چرا نپتون و اورانوس رنگ های متفاوتی دارند

این دو جهان غول پیکر یخی در بسیاری جهات از جنس و اندازه گرفته تا جوی غنی از متان، شبیه یه یکدیگر هستند اما چرا نپتون و اورانوس رنگ های متفاوتی دارند؟

هر دوی این سیارت رنگ مایل به آبی دارند اما اورانوس دارای رنگ آبی مایل به سبز کم رنگ و نپتون دارای رنگ آبی تیره است. اما دلیل این تفاوت چیست و چرا دو سیاره ای که از نظر اندازه و ترکیب بسیار شبیه به هم هستند، تا این حد متفاوت به نظر می رسند؟ طبق مطالعه یک تیم پژوهشی که اخیرا انجام شده است، پاسخ در آئروسل های اتمسفر این دو سیاره نهفته است.

آئروسل ها ذرات گرد و غبار کوچک یا قطرات مایع معلق در یک گاز هستند. روی زمین، ما اغلب آئروسل‌ها را نوعی آلودگی می‌دانیم. اما ذرات معلق در هوا همیشه مضر نیستند و می توانند موادی کم خطرتر مانند غبار مه یا ابری از کریستال های ریز یخ در یک شب سرد زمستانی باشند. اگر سیاره ای جو داشته باشد وجود آئروسل قطعی خواهد بود.

ذرات آئروسل می توانند آنقدر کوچک باشند که قطر آنها تقریباً با طول موج نور مرئی برابر باشد. به همین دلیل، نحوه پراکندگی نور از آنها به طول موج نور بستگی داشته باشد. از طریق فرآیندی به نام پراکندگی Mie، طول موج‌های قرمز که بلندترند، معمولاً بیشتر از طول موج‌های آبی کوتاه‌تر پراکنده می‌شوند.

این پراکندگی Mie است که باعث می شود مریخ به جای آسمان آبی، آسمانی برنزی داشته باشد و دلیل آبی بودن غروب خورشید در سیاره سرخ نیز همین پدیده است. همانطور که آخرین مطالعات نشان می دهند، ذرات معلق در هوا نقش مهمی در رنگ آمیزی اورانوس و نپتون دارند، اما این ارتباط چندان هم ساده نیست.

با اینکه اتمسفر اورانوس و نپتون عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است، اما غنی از متان (CH4) نیز می باشد. متان نور قرمز را جذب و نور آبی را منعکس می کند. به همین دلیل است که هر دو سیاره معمولاً رنگ متمایل به آبی دارند.

ردپایی از عناصر دیگر هم در اتمسفر این دو سیاره دیده می شود. از این رو واکنش‌های شیمیایی بین مولکول‌های مختلف می‌تواند مه‌ای از ذرات معلق در هوا ایجاد کند. این مه می تواند رنگ آبی اصلی آنها را کدر و متفاوت کند.

بر اساس مشاهدات طیفی اورانوس و نپتون، تیم این تحقیق مدلی را ابداع کرد که در آن سه نوع اصلی ذرات معلق در هوا بر اساس میزان عمق آنها در جو سیاره، وجود دارد. عمیق ترین لایه یا اولین آئروسل است که به نظر می رسد ترکیبی از مه مولکولی و ذرات یخ سولفید هیدروژن (H2S) باشد.

سولفید هیدروژن نور سبز را منعکس و نور قرمز و آبی را جذب می کند. در نتیجه اورانوس رنگ مایل به سبز را به خود می گیرد. لایه میانی یا دومین آئروسل، یا این وجود که نور مرئی زیادی را منعکس نمی کند اما نور ماوراء بنفش و مادون قرمز را به خوبی می تواند منعکس کند.

بالاترین لایه یا سومین آئروسل از ذرات کوچکتر از یک میکرون تشکیل شده و تمایل دارد نور مرئی را تقریباً در همه رنگها منعکس کند. لایه سوم آئروسل موجود در جو اورانوس ضخیم‌تر است و این باعث می‌شود که از نپتون رنگ پریده‌تر به نظر برسد. نپتون همچنین دارای لایه بالایی از ابرهای یخی متان است که به آن کمک می کند آبی تیره خود را حفظ کند.

از طرف دیگر این لایه‌بندی ذرات معلق در هوا می‌تواند به توضیح طوفان‌ها در این دو سیاره، مانند لکه آبی بزرگی که روی نپتون دیده می‌شود، کمک کند. همانطور که لایه های بالایی توسط طوفان پاک می شوند، لایه عمیق تر و آبی تر راحت تر دیده می شود.

این مدل یکپارچه از لایه‌های آئروسل به خوبی ظاهر هر دو جهان را توضیح می دهد. این تیم همچنین مدل‌های مختلف دیگری را نیز ارائه کرده است که شرایط اورانوس و نپتون را به صورت جداگانه توضیح می‌دهد. اما همین مدل یکپارچه به خوبی کار می‌کند و می‌تواند برای توضیح و درک جو جهان‌های یخی اطراف ستاره‌های دیگر در خارج از منظومه شمسی نیز به کار برود.