемый Аэрозоль-1, где метан повторно испаряется и повторно осаждает частицы дымки. Эти частицы дымки затем конденсируются в субмикронные кристаллы сероводорода (это и есть то самое вонючее соединение). Спектральная сигнатура этой области соответствует льду и темной дымке.

Команда считает, что именно в этой области Aerosol-1 зарождаются темные черты, такие как пятна и полосы, наблюдаемые на Нептуне. Если слой аэрозоля-2 на Нептуне тоньше и прозрачнее, это сделает эти особенности более заметными.

Неясно, почему слой аэрозоля-2 на Нептуне не такой плотный, как на Уране, но исследователи полагают, что атмосфера Нептуна может лучше очищаться от дымки за счет более эффективного вымывания метана, чем на Уране.

Полученные результаты предлагают несколько направлений для дальнейших наблюдений, говорят исследователи.

"Будущие наблюдения Урана и Нептуна... могут помочь решить вопрос о том, вызваны ли темные пятна и темные области потемнением или очисткой слоя Аэрозоля-1", - пишут они. "Это, как мы надеемся, станет основной темой будущей работы".

Исследование было загружено на сервер препринтов arXiv.