خلاصه
- دانشمندا بالاخره فهمیدن چرا اورانوس برخلاف انتظارشون، اینقدر سرده. مشکل، پیدا کردن منبع گرمای داخلیش بود.
- کشف شده که اورانوس حدود ۱۲.۵ درصد بیشتر از نوری که از خورشید میگیره، از خودش گرما ساطع میکنه.
- این گرما در واقع باقی‌مونده گرمای زمان شکل‌گیری خود سیاره‌اس که به آرومی داره از دستش میده.
- گرمای داخلی اورانوس در مقایسه با بقیه سیاره‌های گازی مثل مشتری یا زحل خیلی کمتره.
- با اینکه فصل‌های اورانوس خیلی طولانی‌ان (حدود ۲۰ سال) و جذب نور خورشید رو تغییر میدن، انتشار گرمای داخلی سیاره تقریباً ثابته.
- این اختلاف شدید انرژی، نشون میده که یه مکانیسم قوی برای انتقال گرما از نیمکره روشن به نیمکره تاریک اورانوس وجود داره.
- این کشف برای ماموریت‌های آینده ناسا به اورانوس، مدل‌سازی سیاره‌ها و حتی فهم بهتر آب و هوای زمین خیلی مهمه.
- هنوز سوالای زیادی درباره توزیع گرما تو عرض‌های جغرافیایی مختلف اورانوس مونده که ماموریت آینده ناسا میتونه جوابشون رو بده.
تا دهه‌ها، دانشمندها درگیر این معما بودن که چرا اورانوس سردتر از چیزیه که انتظار میره. مشاهدات فضاپیمای وویجر ۲ تو سال ۱۹۸۶ نشون نمیداد که این غول یخی، گرمای داخلی قابل توجهی داشته باشه و این موضوع با تمام تصورات دانشمندها درباره شکل‌گیری و تکامل سیاره‌های غول‌پیکر در تضاد بود. اما حالا، یه تیم تحقیقاتی بین‌المللی به رهبری محقق‌های دانشگاه هیوستون، این راز قدیمی رو حل کرده.
بر اساس این مطالعه جدید، اورانوس بیشتر از نوری که از خورشید میگیره، از خودش گرما ساطع میکنه. به زبان ساده‌تر، این سیاره هنوز داره گرمای باقی‌مونده از زمان شکل‌گیری اولیه‌اش رو به آرامی از دست میده. این کشف نه تنها درک ما رو از تاریخچه این غول یخی عوض میکنه، بلکه میتونه روی ماموریت‌های آینده ناسا و حتی شناخت ما از سیاره‌های دیگه و فرایندهایی که روی آب و هوای زمین تاثیر میذارن، اثرگذار باشه.
اعداد و ارقام چه میگویند؟
تیم تحقیقاتی با استفاده از دهه‌ها مشاهدات فضاپیماها و مدل‌های کامپیوتری به این نتیجه رسید که اورانوس حدود ۱۲.۵ درصد بیشتر از انرژی خورشیدی که جذب میکنه، گرما منتشر میکنه. این یافته که در ژورنال Geophysical Research Letters منتشر شده، تایید میکنه که اورانوس منبع گرمای داخلی داره.
با این حال، گرمای داخلی اورانوس در مقایسه با بقیه سیاره‌های غول‌پیکر منظومه شمسی مثل مشتری، زحل و نپتون خیلی ضعیف‌تره. برای مقایسه، این سیاره‌ها گرمایی معادل ۱۱۳ تا ۱۶۲ درصد انرژی خورشیدی جذب شده رو از خودشون ساطع میکنن. محقق‌ها فکر میکنن دلیل این تفاوت ممکنه به ساختار داخلی یا تاریخچه تکاملی متفاوت اورانوس نسبت به بقیه غول‌های گازی برگرده.
نقش فصل‌های طولانی اورانوس
یکی از نکات جالب این مطالعه اینه که سطح انرژی اورانوس با فصل‌های طولانیش که هر کدوم حدود ۲۰ سال طول میکشن، تغییر میکنه. دلیل اصلی این تغییرات فصلی، کج بودن محور چرخش این سیاره (۹۷.۷۷ درجه) و مدار بیضی شکل و نامتعارفش (با خروج از مرکز ۰.۰۴۷) به دور خورشیده.
برای اینکه به یه تصویر کامل از بودجه انرژی اورانوس برسن، محقق‌ها یه دوره مداری کامل این سیاره (حدود ۸۴ سال) رو بین سال‌های ۱۹۴۶ تا ۲۰۳۰ بررسی کردن.
- جذب انرژی خورشیدی: به خاطر مدار بیضی شکل، فاصله اورانوس از خورشید متغیره. این فاصله تو سال ۱۹۶۶ در کمترین حالت (حضیض) و تو سال ۲۰۰۹ در بیشترین حالت (اوج) بوده. این تغییر فاصله باعث میشه شار خورشیدی دریافتی سیاره حدود ۱۶.۸ درصد کم و زیاد بشه. در نتیجه، قدرت خورشیدی جذب شده هم به طور متوسط ۱۸.۲ درصد نوسان داره.
