Kodėl Uranas yra mėlynas: Kas nulemia planetų spalvas mūsų Saulės sistemoje?

Išskirtinės planetų spalvos: kaip jos susidaro?

Žvelgiant į Saulės sistemos planetas pro galingą teleskopą, Jupiteris ir Saturnas stebina gelsvai rudomis juostomis. Tačiau šių dujų milžinių atspalviai nublanksta prieš ryškias ledinių milžinių – Urano ir Neptūno – spalvas. Tolimosios planetos išsiskiria įspūdinga melsvai žalsva spalva – retu reiškiniu, vyraujant mūsų kosminėje kaimynystėje šiltesnėms raudonoms bei gelsvoms spalvoms. Kodėl būtent Uranas švyti savo būdingu žydrų atspalviu, ir kodėl jis atrodo kitaip nei Žemė ar net Neptūnas?

Žemė – „Blyškus mėlynasis taškelis“

Žemė garsi kaip „blyškus mėlynasis taškelis“ – terminą išpopuliarino astronomas Carlas Saganas, stebėdamas mūsų planetą iš Saturno nuotolio. Žemės mėlynumas pirmiausia kyla dėl didžiulių vandenynų, užimančių apie 70% paviršiaus, ir dėl Saulės šviesos sklaidos atmosferoje. Vanduo sugeria raudonus šviesos bangos ilgį, o mėlyna bei žalia šviesą atspindi, todėl iš kosmoso mūsų planeta atrodo mėlyna.

Priešingai, dauguma kitų Saulės sistemos kūnų – šiltesnių, gelsvų ar rudų spalvų: Jupiteris ir Saturnas švyti blyškiai gelsvai ruda, Marsas garsėja raudonais dykumų tonais, o Venera – minkštu sieros geltonumu. Kai kurie palydovai atspindi prislopintus raudonus ar rudus atspalvius, tačiau sodriai mėlyna spalva iš tiesų yra labai reta. Tik Žemė ir ledinės milžinės pasiekia šią paletę.

Kas Uraną nudažo mėlynai? Metano vaidmuo

Nors Žemės mėlynumas kyla iš vandens, Uranas savo išskirtinę žalsvai melsvą spalvą skolina visai kitam elementui – metano dujoms (CH4). Ši paprasta molekulė, kuri Žemėje yra pagrindinė gamtinių dujų sudedamoji dalis, turi itin svarbų optinį vaidmenį ledyne milžino atmosferoje.

Kai Saulės šviesa pasiekia Uraną, viršutinėje planetos atmosferoje esantis metanas sugeria raudoną matomos šviesos dalį. Skirtingai nei Jupiterio ar Saturno atmosferose, kur dominuoja amoniakas ir kitos medžiagos, metanas Urano danguje veikia kaip filtras: raudona šviesa sugeriama ir pavirsta šiluma, o žalia ir mėlyna atsispindi ir išsisklaido atgal į erdvę. Šis procesas principu primena (bet ne mechanizmu) tai, kaip Žemės vandenynai reflektuoja mėlyną šviesą, nudažydami Uraną žalsvai mėlynai – žydros spalvos pasklidimu.

Pažymėtina, jog tai skiriasi nuo to, kaip mėlyna dangaus spalva susidaro Žemėje – čia dėl Rayleigh sklaidos mėlynos šviesos bangos ilgiai išsklaidomi labiau nei raudoni, todėl dangus atrodo mėlynas. Tačiau tekančios ar besileidžiančios Saulės metu, storėjanti atmosfera išsklaido skirtingus spalvų atspalvius, sukurdama auksinius ar raudonus horizontus.

Mokslinis žalsvai mėlynos atspalvio paaiškinimas

Metano vaidmuo Uranui tuo nesibaigia – šios dujos efektyviai sugeria ir infraraudonąją spinduliuotę, prisideda prie unikalios šiltnamio efektą sukeliančios atmosferos kūrimo. Palyginti su Jupiteriu ar Saturnu, kur debesyse mažiau metano ir gausiau amoniako bei vandens garų, Urano atmosfera pasižymi ženkliai didesne metano koncentracija. Tokiu būdu tik mėlyna ir žalia šviesa pasiekia mūsų teleskopų objektyvus, nudažydama planetą šaltomis spalvomis.

Metano kilmė Urane: gyvybės nereikia

Žemėje metanas dažnai laikomas gyvybės ženklu – jį gamina gyvūnų virškinimo sistema, pūvantys augalai, pelkės ar tam tikros bakterijos. Tačiau Urano ledinėse gelmėse gyvybės įtakos nėra.

