صور جديدة تكشف كيف يبدو نبتون وأورانوس حقًا

تظهر الأبحاث الحديثة التي أجراها البروفيسور باتريك إيروين ذلك نبتون و أورانوس كلاهما ظل مماثل للون الأزرق المخضر، مما يتحدى التصورات السابقة لألوانهما. استخدمت الدراسة بيانات تلسكوبية حديثة لتصحيح الأخطاء التاريخية في الألوان وشرحت التغيرات الطفيفة في اللون في أورانوس فوق مداره.

يشتهر نبتون بلونه الأزرق الغني وأخضر أورانوس، لكن دراسة جديدة كشفت أن العملاقين الجليديين هما في الواقع أقرب بكثير في اللون مما كان يعتقد عادة.

تم تأكيد الظلال الصحيحة للكواكب بمساعدة البحث الذي أجراه البروفيسور باتريك إيروين من جامعة كاليفورنيا جامعة أكسفورد، والتي تم نشرها اليوم في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.

ووجد هو وفريقه أن كلا العالمين لهما في الواقع ظل مماثل من اللون الأزرق المخضر، على الرغم من الاعتقاد السائد بأن نبتون هو لون أزرق سماوي عميق وأن أورانوس له مظهر سماوي شاحب.

تم إصدار صور فوييجر 2/محطة الفضاء الدولية لأورانوس ونبتون بعد وقت قصير من تحليق فوييجر 2 في عامي 1986 و1989، على التوالي، مقارنة بإعادة معالجة صور المرشح الفردية في هذه الدراسة لتحديد أفضل تقدير للألوان الحقيقية لهذه الكواكب. الائتمان: باتريك ايروين

المفهوم الخاطئ لألوان الكواكب

ويعرف علماء الفلك منذ فترة طويلة أن معظم الصور الحديثة للكوكبين لا تعكس بدقة ألوانهما الحقيقية.

نشأ هذا المفهوم الخاطئ بسبب الصور التي تم التقاطها لكلا الكوكبين خلال القرن العشرين، بما في ذلك بواسطة ناسامهمة فوييجر 2، المركبة الفضائية الوحيدة التي تطير عبر هذه العوالم – صور مسجلة بألوان منفصلة.

تمت إعادة دمج الصور أحادية اللون لاحقًا لإنشاء صور ملونة مركبة، والتي لم تكن دائمًا متوازنة بدقة للحصول على صورة ملونة “حقيقية”، وغالبًا ما كانت تُصنع باللون “الأزرق جدًا” – خاصة في حالة نبتون.

أورانوس كما يراه HST/WFC3 من 2015-2022. خلال هذا التسلسل، يتأرجح القطب الشمالي، ذو اللون الأخضر الفاتح، نحو الشمس والأرض. في هذه الصور تم تحديد خطي الاستواء وخط العرض عند 35 شمالا و 35 جنوبا. الائتمان: باتريك ايروين

بالإضافة إلى ذلك، تم تحسين تباين الصور المبكرة لنبتون من فوييجر 2 بشكل كبير لتكشف بشكل أفضل عن السحب والأشرطة والرياح التي تشكل منظورنا الحديث لنبتون.

قال البروفيسور إيروين: “على الرغم من أن صور فوييجر 2 المألوفة لأورانوس نُشرت في شكل أقرب إلى اللون “الحقيقي”، إلا أن صور نبتون كانت في الواقع ممتدة ومحسنة، وبالتالي تم تحويلها إلى اللون الأزرق بشكل مصطنع.”

“على الرغم من أن اللون المشبع صناعيًا كان معروفًا في ذلك الوقت بين علماء الكواكب – وتم إصدار الصور مع تعليقات تشرحه – إلا أن هذا التمييز قد ضاع مع مرور الوقت”.

“بتطبيق نموذجنا على البيانات الأصلية، تمكنا من إعادة تشكيل التمثيل الأكثر دقة حتى الآن للون كل من نبتون وأورانوس.”