- انتشار انرژی گرمایی: برخلاف انرژی دریافتی، مشاهدات و شبیه‌سازی‌ها نشون میده که انرژی گرمایی که اورانوس از خودش ساطع میکنه، در طول فصل‌ها تغییر قابل توجهی نداره. دلیل این پدیده، ثابت زمانی تابشی طولانی جو اورانوسه که بیشتر از ۱۶۰ سال تخمین زده میشه. یعنی جو این سیاره خیلی کندتر از یک دور کامل چرخشش به دور خورشید، به تغییرات دمایی واکنش نشون میده. به همین خاطر، تیم تحقیقاتی بهترین اندازه‌گیری وویجر از توان ساطع شده (یعنی ۰.۶۹۲ ± ۰.۰۱۴ وات بر متر مربع) رو به عنوان یه مقدار ثابت برای کل دوره در نظر گرفتن.
محاسبه دقیق گرمای داخلی
با در نظر گرفتن این نوسان‌های فصلی، محقق‌ها تونستن برای اولین بار یه مقدار دقیق برای شار گرمای داخلی اورانوس محاسبه کنن. اونها با میانگین گرفتن از تفاوت بین انرژی جذب شده و انرژی ساطع شده در طول یک سال کامل اورانوسی، به عدد ۰.۰۷۸ ± ۰.۰۱۸ وات بر متر مربع رسیدن. این مقدار، که معادل ۱۲.۵۲ درصد از انرژی خورشیدی جذب شده است، به طور قطعی ثابت میکنه که اورانوس دارای گرمای داخلیه و در حال خنک شدنه.
عدم تعادل شدید انرژی در لایه آب و هوایی
این گرمای داخلی روی لایه آب و هوایی اورانوس (بخش بالایی تروپوسفر که ابرها در اون قرار دارن) هم تاثیر میذاره. وقتی گرمای داخلی رو به انرژی خورشیدی اضافه کنیم، بودجه انرژی این لایه به شدت نامتعادل میشه:
- در مقیاس جهانی: در فصول نزدیک به حضیض (نزدیک‌ترین فاصله به خورشید)، سیاره با مازاد انرژی ۹.۵ درصدی روبرو میشه و در فصول نزدیک به اوج (دورترین فاصله)، با کسری انرژی ۸.۳ درصدی مواجه میشه.
- در مقیاس نیمکره‌ای: به خاطر محور چرخش بسیار کج اورانوس، این عدم تعادل در نیمکره‌ها به شکل خیلی شدیدی خودشو نشون میده. در انقلاب تابستانی، نیمکره روشن با مازاد انرژی شدید ۹۵.۰ درصدی روبرو میشه، در حالی که نیمکره تاریک در انقلاب زمستانی کسری انرژی عظیم ۸۷.۷ درصدی رو تجربه میکنه.
با وجود این عدم تعادل شدید، ساختار دمایی دو نیمکره تفاوت چشمگیری با هم نداره. این موضوع نشون میده که باید یه مکانیسم قوی برای انتقال گرما از نیمکره روشن به نیمکره تاریک وجود داشته باشه، چیزی شبیه به گردش‌های جوی در مقیاس بزرگ.
اهمیت این کشف برای آینده
این یافته‌ها نه تنها یه معمای قدیمی رو حل میکنن، بلکه اطلاعات خیلی مهمی برای آینده فراهم میکنن.
- ماموریت‌های فضایی: این مطالعه پرونده ماموریت پرچمدار ناسا به اورانوس رو که به عنوان بالاترین اولویت در دهه ۲۰۲۳-۲۰۳۲ انتخاب شده، قوی‌تر میکنه.
- مدل‌سازی سیاره‌ای: اندازه‌گیری دقیق گرمای داخلی به دانشمندها کمک میکنه تا مدل‌های بهتری از شکل‌گیری و تکامل سیاره‌های غول‌پیکر بسازن.
- شناخت سیاره‌های فراخورشیدی: روش‌شناسی این تحقیق میتونه برای بررسی انرژی تابشی سیاره‌های دیگه در منظومه‌های دوردست هم به کار بره.
- درک آب و هوای زمین: به گفته یکی از نویسنده‌های مقاله، «با کشف اینکه اورانوس چطور گرما رو ذخیره و از دست میده، ما به بینش‌های ارزشمندی درباره فرایندهای بنیادی که جو، سیستم‌های آب و هوایی و اقلیم سیاره‌ها رو شکل میدن، دست پیدا میکنیم.»
با همه این پیشرفت‌ها، هنوز سوال‌های اساسی زیادی درباره اورانوس بی‌پاسخ مونده. برای مثال، توزیع انرژی در عرض‌های جغرافیایی مختلف سیاره هنوز مشخص نیست. تلسکوپ‌های زمینی به خاطر فاصله زیاد نمیتونن این جزئیات رو ببینن و وویجر هم فقط از کنار سیاره عبور کرد. به همین دلیل، ماموریت مداری آینده به اورانوس یه فرصت بی‌نظیر برای پاسخ به این سوال‌ها و درک عمیق‌تر این غول یخی اسرارآمیز خواهد بود.
دیدگاهتان را بنویسید