Astronomia

Qual è la natura sottostante della macchia oscura trovata su Urano?

Qual è la natura sottostante della macchia oscura trovata su Urano?

Qual è la natura dei punti luminosi trovati su Urano? in realtà cita Uranus Has a Dark Spot di Space.com che dice:

Durante l'ultimo decennio, sono stati visti molti punti luminosi su Urano sia nei filtri rossi che nel vicino infrarosso. Ma questo è il primo punto oscuro mai visto sul pianeta.

Domanda: Quindi mi piacerebbe sapere se c'è qualche pensiero basato sulla scienza sul natura sottostante della macchia scura su Urano oltre "sembra scura, come quelle su Nettuno". Tutto questo è stato risolto o è ancora per lo più un mistero?

il clima di Urano di Wikipedia; Urano Dark Spot fornisce molte informazioni descrittive e mette in relazione il punto con cose simili viste su Nettuno e descrive alcune speculazioni, ma questo articolo non sembra spiegare molto.

Proprio mentre ci avviciniamo alla fine della stagione degli uragani nell'Oceano Atlantico, i venti turbinano e le nuvole si agitano a 2 miliardi di miglia di distanza nell'atmosfera di Urano, formando un vortice oscuro abbastanza grande da inghiottire i due terzi degli Stati Uniti. (Credito immagine: NASA, ESA, L. Sromovsky e P. Fry / Università del Wisconsin)


Esiste un approccio scientifico per spiegare la macchia oscura su Urano. Nel 2009 (l'immagine e l'avvistamento del punto in questione sono del 2006) è stato pubblicato un articolo intitolato: La macchia oscura nell'atmosfera di Urano nel 2006: scoperta, descrizione e simulazioni dinamiche di H.B. Hammel a, L.A. Sromovsky et. al…

In questo lavoro si dice che la macchia scura è un vortice di vento. Citando il giornale:

Indipendentemente da come viene calcolata, la velocità zonale delle caratteristiche scure è superiore a tutte le altre velocità misurate fino ad oggi vicino a quella latitudine.

Utilizzando simulazioni al computer sono in grado di prevedere le possibili velocità iniziali, la durata della vita del Vortice, la latitudine centrale dell'iniziale e la latitudine centrale quando ha raggiunto la fine della sua durata. Vanno oltre e affermano che la semplice esistenza del vortice mostra la natura stagionale dinamica ed in evoluzione dell'atmosfera di Urano.

Quindi mi piacerebbe sapere se c'è qualche pensiero scientifico sulla natura sottostante della macchia scura su Urano oltre a "sembra scuro, come quelli su Nettuno".

L'abstract spiega che la macchia ha un carattere spettrale nettamente diverso da quello di Nettuno:

Il contrasto e l'estensione della caratteristica scura variavano in funzione della lunghezza d'onda, con il più grande contrasto negativo che si verifica a una lunghezza d'onda sorprendentemente lunga rispetto alle caratteristiche scure di Nettuno: la caratteristica di Urano è stata rilevata a 1,6 μm con un contrasto di -0,07, ma non era rilevabile a 0,467 μm; il Nettuno GDS visto da Voyager ha mostrato il suo contrasto più evidente di -0,12 a 0,48 μm ed era non rilevabile lungo 0,7 μm. Le simulazioni fluidodinamiche computazionali della caratteristica oscura su Urano suggeriscono che la struttura nel profilo del vento zonale può essere un fattore critico nell'emergere di grandi


Clima di Urano

Il clima di Urano è fortemente influenzato sia dalla sua mancanza di calore interno, che limita l'attività atmosferica, sia dalla sua estrema inclinazione assiale, che induce un'intensa variazione stagionale. L'atmosfera di Urano è notevolmente blanda rispetto agli altri pianeti giganti a cui assomiglia molto da vicino. [1] [2] Quando Viaggiatore 2 sorvolato da Urano nel 1986, ha osservato un totale di dieci caratteristiche nuvolose in tutto il pianeta. [3] [4] Successive osservazioni da terra o dal telescopio spaziale Hubble effettuate negli anni '90 e negli anni 2000 hanno rivelato nubi luminose nell'emisfero settentrionale (invernale). Nel 2006 è stata rilevata una macchia scura simile alla Grande Macchia Scura su Nettuno. [5]


Sommario

Il sistema solare esterno contiene i quattro pianeti giganti: Giove, Saturno, Urano e Nettuno. I giganti gassosi Giove e Saturno hanno composizioni complessive simili a quelle del Sole. Questi pianeti sono stati esplorati dalle navicelle spaziali Pioneer, Voyager, Galileo e Cassini. Voyager 2, forse la più riuscita di tutte le missioni di scienze spaziali, ha esplorato Giove (1979), Saturno (1981), Urano (1986) e Nettuno (1989) - un grande tour dei pianeti giganti - e questi passaggi ravvicinati sono stati il uniche esplorazioni fino ad oggi dei giganti di ghiaccio Urano e Nettuno. Le missioni Galileo e Cassini erano orbitanti di lunga durata e ognuna dispiegava anche una sonda di ingresso, una su Giove e una su Titano, la luna di Saturno.

