صور جديدة تكشف الشكل الحقيقي لنبتون وأورانوس

تظهر الأبحاث الحديثة التي أجراها البروفيسور باتريك إيروين ذلك نبتون و أورانوس كلاهما لهما درجات ألوان خضراء وزرقاء متشابهة، مما يتحدى التصورات السابقة لألوانهما. استخدمت الدراسة بيانات التلسكوب الحديثة لتصحيح أخطاء الألوان التاريخية وشرح التغيرات اللونية الصغيرة في مدار أورانوس.

يحب نبتون اللون الأزرق الغني وأورانوس اللون الأخضر، لكن دراسة جديدة كشفت أن العملاقين الجليديين أقرب بكثير في اللون مما كان يعتقد عادة.

تم تأكيد الظلال الدقيقة للكواكب بمساعدة البحث الذي أجراه البروفيسور باتريك إيرفين. جامعة أكسفوردتم نشره اليوم في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.

على الرغم من أنه من الشائع أن يكون لون نبتون أزرق غامق وأن أورانوس له مظهر سماوي شاحب، فقد وجد هو وفريقه أن العالمين لهما في الواقع ظل مماثل من اللون الأزرق المخضر.

صور فوييجر 2/محطة الفضاء الدولية لأورانوس ونبتون، التي تم إصدارها بعد تحليق فوييجر 2 في عامي 1986 و1989، على التوالي، مقارنة بإعادة معالجة صور المرشح المنفصلة في هذه الدراسة، حددت تقديرًا أفضل للألوان الحقيقية لهذه الكواكب. الائتمان: باتريك ايروين

المفاهيم الخاطئة عن ألوان الكواكب

ويعرف علماء الفلك منذ فترة طويلة أن معظم الصور الحديثة للكوكبين لا تعكس بدقة ألوانهما الحقيقية.

خلال القرن العشرين، نشأ اعتقاد خاطئ عندما تم التقاط صور للكوكبين – بما في ذلك ناسامهمة فوييجر 2، المركبة الفضائية الوحيدة التي تطير عبر هذه العوالم – سجلت صورًا بألوان منفصلة.

تم بعد ذلك إعادة دمج الصور أحادية اللون لإنشاء صور مختلطة الألوان، والتي لم تكن دائمًا متوازنة بدقة للحصول على صورة ملونة “حقيقية”، وغالبًا ما كانت تُصنع “باللون الأزرق جدًا” – خاصة في حالة نبتون.

أورانوس كما يراه HST/WFC3 من 2015-2022. خلال هذا التسلسل، يتأرجح القطب الشمالي ذو اللون الأخضر الفاتح نحو الشمس والأرض. في هذه الصور، تم تحديد خطي الاستواء وخط العرض عند 35 شمالا و 35 جنوبا. الائتمان: باتريك ايروين

بالإضافة إلى ذلك، تم تحسين تباين صور نبتون المبكرة التي التقطتها فوييجر 2 بشكل كبير لتكشف بشكل أفضل عن السحب والأحزمة والرياح التي تشكل رؤيتنا الحديثة لنبتون.

قال البروفيسور إيروين: “في حين تم إصدار صور فوييجر 2 المألوفة لأورانوس في شكل قريب من اللون “الحقيقي”، فإن صور نبتون كانت في الواقع ممتدة ومحسنة وبالتالي أكثر زرقة بشكل مصطنع.”

“على الرغم من أن اللون المشبع بشكل مصطنع كان معروفًا بين علماء الكواكب في ذلك الوقت – فقد نُشرت صور مع تعليقات تشرحه – إلا أن هذا التمييز فقد مع مرور الوقت”.

“من خلال تطبيق نموذجنا على البيانات الأصلية، تمكنا من إعادة إنتاج تمثيل دقيق للغاية للون كل من نبتون وأورانوس.”

