6 دقیقه
معمای گرمایی اورانوس: سیاره‌ای متفاوت از دیگران
اورانوس در منظومهٔ خورشیدی برجسته است: این سیاره به پهلو غلت می‌زند به طوری که هر یک از قطب‌هایش تقریباً به مدت ۴۲ سال زمینی رو به خورشید قرار می‌گیرد، و مانند زهره به‌صورت رتروگرِید می‌چرخد. دهه‌ها دانشمندان تصور می‌کردند اورانوس تقریباً هیچ گرمای داخلی آزاد نمی‌کند — نتیجه‌ای که تا حد زیادی بر پایهٔ اندازهگیری نزدیکی تک و تنها از پرواز نزدیک فضاپیمای Voyager 2 در سال ۱۹۸۶ استوار بود. آن کشف، مدل‌های مرسوم شکل‌گیری و تکامل سیارات را به چالش کشید، زیرا سیارات غول‌آسای دیگر (مشتری، زحل و نپتون) به‌طور قابل‌توجهی انرژی بیشتری از آنچه از خورشید می‌گیرند ساطع می‌کنند که نشان‌دهندهٔ منبع گرمای داخلی باقیمانده است.
ایدهٔ اینکه ممکن است اورانوس از نظر گرمایی عملاً مرده باشد، منجر به شکل‌گیری فرضیه‌های رقیب شد. برخی پژوهشگران استدلال کردند که سیاره سریع‌تر خنک شده و از منظر گرمایی ممکن است کهن‌تر باشد؛ دیگران پیشنهاد دادند یک برخورد عظیم باستانی (احتمالاً همان رویدادی که اورانوس را بر پهلو انداخت) ممکن است گرمای عمیق را از بین برده باشد. هر دو توضیح پرسش‌های بیشتری دربارهٔ چگونگی انتقال و نگهداری گرما در سیارات غولآسا طی میلیاردها سال مطرح کردند.
بازنگری در تراز انرژی اورانوس با مشاهدات و مدل‌سازی مدرن
برای رفع این تفاوت، تیمی به رهبری دانشمندانی از دانشگاه آکسفورد و ناسا دهه‌ها مشاهده‌ها را بازنگری کردند و یک مدل پیشرفتهٔ انتقال تابش و بازتاب‌پذیری ساختند که دادهها را از رصدخانه‌های زمینی و فضایی، از جمله تلسکوپ فضایی هابل و Infrared Telescope Facility (IRTF) ناسا در هاوائی ترکیب میکند. هدف آن‌ها تهیهٔ کامل‌ترین برآورد تا به امروز از تراز انرژی اورانوس بود: توازن میان نور خورشید جذب‌شده، نور بازتابیده (آلبدو) و انرژی گرمایی ساطع‌شده.
فلکس گرمای داخلی یک سیاره از طریق تفاضل میان انرژی خروجی کل و نوری که از خورشید بازتاب یا دوباره تابش میشود به‌دست می‌آید. یکی از دشواری‌ها اندازهگیری دقیق نوری است که در زوایای فازی بالا پراکنده میشود — نوری که به پهلوها پرتاب میشود و لزوماً مستقیماً به ناظر بازتاب نمی‌کند. مدل جدید لایه‌های پیچیدهٔ جو اورانوس، هِیزها، ابرها و نوسانات فصلی را وارد میکند و اجازه میدهد برآورد بهتری از کل نور بازتاب‌شده در همهٔ هندسه‌های دید به‌دست آید.
نویسندگان گزارش می‌دهند که اورانوس حدود ۱۵٪ بیشتر از آنچه از خورشید دریافت میکند انرژی ساطع می‌نماید. در حالی که این گرمای داخلی در مقایسه با نپتون (که بیش از دو برابر توان خورشیدی دریافتیش را تشعشع میکند) ناچیز به‌نظر می‌رسد، ولی تفکّر دیرپای «نبود گرمای داخلی در اورانوس» را واژگون می‌سازد. همان‌طور که دکتر Amy Simon از مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا، یکی از هم‌نویسندگان مقاله، اشاره کرده است، نتیجهٔ دوران وویاجر به‌شدت متکی به یک نقطهٔ داده بود — و ترکیب جدید تصویری گسترده‌تر و دقیقتر از وضعیت گرمایی اورانوس ارائه میدهد.
