كيف اكتشفنا أن أورانوس ونبتون متطابقان تقريبًا في اللون

حتى الآن، كان كوكب نبتون باللون الأزرق الداكن وأورانوس باللون الأخضر الفاتح. لكن دراستنا نشرت الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكيةوكشف أن العملاقين الجليديين متشابهان جدًا في اللون. اكتشفنا أن نبتون فقد كثافته باللون الأزرق عندما تمت معالجته بشكل صحيح، وأن أورانوس تغير لونه وتحول إلى اللون الأخضر عند الانقلابات.

في عمل سابق نحن نحلل باستخدام أدوات مختلفة بما في ذلك التصوير الطيفي لتلسكوب هابل الفضائيأطياف الضوء المنعكسة من أورانوس ونبتون. لدينا سجلات من عام 2002 (أورانوس) و 2003 (نبتون).

لقد لاحظنا أن ألوان أورانوس ونبتون أقرب بكثير مما كنا نعتقد سابقا، حيث يبدو نبتون أكثر زرقة قليلا (انظر الصورة أدناه).

ويعود الاختلاف الطفيف في اللون بينهما إلى طبقة الضباب وجليد الميثان. يحتوي نبتون على طبقة ضباب رقيقة تسمح لمزيد من ضوء الشمس بالوصول إلى عمق الغلاف الجوي. وفي مثل هذه الأعماق، يمتص غاز الميثان الضوء الأحمر، مما يجعل الكوكب يبدو أزرق قليلا.

استعادة الألوان

تختلف الألوان المعاد بناؤها لأورانوس ونبتون كثيرًا عن الصور التي التقطتها المركبة الفضائية فوييجر 2 في عام 1986 (أورانوس) و 1989 (نبتون).

فهل تغيرت ألوان أورانوس ونبتون في أواخر الثمانينات وأوائل القرن الحادي والعشرين؟ أم أن الألوان تم تفسيرها بشكل خاطئ من الصور الأصلية؟ كلاهما.

صور ملونة للكواكب يتم معالجتها بشكل كبير. تسجل المركبة الفضائية عادةً المكونات الحمراء والخضراء والزرقاء بشكل منفصل. ثم يتم إرسالها مرة أخرى إلى الأرض كصور بالأبيض والأسود، حيث يمكن دمجها في الألوان. إلا أن هذه الصور لا تكشف عن اللون الحقيقي الذي تراه العين البشرية.

حتى الضوء المسجل في قنوات خارج النطاق المرئي، مثل الأشعة فوق البنفسجية، يمكن أن يتحول إلى اللون الأحمر أو الأخضر أو ​​الأزرق عند عرضه. هناك العديد من المراحل التي تنطوي عليها هذه العملية، واعتمادًا على الخيارات المختارة، يمكن أن يكون لصورة الكواكب مجموعة واسعة من المظاهر.

لقد قمنا بدمج بيانات هابل الخاصة بنا مع الملاحظات الحديثة لتحديد اللون الحقيقي لأورانوس ونبتون حتى الآن. تلسكوب كبير جداً في شيلي. كلا الجهازين وكل بكسل على حدة عبارة عن طيف كامل ومستمر يشمل جميع الألوان المرئية للعين البشرية، مما ينتج ألوانًا أكثر دقة من المركبات الفضائية.

هذا سمح لنا بتحديد اللون الحقيقي الذي تراه العين البشرية بشكل لا لبس فيه على أورانوس ونبتون. ومع أخذ ذلك في الاعتبار، تمكنا من إعادة معالجة الملاحظات التي تم إجراؤها بواسطة Voyager 2 وكاميرات التصوير الخاصة بـ Hubble.

عندما تتم مقارنة ملاحظات فوييجر 2 المعاد معالجتها لأورانوس ونبتون مع بعض الصور الأقدم، فمن الواضح أن الصور الأقدم لأورانوس تتطابق جيدًا مع ما نعتقد الآن أنه لونه. ومع ذلك، فإن الصور الأولى لنبتون كانت زرقاء أغمق بكثير من لونه الحقيقي.

كان هذا الاختلاف معروفًا بالفعل من قبل فريق التصوير في Voyager، وقد أوضحت التعليقات المنشورة مع الصور هذه الحقيقة. ومع ذلك، نظرًا لأن الهدف كان إيصال النتائج الجديدة والمثيرة للعمل، فقد تم اعتبار نسخة محسنة من الصور التي تؤكد على النتائج أفضل من نسخة ملونة “حقيقية” مع ميزات باهتة.

ومع ذلك، فقد تم نسيان الاختلافات في المعالجة مع مرور الوقت، لذا يقبل معظم الناس الآن، بما في ذلك باحثو الكواكب، أن نبتون أكثر زرقة بكثير من أورانوس، وهذا ليس صحيحًا في الواقع.

أورانوس يتغير لونه

من خلال مقارنة اللون الحقيقي لأورانوس في عام 1986 مع الملاحظات الأحدث، أصبح من الواضح أن أورانوس كان في الواقع أكثر خضرة قليلاً في عام 1986 مما كان عليه في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. وحاولنا تحديد سبب حدوث ذلك من خلال الملاحظات التي تم إجراؤها بين عامي 1950 و2016. في مختبر لويل في أريزونا. أظهرت هذه الملاحظات أن السطوع الإجمالي لأورانوس ونبتون يتباين سنويًا تقريبًا في طولين موجيين: الأخضر والأزرق.

وكشفت أن أورانوس يتغير لونه وأن النظام الشمسي (عندما يكون مسار الشمس في السماء شمال أو جنوب خط استواء الكوكب) يصبح أكثر خضرة من مسار الشمس عندما يعبر مسار الشمس خط استواء الكوكب.

يحدث هذا التغير في اللون جزئيًا بسبب دوران أورانوس حول الشمس لمدة 84 عامًا. وهذا يعني أنه خلال الانقلابات الشمسية للكوكب، إما أن قطبه الشمالي أو قطبه الجنوبي يواجه الشمس والأرض بشكل مباشر تقريبًا. . ولذلك، فإن خطوط العرض القطبية تهيمن على الانعكاسية العالمية.

ومن هناك تمكنوا من إنشاء نموذج يقارن طيف المناطق القطبية لأورانوس بالمناطق الاستوائية. لقد وجدنا أن المناطق القطبية لها انعكاس أعلى في الأطوال الموجية الخضراء والحمراء مقارنة باللون الأزرق، لأن وفرة الميثان بالقرب من القطبين تبلغ النصف كما هي عند خط الاستواء.

ومع ذلك، هذا لا يفسر تغير اللون بشكل كامل. لقد وجدنا أن إضافة “غطاء” من الضباب المتجمد في الصيف كان ضروريًا أيضًا لمطابقة بيانات مختبر لويل. أعاد هذا النموذج المعدل إنتاج ملاحظات لويل إلى حد كبير، وأوضح كيف يتغير اللون العام لأورانوس أثناء دورانه حول الشمس.

في المرة القادمة التي تنظر فيها إلى صورة قديمة لعملاقين غازيين، تذكر أنك تفتقد لونهما “الحقيقي”.

باتريك جيرارد جوزيف ايرفينأستاذ فيزياء الكواكب، جامعة أكسفورد

تم نشر هذه المقالة في الأصل محادثة. ليقرأ إبداعي.