توضيح الألوان الحقيقية من خلال الأبحاث الحديثة

وفي الدراسة الجديدة، استخدم الباحثون البيانات تلسكوب هابل الفضائيمقياس الطيف التصويري للتلسكوب الفضائي (STIS) والمستكشف الطيفي متعدد الوحدات (تأمل) في المرصد الأوروبي الجنوبي تلسكوب كبير جداً. في كلا الجهازين، كل بكسل هو طيف مستمر.

وهذا يعني أنه يمكن معالجة ملاحظات STIS وMUSE بشكل لا لبس فيه لتحديد اللون الظاهري الحقيقي لأورانوس ونبتون.

استخدم الباحثون هذه البيانات لإعادة توازن الصور الملونة المركبة التي سجلتها كاميرا Voyager 2 والكاميرا واسعة النطاق 3 (WFC3) التابعة لتلسكوب هابل الفضائي.

وكشف هذا أن أورانوس ونبتون هما في الواقع ظلال متشابهة من اللون الأزرق المخضر. والفرق الرئيسي هو أن نبتون لديه لمحة طفيفة من اللون الأزرق، وهو ما يكشفه النموذج بسبب طبقة الضباب الرقيقة للكوكب.

رسم متحرك للتغيرات الموسمية على أورانوس على مدى عامين أورانوس (سنة أورانوس واحدة تساوي 84.02 سنة أرضية)، تمتد من 1900 إلى 2068 وتبدأ قبل الانقلاب الصيفي الجنوبي مباشرة، عندما يشير القطب الجنوبي لأورانوس بشكل مباشر تقريبًا نحو الشمس.
يُظهر القرص الأيسر مظهر أورانوس بالعين المجردة، بينما تم تحسين القرص الأيمن لجعل ملامح الغلاف الجوي أكثر وضوحًا. في هذه الرسوم المتحركة، تم تقليص دوران أورانوس أكثر من 3000 مرة بحيث يمكن رؤية دوران الكوكب، ويمكن رؤية السحب العاصفة الفردية تتحرك عبر قرص الكوكب.
بينما يتحرك الكوكب نحو الانقلاب، يمكن رؤية “الغطاء” القطبي الشاحب من عتامة السحابة وانخفاض وفرة الميثان وهو يملأ المزيد من قرص الكوكب، مما يؤدي إلى تغيرات موسمية في اللون العام للكوكب.
يرجع التغير في حجم قرص أورانوس إلى تغير المسافة بين أورانوس والشمس أثناء مداره.
الائتمان: باتريك إيروين، جامعة أكسفورد

شرح اختلافات الألوان في كوكب أورانوس

تجيب الدراسة أيضًا على اللغز الذي طال أمده حول سبب تغير لون أورانوس بشكل طفيف خلال مداره حول الشمس الذي يبلغ 84 عامًا.

وتوصل الباحثون إلى استنتاجاتهم بعد مقارنة صور العملاق الجليدي لأول مرة مع قياسات سطوعه التي سجلها مرصد لويل في أريزونا في الفترة من 1950 إلى 2016 بأطوال موجية زرقاء وخضراء.

تظهر هذه القياسات أن أورانوس يبدو أكثر اخضرارًا قليلاً عند الانقلابات (أي الصيف والشتاء)، عندما يشير أحد أقطاب الكوكب نحو نجمنا. ولكن خلال فترة الاعتدال – عندما تكون الشمس فوق خط الاستواء – يكون لونها أكثر زرقة إلى حد ما.

كان من المعروف أن هذا يرجع إلى حقيقة أن أورانوس لديه دورة غير عادية للغاية.

وهو يدور فعليًا على جانبه أثناء مداره، مما يعني أنه خلال الانقلابات الشمسية للكوكب، يشير قطبه الشمالي أو الجنوبي بشكل مباشر تقريبًا نحو الشمس والأرض.

وهذا أمر مهم لأن أي تغييرات في انعكاس المناطق القطبية يمكن أن يكون لها تأثير كبير على السطوع الإجمالي لأورانوس كما يُرى من كوكبنا.

