Одна из величайших загадок Солнечной системы звучит так – почему Нептун и Уран такие разные? И это несмотря на очень схожую массу и очень похожий состав. И одно из подобных отличий — цвет. Нептун заметно голубее своего собрата – ледяного гиганта. Но самое интересное не это. А то, что никто точно не знает, почему это так. И этот факт интригует ученых до такой степени, что некоторые из них даже предполагают, что в атмосфере Нептуна есть какое-то неизвестное соединение! Которое и делает ее более голубой.
Но, возможно, ответ на эту загадку гораздо прозаичнее. Новая теория, предложенная группой исследователей во главе с Патриком Ирвином из Оксфордского университета, объясняет разницу в цвете менее загадочным и более простым способом. По мнению ученых Уран менее голубой, чем Нептун, потому что в его атмосфере имеется более плотный слой дымки, чем у его ледяного брата. Эта теория основана на модели, которая также объясняет, почему в атмосферах обоих ледяных гигантах время от времени появляются темные пятна. Эти пятна являются, как считают исследователи, некими «дырами» в верхних слоях атмосферы. И через них можно увидеть более темный нижний слой сероводородных облаков.
Почему Нептун другой?
Но как же ученые пришли к такому выводу? Для этого пришлось поработать. Группа исследователей использовала модель, основанную на данных, полученных от космического телескопа Хаббл, обсерватории Джемини и инфракрасного телескопа НАСА IRTF. Благодаря использованию разных длин волн, от ультрафиолетового до инфракрасного, эта модель является наиболее точной из тех, что были созданы для объяснения природы верхних слоев атмосферы ледяных гигантов.
Атмосферы Урана и Нептуна состоят в основном из водорода и гелия. Оба эти газа прозрачны. Известно, что цвета атмосфер таких планет, как Юпитер и Сатурн, возникают из-за присутствия в них различных соединений и органических веществ. В случае с ледяными гигантами газ метан отвечает за их общий голубоватый оттенок. Это химическое соединение преимущественно рассеивает красный свет в видимой части спектра. Поэтому до наших глаз доходят более короткие волны. То есть синий цвет и его оттенки. Однако атмосферы этих миров не представляют собой однородную смесь водорода, гелия и метана. Они, на самом деле, разделены на различные слои. Кроме того, метан и другие соединения реагируют на ультрафиолетовое излучение Солнца с образованием более сложных органических веществ. Которые остаются во взвешенном состоянии в виде тумана, состоящего из различных аэрозолей.
И именно эта фотохимическая дымка является ключом к объяснению цветов Урана и Нептуна. Она возникает в верхней части обеих атмосфер, наиболее подверженной воздействию солнечного света.
Плотность дымки
Согласно новой модели, в дополнение к самому внешнему и диффузному слою дымки, в атмосферах планет-гигантов должен присутствовать слой концентрированной дымки, расположенный над зоной конденсации метана. Она расположена на такой глубине, где давление составляет от 1 до 2 бар. Находясь на этой критической глубине, частицы дымки способствуют конденсации метана. Который выпадает вглубь планеты в виде снега. На большей глубине метан снова испаряется. И органические частицы в тумане начинают способствовать конденсации сероводорода. Это происходит на такой глубине, где давление составляет 5-7 бар. Этот облачный слой сероводорода заметно темнее. И именно он образует наблюдаемые темные пятна, которые время от времени появляются на двух планетах. Для Нептуна модель включает дополнительный слой, состоящий из высотных метановых ледяных облаков, или метановых перистых облаков, существующих при давлении около 0,2 бар.
Разница между Ураном и Нептуном, помимо этого верхнего слоя метановых облаков, заключается в том, что у Урана слой концентрированной дымки намного плотнее. Так происходит из-за менее турбулентной атмосферы этой планеты. И это препятствует эффективному смешиванию ее различных слоев. Если представить эту дымку беловатым цветом, в конечном итоге Уран будет казаться более бледным и бирюзовым, чем Нептун. У которого, как мы сегодня выяснили, более голубоватая атмосфера.
Модель аэрозольного слоя не впервые предлагается для объяснения различных цветов Урана и Нептуна. Но новая представленная модель является первой, объясняющей окраску двух планет с помощью одного и того же типа дымки. И использующая наблюдения двух миров на нескольких длинах волн.
Теперь нам просто нужно отправить туда зонд. Чтобы убедиться, что ученые не зря трудились. И все поняли правильно.
