5 Minutės
Uranas — terminė mįslė: planeta, kitokia nei kitos
Uranas išsiskiria Saulės sistemoje: jis rieda ant šono, todėl kiekvienas ašigalis apie 42 Žemės metus būna nukreiptas į Saulę, ir jis sukausi retrogradine trajektorija, panašiai kaip Venera. Dešimtmečius mokslininkai manydavo, kad Uranas beveik neišskiria jokios vidinės šilumos — išvada, didžia dalimi paremta vienu artimu matavimu, atliktu NASA zondų Voyager 2 praskridimo metu 1986 m. Toks rezultatas kėlė klausimų planetų susidarymo ir evoliucijos modeliams, nes kitos milžiniškos planetos (Jupiteris, Saturnas ir Neptūnas) spinduliuoja žymiai daugiau energijos, nei gauna iš Saulės, o tai rodo liekamą vidinį šilumos šaltinį.
Hipotezės dėl „terminės mirties“ Urane skyrėsi. Kai kurie tyrėjai teigė, kad planeta atvėso greičiau ir termiškai yra „senesnė“; kiti siūlė, jog milžiniškas senovinis susidūrimas (galimai tas pats įvykis, kuris pakreipė Uraną) galėjo išplauti giluminę šilumą. Abi versijos sukėlė papildomų klausimų apie tai, kaip ledo milžinai transportuoja ir išlaiko šilumą milijardus metų.
Uranas energijos biudžeto peržiūra su moderniais stebėjimais ir modeliavimu
Siekiant išspręsti prieštaravimą, Oksfordo universiteto ir NASA mokslininkų komanda peržiūrėjo dešimtis metų stebėjimų ir sukūrė pažangų radiacinio perdavimo ir atspindžio modelį, apjungiantį duomenis iš tiek žemės, tiek kosminių observatorijų, įskaitant Hubble teleskopą ir NASA Infraraudonųjų spindulių teleskopą (IRTF) Havajuose. Tikslas buvo pateikti išsamesnį Urano energijos biudžeto įvertinimą: saulės šviesos absorbcijos, atspindžio (albedo) ir spinduliuojamos terminės energijos balansą.
Vidinio šilumos srauto įvertis gaunamas atimant atspindėtą ir perspinduliuotą saulės energiją iš bendros išėjimo energijos. Pagrindinė problema — tiksliai pamatuoti šviesą, sklindančią aukštais faziniais kampais — šviesą, kuri skrieja į šonus, o ne tiesiogiai atgal link stebėtojo. Naujas modelis įtraukia Urano sudėtingus atmosferos sluoksnius, drumstis, debesis ir sezoninį kintamumą, todėl geriau apskaičiuoja bendrą atspindimos šviesos kiekį visuose stebėjimo kampuose.
Tyrėjai praneša, kad Uranas spinduliuoja maždaug 15 % daugiau energijos, nei gauna iš Saulės. Nors šis vidinis šilumos kiekis yra kuklus, palyginti su Neptūnu (kuris spinduliuoja daugiau nei dvigubai daugiau saulės energijos, nei gauna), tai paneigia ilgai galiojusį teiginį, kad Uranas iš esmės neturi vidinio šilumos šaltinio. Kaip pažymėjo Dr. Amy Simon iš NASA Goddard kosminių skrydžių centro, bendraautoriė tyrime, Voyager eros išvada rėmėsi vienu matavimu — o nauja sintezė suteikia platesnį ir niuansuotesnį Urano terminės būklės vaizdą.
Pagrindiniai atradimai, pasekmės ir neišspręsti klausimai
Peržiūrėtas energijos biudžetas turi keletą svarbių pasekmių planetų mokslui. Pirma, mažas, bet realus Urano vidinis šilumos srautas geriau suderina planetą su milžiniškų planetų atvėsimu ir evoliucija: vietoje visiško anomalumo jis dabar atrodo užimantis tarpinę terminę klasę tarp Neptūno ir šviesesnių dujų milžinų. Antra, šis radinys riboja ankstyvąją planetos istoriją aprašančias scenarijus. Jeigu vidinė šiluma nebuvo katastrofiškai prarasta, milžiniško susidūrimo hipotezė turėtų tikslinti, kaip po smūgio keičiasi energijos paskirstymas ir izoliacija.
Vis dėlto Urano vidinės šilumos dydis ir pasiskirstymas išlieka neaiškūs. Ar šiluma kyla iš lėto šerdies aušinimo, likutinės diferenciacijos ar iš lėto išlaisvinimo procesų gilumoje? Kaip didžiulis Urano ašies pasvirimas ir ilgi sezonai veikia atmosferos cirkuliaciją ir šilumos transportą? Atsakymai į šiuos klausimus reikalauja tikslesnių terminės žemėlapių, aukštesnės raiškos infraraudonųjų spindulių stebėjimų ir, pageidautina, specialios Urano orbitinės misijos ar zondo.
Misijų kontekstas ir ateities perspektyvos
Voyager 2 iki šiol lieka vienintelis zondas, artimai aplankęs Uraną, tačiau šiuolaikiniai teleskopai surinko dešimtis metų papildomų duomenų. Ateities observatorijos ir galimos misijos galėtų tiksliau išmatuoti Urano išspinduliuotą infraraudonąjį spektro diapazoną ir žemėlapinti šilumos srauto erdvinius pokyčius. Kosminis aparatas su radijo mokslo įranga, mikrobangų radiometru ir infraraudonųjų spindulių spektrometru galėtų tiesiogiai ištirti planetos vidinį šilumos srautą ir atmosferos dinamiką — tai būtini duomenys ledinių milžinų susidarymo bei evoliucijos modelių tikrinimui.
Ekspertų pastebėjimas: „Naujas įvertis, jog Uranas spinduliuoja kuklų vidinį šilumos kiekį, yra svarbus žingsnis į priekį,“ sako Dr. Elena Morales, planetų fizikė Lunar and Planetary Laboratory (fiktyvus pavyzdys). „Tai pakeičia klausimą iš „kodėl Uranas neturi šilumos?“ į „kaip sumažintas, bet nenulinis šilumos srautas formuoja ilgalaikę evoliuciją?“ Tikslesni infraraudonųjų ir mikrobangų stebėjimai bus artimiausias šuolis į priekį.“
Išvados
Atnaujinti modeliai ir dešimtmečius trunkanti teleskopų duomenų sintezė rodo, kad Uranas spinduliuoja apie 15 % daugiau energijos, nei gauna iš Saulės, kas rodo kuklų vidinį šilumos šaltinį. Šis rezultatas prislopina Urano statusą kaip terminę anomaliją tarp milžiniškų planetų ir nukreipia mokslinius klausimus link to, kaip likutinė šiluma saugoma, pernešama ir atskleidžiama ledinių milžinų atmosferose. Norint visiškai išaiškinti Urano terminę istoriją ir vidinę struktūrą, planetų mokslo bendruomenei reikės tikslesnių nuotolinių stebėjimų ir galų gale grąžinamųjų misijų, kurios galėtų tiesiogiai išmatuoti šilumos srautą ir giluminę atmosferos sudėtį.
Šaltinis: sci
Komentarai