اورانوس به طرز مرموزی سردتر می‌شود: کشف دلایل جدید

در حالی که محور چرخش بیشتر سیارات بر صفحه مداری آن‌ها عمود است، اورانوس دارای زاویه شیب بسیار شدید ۹۸ درجه‌ای است. به احتمال زیاد این وضعیت به دلیل یک برخورد باستانی ایجاد شده و از کناره‌های خود خارج شده است. همچنین، اورانوس چرخش رتروگراد دارد، که برخلاف بیشتر سیارات است.

این غول یخی همچنین رابطه غیرعادی با خورشید دارد که آن را از سایر سیارات متمایز می کند.

منحصر به فرد بودن اورانوس تا جو فوقانی آن که ترموسفر- تاج نامیده می شود، گسترش می یابد. دمای آن منطقه بالای ۵۰۰ درجه سانتیگراد است و منابع گرمایی مسئول اخترشناسان را متحیر کرده است.

تاج تا ۵۰۰۰۰ کیلومتر بالای سطح امتداد دارد که آن را از سایر سیارات نیز متمایز می کند. حتی عجیب تر، دمای آن در حال کاهش است.

هنگامی که وویجر ۲ در سال ۱۳۶۵ از کنار اورانوس عبور کرد، دمای ترموسفر را اندازه گرفت. در دهه های میانی، تلسکوپ ها به طور مداوم دمای اورانوس را اندازه گیری کرده اند.

تمام این اندازه‌گیری‌ها نشان می‌دهد که جو بالای سیاره در حال خنک شدن است و دما به نصف کاهش یافته است. هیچ یک از سیارات دیگر تغییرات مشابهی را تجربه نکردند.

دانشمندان می دانند که ترموسفر اورانوس یک لایه نازک است. این یک یونوسفر تعبیه شده دارد و به اخترشناسان کمک می کند دمای ترموسفر را اندازه گیری کنند. این لایه ای از یون است که اتمسفر پایینی را از مگنتوسفر سیاره جدا می کند.

یون های H3+ در یونوسفر به سرعت با خنثی های اطراف به تعادل حرارتی می رسند. یون‌ها فوتون‌هایی را در مادون قرمز نزدیک (NIR) ساطع می‌کنند که به اخترشناسان اجازه می‌دهد دمای ترموسفر را با تلسکوپ‌های زمینی نظارت کنند، زیرا برخی از طول موج‌های NIR از جو زمین عبور می‌کنند.

به این ترتیب آنها می دانند که اتمسفر بالایی در حال خنک شدن است، در حالی که مشاهدات جو پایین نشان می دهد که خنک کننده نیست.

سرمایش گیج کننده است و اثرات فصلی به عنوان علت کاهش دما رد شده است. چرخه خورشیدی ۱۱ ساله خورشید نیز همینطور بود، که سطح انرژی خورشید را تغییر می‌دهد.

تحقیقات جدید منتشر شده در Geophysical Review Letters توضیحی برای تغییر دما دارد. این عنوان ‘نیروی باد خورشیدی احتمالاً دمای ترموسفر اورانوس را کنترل می کند.’ نویسنده اصلی، دکتر آدام مستر از گروه فیزیک در کالج امپریال است.

به گفته مسترز و همکارانش، باد خورشیدی مسئول سرد شدن اورانوس است. باد خورشیدی جریانی از ذرات باردار است که از بیرونی ترین لایه خورشید یعنی تاج می آید. این پلاسما عمدتاً از الکترون ها و پروتون ها تشکیل شده است و همچنین حاوی هسته های اتمی و یون های سنگین است.

آدامز می‌گوید: این کنترل ظاهراً بسیار قوی اتمسفر بالای اورانوس توسط باد خورشیدی، برخلاف آنچه در هیچ سیاره دیگری در منظومه شمسی دیده‌ایم، متفاوت است.