Taigi, kaip metanas atsirado Urane? Mokslininkai mano, kad ankstyvoje Saulės sistemos raidoje vyko paprastų molekulių – anglies monoksido ir vandenilio – reakcija, vadinama metanacija, kurios metu susidarė metanas. Per milijonus metų ši duja „įkalinta“ leduose ir dulkių grūdeliuose – planetesimalėse, kurios vėliau suformavo Uraną.

Kituose kūnuose metanas gali susidaryti dėl cheminių reakcijų tarp vandens, anglies junginių ir šilumos, vadinamas serpentinacija. Tai galėjo vykti Saturno palydove Titane ar net kadaise Marse, tačiau Urane šiam procesui įrodymų nėra. Kitaip nei kai kuriose kitose planetose ir palydovuose, Urane metano kilmė laikoma visiškai nebiologine.

Metanas visoje Saulės sistemoje

Metanas – ne vien Urano ypatybė. Jo rasta ir Saturno palydove Titane, ir nedideliais kiekiais Marse, taip pat gausu kometose bei ledo kūnuose. Šie atradimai svarbūs tiriant organinės chemijos raidą ankstyvoje Saulės sistemoje ir ieškant gyvybės už Žemės ribų.

Neptūnas ir Uranas: panašumai ir skirtumai

Tiek Uranas, tiek Neptūnas ryškias mėlynas spalvas skolingi metanui. Vis dėlto Neptūnas dažnai atrodo ryškesnio mėlynumo, o Uranas gali būti žalsvesnis ar drumstesnis.

Tai, pasak tyrėjų, lemia skirtingas atmosferos skaidrumas. Urano atmosferoje daugiau dulkių ir sudėtingų organinių aerozolių, susidarančių dėl saulės šviesos sukeliamų reakcijų. Naujausi Hubble teleskopo stebėjimai rodo, jog sezoniniai pakitimai gali keisti šių dulkių kiekį bei pasiskirstymą, taip keisdami Urano išvaizdą bėgant metams. Priešingai, Neptūne dažnai sninga „metano sniegu“ – susidarę metano kristalai pašalina dulkių sluoksnį, tarsi lietus nuplauna smogą Žemės danguje. Todėl Neptūnas švyti sodriau mėlyna, o Uranas išlieka blyškesnis ir žalsvesnis.

Neatskleisti ledinių milžinių paslaptys

Nors jų orbita – mūsų Saulės sistemos pašonėje, Uranas ir Neptūnas lieka vienomis mažiausiai išnagrinėtų pagrindinių planetų. Didelis atstumas, žemos temperatūros bei paslaptingos atmosferos verčia net pažangiausias kosmoso stebėjimo technologijas dirbti ties riba.

Suprasdamos šiuos neišspręstus klausimus, NASA ir kitos kosminės agentūros rengia naujus misijų planus, skirtus detaliai ištirti ledo milžines iš arti. Jei planai išsipildys, artimiausiais metais į Uraną pradės ruoštis pirmosios kosminės misijos, turinčios atskleisti jo sudėtį, klimato sistemas ir, galbūt, neįprastą magnetinį lauką. Tokie tyrimai gali iš esmės pakeisti mūsų supratimą apie planetų formavimąsi, egzotinių dujų ir ledo elgseną bei cheminę gigantiškų planetų evoliuciją.

Išvada

Uranas, savo ryškia žalsvai melsva spalva, išlieka ne tik kosminiu akcentu, bet ir moksliniu galvosūkiu. Skirtingai nei Žemė, kur pagrindinis spalvos šaltinis yra vanduo ir atmosferos šviesos sklaida, Uraną nudažo būtent metano gebėjimas sugerti raudoną šviesą ir atspindėti mėlyną bei žalią. Ši unikali atmosferos chemija išskiria Uraną iš dujinių milžinų tarpo ir pabrėžia jo ypatingą vietą ledinių planetų klasėje.

Ateityje, pradėjus naujas kosmines misijas, tikimasi atskleisti daugiau paslapčių apie Uraną ir jo „dvynį“ Neptūną. Pažinus šių tolimų pasaulių prigimtį, praplėsime žinias apie planetų atmosferas, cheminę evoliuciją ir įvairius gamtos būdus kurti spalvą bei sudėtingumą mūsų Visatoje.