علماء الفلك غير متأكدين من كيفية أو سبب اختلاف هذا الانعكاس.

وقد دفع ذلك الباحثين إلى تطوير نموذج يقارن أطياف المناطق القطبية لأورانوس مع أطياف المناطق الاستوائية.

ووجدت أن المناطق القطبية لديها انعكاس أعلى في الأطوال الموجية الخضراء والحمراء مقارنة بالأطوال الموجية الزرقاء، لأن الميثان الذي يمتص اللون الأحمر يكون متوافرًا بالقرب من القطبين بمقدار النصف كما هو الحال بالقرب من خط الاستواء.

ومع ذلك، لم يكن هذا كافيا لتفسير تغير اللون بشكل كامل، لذلك أضاف الباحثون متغيرا جديدا إلى النموذج على شكل “غطاء” من الضباب الكثيف تدريجيا، والذي شوهد سابقا في الصيف، عندما كانت أشعة الشمس على الكوكب القطبي. . الانتقال من الاعتدال إلى الانقلاب.

ويعتقد علماء الفلك أنه مصنوع من جزيئات جليد الميثان.

عند المحاكاة في النموذج، زادت جزيئات الجليد من الانعكاس عند القطبين بأطوال موجية خضراء وحمراء، مما يوفر تفسيرا لسبب كون أورانوس أخضر عند الانقلاب.

وقال البروفيسور إيرفاين: “هذه هي الدراسة الأولى التي تتطابق مع نموذج كمي مع بيانات التصوير لشرح سبب تغير لون أورانوس أثناء مداره”.

“وبهذه الطريقة، أثبتنا أن أورانوس يكون أكثر خضرة عند الانقلاب الشمسي بسبب انخفاض وفرة الميثان في المناطق القطبية وسماكة جزيئات جليد الميثان المتناثرة الساطعة.”

وقالت الدكتورة هايدي هامل من رابطة الجامعات للأبحاث الفلكية (AURA)، التي درست نبتون وأورانوس لعقود من الزمن، لكنها لم تشارك في الدراسة: “لقد خدع سوء الفهم للون نبتون والتغيرات غير العادية في لون أورانوس”. “لعقود من الزمن. هذه الدراسة الشاملة تضع نهاية للقضيتين أخيرًا.”

الدراسة المستقبلية وأبحاث المتابعة

يعد عمالقة الجليد أورانوس ونبتون مكانًا مثيرًا للمستكشفين الآليين المستقبليين للبناء على إرث فوييجر في الثمانينيات.

وقال البروفيسور لي فليتشر، عالم الكواكب في جامعة ليستر والمؤلف المشارك للدراسة الجديدة: “إن مهمة استكشاف نظام أورانوس – من غلافه الجوي الموسمي الغريب، إلى حلقاته وأقماره المتنوعة – تمثل أولوية قصوى بالنسبة لنا”. وكالات الفضاء في العقود المقبلة.”

ومع ذلك، فحتى مستكشفو الكواكب الذين عاشوا لفترة طويلة في مدار حول أورانوس لن يلتقطوا سوى لقطة صغيرة للسنة الأورانية.

“الدراسات الأرضية مثل هذه، والتي توضح كيف تغير مظهر ولون أورانوس على مر العقود استجابة للمواسم المختلفة في النظام الشمسي، ستكون ضرورية في وضع نتائج هذه المهمة المستقبلية في سياقها الأوسع.” وأضاف البروفيسور فليتشر.

المرجع: “نمذجة الدورة الموسمية للون وحجم أورانوس ومقارنتها مع نبتون” باتريك جي جي إيروين، جاك دوبنسون، أرجونا جيمس، نيكولاس دينبي، إيمي أ سيمون، لي إن فليتشر، مايكل تي رومان، جلين إس أورتن، مايكل إتش وونغ، دانيال توليدو، بقلم سانتياغو بيريز هويوس وجولي بيك، 12 سبتمبر 2023، الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.
دوى: 10.1093/منراس/ستاد3761