11.2 I pianeti giganti

Giove è 318 volte più massiccio della Terra. Saturno è massiccio circa il 25% quanto Giove e Urano e Nettuno sono massicci solo per il 5%. Tutti e quattro hanno atmosfere profonde e nuvole opache e tutti ruotano rapidamente con periodi da 10 a 17 ore. Giove e Saturno hanno estesi mantelli di idrogeno liquido. Urano e Nettuno sono impoveriti di idrogeno ed elio rispetto a Giove e Saturno (e al Sole). Ogni pianeta gigante ha un nucleo di "ghiaccio" e "roccia" di circa 10 masse terrestri. Giove, Saturno e Nettuno hanno importanti fonti di calore interne, ottenendo tanta (o più) energia dai loro interni quanto dalla radiazione solare. Urano non ha calore interno misurabile. Giove ha il campo magnetico più forte e la più grande magnetosfera di qualsiasi pianeta, scoperto per la prima volta dai radioastronomi dalle osservazioni della radiazione di sincrotrone.

11.3 Atmosfere dei Pianeti Giganti

I quattro pianeti giganti hanno atmosfere generalmente simili, composte principalmente da idrogeno ed elio. Le loro atmosfere contengono piccole quantità di gas metano e ammoniaca, entrambi i quali si condensano per formare nuvole. Gli strati di nubi più profondi (invisibili) sono costituiti da acqua e possibilmente da idrosolfuro di ammonio (Giove e Saturno) e da idrogeno solforato (Nettuno). Nelle atmosfere superiori, gli idrocarburi e altri composti in tracce sono prodotti dalla fotochimica. Non sappiamo esattamente cosa causi i colori nelle nuvole di Giove. I moti atmosferici sui pianeti giganti sono dominati dalla circolazione est-ovest. Giove mostra i modelli di nuvole più attivi, con Nettuno al secondo. Saturno è generalmente insipido, nonostante le sue velocità del vento estremamente elevate, e Urano è privo di caratteristiche (forse a causa della sua mancanza di una fonte di calore interna). Grandi tempeste (sistemi di alta pressione di forma ovale come la Grande Macchia Rossa su Giove e la Grande Macchia Oscura su Nettuno) possono essere trovate in alcune delle atmosfere del pianeta.


Whoa, Urano sembra totalmente incasinato in questo momento

La comparsa di un'enorme calotta bianca su Urano può sembrare allarmante, ma come stanno imparando gli scienziati planetari, ecco come appare un'estate prolungata sul remoto gigante di ghiaccio.

I giganti del ghiaccio Urano e Nettuno hanno interni ricchi di acqua ricoperti di idrogeno, elio e un pizzico di metano, quest'ultimo che conferisce a questi pianeti esterni la loro caratteristica carnagione ciano. A differenza della Terra, dove le stagioni durano solo pochi mesi, Nettuno e Urano sperimentano stagioni che durano decenni, dando luogo a strani e intensi fenomeni atmosferici.

Nuove immagini rilasciate dal programma Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL) evidenziano un'evoluzione degli eventi atmosferici su entrambi i giganti di ghiaccio, vale a dire un'estesa calotta bianca sul polo nord di Urano e un nuovo vortice oscuro su Nettuno. Un progetto parallelo a lungo termine del programma Hubble, OPAL è uno sforzo annuale per mappare questi due pianeti quando i loro percorsi orbitali li avvicinano alla Terra. I nuovi dati, acquisiti durante l'autunno del 2018, stanno fornendo importanti nuove informazioni sulle variazioni stagionali sia di Nettuno che di Urano.

"Le osservazioni annuali ci stanno aiutando a capire la frequenza delle tempeste, così come la loro longevità", ha detto a Gizmodo Amy Simon, scienziata del Goddard Space Flight Center della NASA che guida la missione OPAL. “Questo è importante perché questi pianeti sono abbastanza lontani dal Sole, quindi questo aiuterà a limitare il modo in cui si stanno formando e di più sul calore interno e sulla struttura di questi pianeti. La maggior parte dei pianeti extrasolari che sono stati trovati sono di queste dimensioni, anche se a ogni sorta di distanza dalle loro stelle madri».

Il grande berretto bianco sparso sul polo nord di Urano è particolarmente drammatico. La probabile causa di questa caratteristica ha a che fare con l'inclinazione unica del pianeta, che fa sì che la luce del sole risplenda direttamente sulle regioni polari nord per un lungo periodo di tempo durante l'estate. Attualmente è metà estate al polo nord di Urano, con conseguente prolungamento del berretto bianco.