در حالی که باد خورشیدی بی وقفه است، ویژگی های آن به تدریج در طول زمان هایی که با تغییرات جو بالایی اورانوس مطابقت دارد تغییر می کند.

از حدود سال ۱۳۶۹، میانگین فشار بیرونی باد خورشیدی به آرامی اما به طور قابل توجهی کاهش یافته است. این افت با چرخه شناخته شده ۱۱ ساله خورشید همبستگی ندارد، اما ارتباط نزدیکی با تغییر دمای اورانوس دارد.

این به محققان نشان داد که برخلاف زمین، دمای اورانوس توسط فوتون ها کنترل نمی شود.

این یک واقعیت شناخته شده است که فوتون های خورشید زمین را گرم می کنند. اساس زندگی است. در حالی که مگنتوسفر سیاره ما تا حد زیادی از زمین در برابر باد خورشیدی محافظت می کند، فوتون ها متوقف نمی شوند.

اورانوس از خورشید بسیار دورتر از زمین است، تقریباً ۳ میلیارد کیلومتر، در حالی که زمین تنها حدود ۲۲۸ میلیون کیلومتر از خورشید فاصله دارد. تعداد فوتون هایی که به اورانوس می رسند برای گرم کردن سیاره کافی نیست. در عوض، کاهش بادهای خورشیدی به مگنتوسفر اورانوس اجازه انبساط می دهد.

از آنجایی که مگنتوسفر اورانوس را در برابر بادهای خورشیدی محافظت می کند، انبساط آن رسیدن باد خورشیدی به سیاره را دشوارتر می کند. انرژی در فضای اطراف سیاره جریان می یابد و در نهایت به ترموسفر می رسد و دمای آن را کنترل می کند.

نویسندگان در مقاله خود توضیح می دهند: کاهش قدرت جنبشی باد خورشیدی، یا تقریباً یکسان کل نیروی باد خورشیدی، باید به معنای تضعیف گرمایش ترموسفر اورانوس باشد که منجر به کاهش دمای طولانی مدت مشاهده شده می شود.

این بدان معنی است که برای سیارات نزدیک مانند زمین، نور ستاره دمای ترموسفر را کنترل می کند، در حالی که برای سیارات دورتر، باد خورشیدی کنترل می کند.

این کشف می تواند بر ماموریت پیشنهادی آینده به اورانوس تأثیر بگذارد.

بررسی دهه‌های علوم سیاره‌ای و اختربیولوژی ۱۴۰۲-۱۴۱۱، مأموریت به اورانوس را به عنوان اولویت اصلی شناسایی کرده است، اگرچه تاکنون هیچ یک مورد تأیید قرار نگرفته است. مفهوم مأموریت، مدارگرد و کاوشگر اورانوس (UOP) نامیده می شود و یکی از اهداف اصلی آن بررسی جو غول یخی است.

نویسندگان می‌نویسند: فراتر از منظومه شمسی، این توضیح برای خنک‌شدن ترموسفر اورانوس نشان می‌دهد که همراهان سیارات فراخورشیدی برای میزبانی از ستارگان بدون حرکت محلی قوی (مانند مشتری) و با مغناطیس‌کره‌های به اندازه کافی بزرگ، تحت یک برهم‌کنش عمدتاً الکترودینامیکی با ستاره مادر خود خواهند بود.

برای این سیارات فراخورشیدی، باد ستاره ای به شدت بر تکامل حرارتی جو فوقانی حاکم است، نه تشعشعات ستاره ای. باد ستاره ای نیز ممکن است انواع خاصی از شفق ها را هدایت کند.

آدامز نتیجه گرفت: این برهمکنش قوی ستاره-سیاره در اورانوس می‌تواند پیامدهایی برای تعیین اینکه آیا سیارات فراخورشیدی مختلف، میدان‌های مغناطیسی قوی در فضای داخلی خود ایجاد می‌کنند یا خیر – که عامل مهمی در جستجوی جهان‌های قابل سکونت خارج از منظومه شمسی است، داشته باشد.