کشف‌های کلیدی، پیامدها و پرسش‌های باقیمانده
تراز انرژی بازنگری‌شده پیامدهای مهمی برای علوم سیاره‌ای دارد. نخست اینکه وجود گرمای داخلی اندک اما واقعی اورانوس آن را بیشتر با مدل‌های سرمایش و تکامل سیارات غولآسا هم‌راستا میکند: به‌جای اینکه یک استثنای کامل باشد، اکنون به نظر می‌رسد در ردهٔ گرمایی میانی میان نپتون و غولهای گازی پرنورتر قرار دارد. دوم اینکه این یافته سناریوهای تاریخ اولیهٔ سیاره را محدود میکند. اگر گرمای داخلی به‌صورت فاجعه‌آمیز از دست نرفته باشد، فرضیهٔ برخورد عظیم ممکن است نیازمند بازنگری در چگونگی توزیع دوباره انرژی و نقش لایه‌های عایق پس از برخورد باشد.
با این همه، مقدار و توزیع گرمای داخلی اورانوس همچنان نامشخص است. آیا این گرما از خنکشدن تدریجی هسته ناشی میشود، از تفکیک باقی‌ماندهٔ مواد، یا از فرآیندهای آزادسازی کند در عمق داخلی؟ زاویهٔ شدید محور و فصل‌های طولانی اورانوس چگونه در گردش جوی و انتقال گرما تأثیر میگذارند؟ پاسخ به این پرسش‌ها نیازمند نقشههای حرارتی بهبودیافته، مشاهدات فروسرخ با دقت بالاتر و ایده‌آل‌تر از همه یک مدارگرد یا پروب اختصاصی اورانوس است.
زمینهٔ مأموریتی و چشم‌اندازهای آینده
تا کنون Voyager 2 تنها فضاپیمایی است که از نزدیک از اورانوس بازدید کرده، اما تلسکوپ‌های مدرن دهه‌ها دادهٔ مکمل فراهم کرده‌اند. رصدخانه‌های آینده و مأموریت‌های احتمالی میتوانند طیف فروسرخ ساطع‌شده از اورانوس را دقیقتر اندازهگیری و تغییرات مکانی شار گرمایی را نقشه‌برداری کنند. یک فضاپیما مجهز به آزمایشهای رادیویی علمی، رادیومتر مایکروویو و طیفسنج فروسرخ می‌تواند به‌طور مستقیم جریان گرمایی داخلی و دینامیک جوی سیاره را کاوش کند — داده‌هایی حیاتی برای آزمون مدل‌های شکل‌گیری و تکامل غولهای یخی.
دیدگاه کارشناسی "برآورد جدید که نشان میدهد اورانوس گرمای ذاتی اندکی ساطع میکند، گامی معنادار به جلو است"، می‌گوید دکتر Elena Morales، فیزیک‌دان سیاره‌ای در Lunar and Planetary Laboratory (شخصیت ساختگی). "این نتیجه پرسش‌ها دربارهٔ ترمودینامیک غولهای یخی را بازچارچوب میکند: به‌جای پرسیدن اینکه چرا اورانوس گرما ندارد، اکنون می‌پرسیم چگونه یک شار گرمایی کاهش‌یافته اما غیرصفر بر تکامل بلندمدت آن تأثیر می‌گذارد. مشاهدات دقیق فروسرخ و مایکروویو گام بعدی پیشرفت خواهند بود."
نتیجه‌گیری
مدل‌سازی به‌روز و ترکیب دهه‌ها دادهٔ تلسکوپی نشان میدهد اورانوس نزدیک به ۱۵٪ بیشتر از انرژی دریافتی از خورشید انرژی ساطع میکند که دلالت بر وجود منبع گرمای داخلی متواضع دارد. این نتیجه نقش اورانوس را به‌عنوان یک استثنای گرمایی در میان سیارات غولآسا کمرنگ‌تر میکند و پرسش‌های علمی را به چگونگی ذخیره، انتقال و ظهور گرمای باقیمانده در جوهای غولهای یخی معطوف می‌سازد. برای حل کامل تاریخچهٔ گرمایی و ساختار داخلی اورانوس، جامعهٔ علوم سیاره‌ای نیازمند حسگری از راه دور بهبودیافته و در نهایت مأموریت‌های بازگشتی است که بتوانند جریان گرما و ترکیب عمیق جو را مستقیماً اندازهگیری کنند.
منبع: sci
.avif)
نظرات