توضيح الألوان الحقيقية من خلال الأبحاث الحديثة

وفي الدراسة الجديدة، استخدم الباحثون بيانات من تلسكوب هابل الفضائيجهاز التصوير الطيفي للتلسكوب الفضائي (STIS) والمستكشف الطيفي متعدد الوحدات (تأمل) على المرصد الأوروبي الجنوبي تلسكوب كبير جداً. في كلا الجهازين، كل بكسل عبارة عن طيف مستمر من الألوان.

وهذا يعني أنه يمكن معالجة ملاحظات STIS وMUSE بشكل لا لبس فيه لتحديد اللون الظاهري الحقيقي لأورانوس ونبتون.

استخدم الباحثون هذه البيانات لإعادة توازن الصور الملونة المركبة التي سجلتها كاميرا Voyager 2، وكذلك الكاميرا واسعة النطاق 3 (WFC3) التابعة لتلسكوب هابل الفضائي.

وكشف هذا أن أورانوس ونبتون هما في الواقع ظلال متشابهة إلى حد ما من اللون الأزرق المخضر. والفرق الرئيسي هو أن نبتون لديه لمحة طفيفة من اللون الأزرق الإضافي، والذي يكشف النموذج أنه ناتج عن طبقة ضباب أرق على ذلك الكوكب.

رسوم متحركة للتغيرات الموسمية في اللون على أورانوس خلال عامين من أورانوس (سنة أورانوس واحدة تعادل 84.02 سنة أرضية)، تمتد من 1900 إلى 2068 وتبدأ قبل الانقلاب الصيفي الجنوبي مباشرة، عندما يشير القطب الجنوبي لأورانوس بشكل مباشر تقريبًا نحو الشمس.
يُظهر القرص الأيسر مظهر أورانوس بالعين المجردة، بينما تم تمديد لون القرص الأيمن وتحسينه لجعل ملامح الغلاف الجوي أكثر وضوحًا. في هذه الرسوم المتحركة، تم إبطاء دوران أورانوس بأكثر من 3000 مرة بحيث يمكن رؤية دوران الكوكب، مع رؤية سحب عاصفة منفصلة تمر عبر قرص الكوكب.
بينما يتحرك الكوكب نحو الانقلابات، يمكن رؤية “غطاء” قطبي شاحب لزيادة عتامة السحب وانخفاض وفرة الميثان يملأ المزيد من قرص الكوكب مما يؤدي إلى تغيرات موسمية في اللون العام للكوكب.
يرجع الحجم المتغير لقرص أورانوس إلى تغير بعد أورانوس عن الشمس أثناء مداره.
الائتمان: باتريك إيروين، جامعة أكسفورد

شرح اختلافات الألوان في أورانوس

وتقدم الدراسة أيضًا إجابة للغموض الذي طال أمده حول سبب تغير لون أورانوس قليلاً خلال مداره حول الشمس الذي يبلغ 84 عامًا.

وتوصل الباحثون إلى استنتاجهم بعد مقارنة صور العملاق الجليدي لأول مرة بقياسات سطوعه، والتي سجلها مرصد لويل في أريزونا في الفترة من 1950 إلى 2016 بأطوال موجية زرقاء وخضراء.

أظهرت هذه القياسات أن أورانوس يبدو أكثر اخضرارًا قليلاً عند الانقلابات (أي الصيف والشتاء)، عندما يكون أحد أقطاب الكوكب متجهًا نحو نجمنا. ولكن خلال فترة الاعتدال – عندما تكون الشمس فوق خط الاستواء – يكون لونها أكثر زرقة إلى حد ما.

ومن المعروف أن جزءًا من السبب وراء ذلك هو أن أورانوس لديه دوران غير عادي للغاية.

وهو يدور فعليًا على جانبه تقريبًا أثناء مداره، مما يعني أنه خلال الانقلابات الشمسية للكوكب، يشير قطبه الشمالي أو الجنوبي بشكل مباشر تقريبًا نحو الشمس والأرض.

قال الباحثون إن هذا أمر مهم، لأن أي تغييرات في انعكاس المناطق القطبية سيكون لها تأثير كبير على سطوع أورانوس الإجمالي عند مشاهدته من كوكبنا.

