Hubble hjälper till att förklara isjättarnas olika färger

Uranus och Neptunus, som tillsammans utgör solsystemets isjättar, har mycket gemensamt. De är av liknande volym, massa, temperatur, atmosfärisk komposition och delar ett stormigt klimat, men detta till trots ser de tämligen olika ut. Medan Neptunus är djupt blå med tydliga stormar och molnband, präglas Uranus av en heltäckande, disig blekblå färg som i synliga våglängder inte avslöjar någonting av dess stormiga interiör. Hittills har de olika färgerna utgjort något av ett mysterium, men nu kan det finnas en förklaring till varför de två planeternas yttre ter sig så olika, och enligt denna modell har det med koncentrationen av dis i de båda planetatmosfärerna att göra.

Tidigare forskning rörande Uranus och Neptunus atmosfärer har fokuserats kring observationer genom enstaka specifika våglängder. Den nya modellen går ut på att studera multipla atmosfärslager och “dispartiklar” i mer djupliggande lager, lager som hitintills har antagits bestå av uteslutande metan och is av vätesulfider, och det är den första modellen som samkör observationer av reflekterat solljus i våglängder från ultraviolett till nära infrarött.

Bakom studierna står ett internationellt forskningsteam lett av Patrick Irwin, professor i planetarisk fysik vid Oxfords universitet, vilka bland annat har tagit rymdteleskopet Hubble till hjälp. Genom att studera spektrografiska data i våglängder mellan 0,3-1,0 mikrometer, som Hubbleteleskopets Hubble’s Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) under flertalet år har samlat in, och komplettera med nyare observationer utförda med det markbaserade Gemini North Telescope på Hawaii samt arkivdata från Nasas Infrared Telescope Facility, kunde Irwin och hans team framställa modellen som omfattar tre olika lager av aerosoler på olika höjd i planeternas atmosfärer. Därigenom har de kunnat dra slutsatsen att mysteriet bakom isjättarnas olika färger står att finna i mittenlagret, som i forskningsrapporten refereras till som Aerosol-2-lagret. Aerosol-2-lagret har visat sig vara tjockare hos Uranus än hos Neptunus och hypotesen är att metanis hos båda planeterna kondenserar till partiklarna i detta lager, för att sedan dra partiklarna djupare ned i atmosfären igen, i form av metansnö. Eftersom Neptunus har en mer aktiv och turbulent atmosfär än Uranus, tros Neptunusatmosfären vara mer effektiv när det kommer till att röra upp partiklarna i dislagret. Detta skingrar diset och resulterar i en mer distinktiv blå kulör. Hade båda isjättarna haft samma mängd dis i sina atmosfärer, eller för den delen inget alls, hade de haft samma färg.

Frånsett att studera isjättarnas spektra, använde sig teamet även av fotografier tagna av Hubbles Wide Field Camera 3 (WFC3) som tillhandahåller bra avbildningar av de atmosfäriska stormarna kända som “mörka fläckar” som uppträder hos båda planeterna. Förekomsten av de mörka fläckarna har länge varit känd, men vad som inte har kunnat fastställas är i vilka atmosfärslager dessa befinner sig. Tack vare simulerade bilder baserade på den nya modellen som nära matchar WFC3-fotografierna av planeterna går det nu att förklara varför fläckarna är lättare att upptäcka på Neptunus än på Uranus, och återigen står svaret att finna i Aerosol-2-lagret. Samma tjocka dis i Uranus andra aerosollager som orsakar dess ljusblå färg är vad som döljer de mörka fläckarna oftare än vad som är fallet med Neptunus.

Från början var det dock inte meningen att studierna av isjättarnas atmosfärer skulle fokusera på atmosfärernas olika färger, vilket Mike Wong, astronom vid University of California och en av forskarna I Patrick Irwins team, förklarar:
“Vi hade hoppats på att utvecklandet av den här modellen skulle hjälpa oss att förstå molnen och diset i isjättarnas atmosfärer. Att få en förklaring till färgskillnaden var en oväntad bonus!”