ما كان علماء الفلك أقل وضوحًا بشأنه هو كيف أو لماذا يختلف هذا الانعكاس.

وقد دفع ذلك الباحثين إلى تطوير نموذج يقارن أطياف المناطق القطبية لأورانوس بالمناطق الاستوائية.

ووجدت أن المناطق القطبية أكثر انعكاسًا عند الأطوال الموجية الخضراء والحمراء منها عند الأطوال الموجية الزرقاء، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن الميثان، الذي يمتص اللون الأحمر، يكون متوافرًا بالقرب من القطبين بمقدار النصف تقريبًا مقارنة بخط الاستواء.

ومع ذلك، لم يكن هذا كافيًا لتفسير تغير اللون بشكل كامل، لذلك أضاف الباحثون متغيرًا جديدًا إلى النموذج على شكل “غطاء” من الضباب الجليدي السميك تدريجيًا والذي تم ملاحظته سابقًا خلال فصل الصيف، القطب المضاء بنور الشمس مثل الكوكب. ينتقل من الاعتدال إلى الانقلاب.

ويعتقد علماء الفلك أن هذا من المحتمل أن يتكون من جزيئات جليد الميثان.

عند محاكاتها في النموذج، زادت جزيئات الجليد من الانعكاس عند الأطوال الموجية الخضراء والحمراء عند القطبين، مما يقدم تفسيرًا لسبب كون أورانوس أكثر خضرة عند الانقلاب.

وقال البروفيسور إيروين: “هذه هي الدراسة الأولى التي تتطابق مع نموذج كمي مع بيانات التصوير لشرح سبب تغير لون أورانوس أثناء مداره”.

“وبهذه الطريقة، أثبتنا أن أورانوس يكون أكثر خضرة عند الانقلاب الشمسي بسبب انخفاض وفرة الميثان في المناطق القطبية ولكن أيضًا زيادة سمك جزيئات جليد الميثان المتناثرة بشكل ساطع.”

وقالت الدكتورة هايدي هاميل، من رابطة الجامعات لأبحاث علم الفلك (AURA)، والتي أمضت عقودًا في دراسة نبتون وأورانوس ولكنها لم تشارك في الدراسة: “إن التصور الخاطئ للون نبتون، وكذلك التغيرات اللونية غير العادية أورانوس، أربكتنا لعقود من الزمن. وينبغي لهذه الدراسة الشاملة أن تضع حداً لكلا القضيتين في النهاية.

استكشاف المستقبل والبحث المستمر

يظل عملاقا الجليد “أورانوس” و”نبتون” وجهة محيرة للمستكشفين الآليين في المستقبل، استنادًا إلى إرث “فوييجر” في الثمانينيات.

وقال البروفيسور لي فليتشر، عالم الكواكب من جامعة ليستر والمؤلف المشارك للدراسة الجديدة: “إن مهمة استكشاف نظام أورانوس – من غلافه الجوي الموسمي الغريب، إلى مجموعته المتنوعة من الحلقات والأقمار – تعد مهمة عالية”. الأولوية لوكالات الفضاء في العقود القادمة.

ومع ذلك، فحتى مستكشف الكواكب طويل العمر، والذي يدور حول أورانوس، لن يلتقط سوى لقطة قصيرة لسنة أورانوسية.

“الدراسات الأرضية مثل هذه، والتي توضح كيف تغير مظهر أورانوس ولونه على مر العقود استجابة لأغرب المواسم في النظام الشمسي، ستكون حيوية في وضع اكتشافات هذه المهمة المستقبلية في سياقها الأوسع،” البروفيسور فليتشر وأضاف.

المرجع: “نمذجة الدورة الموسمية للون وحجم أورانوس، والمقارنة مع نبتون” بقلم باتريك جي جي إيروين، جاك دوبنسون، أرجونا جيمس، نيكولاس أ تينبي، إيمي أ سيمون، لي إن فليتشر، مايكل تي رومان، جلين إس أورتن، مايكل إتش وونغ، ودانييل توليدو، وسانتياغو بيريز هويوس، وجولي بيك، 12 سبتمبر 2023، الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.
دوى: 10.1093/منراس/ستاد3761