"L'immagine di Urano del novembre 2018 si verifica in un momento 10 anni dopo l'equinozio, quando l'emisfero settentrionale stava appena emergendo nella luce solare primaverile dopo aver trascorso decenni nell'inverno polare", ha detto a Gizmodo Leigh Fletcher, astronomo dell'Università di Leicester. “Nel 2007, non sembrava esserci niente di simile a questa calotta polare sopra il polo primaverile. Ma con il passare del tempo, una banda riflettente, biancastra contro le tonalità blu di Urano, iniziò ad apparire attorno al polo nord. E ora, 10 anni dopo, quella banda si è trasformata in una spessa calotta polare di aerosol che nasconde alla vista la regione polare più profonda».

Fletcher ha detto che è un "esempio spettacolare di cambiamento stagionale" su questo gigante di ghiaccio, con "il tappo dell'aerosol che si evolve man mano che la primavera diventa estate". Le cause esatte di questi cambiamenti di aerosol, ha detto, rimangono un mistero, con possibilità che includono temperature di riscaldamento, chimica insolita, alcuni modelli di circolazione atmosferica su larga scala o una combinazione di tutti questi.

"Per fortuna non siamo troppo lontani dall'avere una risposta, poiché il James Webb Space Telescope sarà in grado di diagnosticare le temperature e la chimica responsabili di questi cambiamenti di riflettività che Hubble ha monitorato", ha aggiunto Fletcher.

Patrick Irwin, uno scienziato planetario dell'Università di Oxford, ha affermato che il fenomeno non è una tempesta, come lo ha descritto la NASA nel suo rilascio. Piuttosto, "è causato principalmente, almeno nei nostri modelli, da un abbassamento dell'abbondanza di metano sopra il ponte principale delle nuvole accompagnato da un possibile leggero aumento dell'opacità della foschia", ha detto a Gizmodo.

Simon pensava che la caratteristica polare espansa di Uraniano fosse interessante, ma "più interessante per me è quella tempesta luminosa appena sotto di essa", ha detto a Gizmodo. "Quella particolare tempesta era divampata ed era visibile in piccoli telescopi terrestri appena prima di queste osservazioni, il che mostra quanto velocemente possono cambiare".

Guardando la nuova immagine di Nettuno, sembra che un vortice oscuro abbia sollevato ancora una volta la sua brutta, ma affascinante, testa. La nuova tempesta anticiclonica, vista in alto al centro della foto sopra, è larga circa 11.000 chilometri (6.800 miglia). Questo è ora il quarto vortice oscuro osservato da Hubble dal 1993. Due di queste tempeste sono state osservate dalla sonda Voyager 2 durante il suo sorvolo del sistema nel 1989. Prese insieme, queste osservazioni affermano la natura transitoria e ricorrente di queste tempeste. Un vortice polare osservato nel 2016, ad esempio, è in gran parte svanito.

"La macchia oscura di Nettuno è molto più grande di quella che abbiamo visto qualche anno fa, ed è di dimensioni paragonabili alla Grande Macchia Scura della Voyager vista nel 1989", ha detto Simon. "Questa è anche la prima volta che possiamo vedere la regione prima che si formasse una tempesta di quelle dimensioni, quindi questo ci aiuterà a modellare il processo di formazione".

Le cause di queste macchie scure sono un mistero, ma poiché si vedono solo alle lunghezze d'onda più blu, "i miei soldi sono in una sorta di colorazione delle nuvole", ha detto Irwin.

Spesso messi in ombra dai loro cugini più grandi, Giove e Saturno, questi lontani giganti di ghiaccio si stanno rivelando affascinanti di per sé. Ora aspettiamo le osservazioni OPAL del prossimo anno con molta anticipazione.


Gli astronomi rilevano l'idrogeno solforato nell'atmosfera superiore di Urano

Gli astronomi che utilizzano il Gemini North Telescope sul Maunakea delle Hawaii hanno rilevato idrogeno solforato, il gas che conferisce alle uova marce il loro caratteristico odore, nelle cime delle nuvole di Urano. La scoperta è descritta in un articolo pubblicato sulla rivista Astronomia della natura.

Urano in colori naturali. Credito immagine: NASA / ESA / Hubble Team / Erich Karkoschka, Università dell'Arizona.

Gli scienziati hanno discusso a lungo della composizione delle nuvole di Urano e se l'idrogeno solforato o l'ammoniaca dominassero il ponte delle nuvole, ma in entrambi i casi mancavano prove definitive.

"Ora, grazie ai dati migliorati della linea di assorbimento dell'idrogeno solforato e ai meravigliosi spettri Gemini, abbiamo l'impronta digitale che ha catturato il colpevole", ha affermato l'autore principale Dr. Patrick Irwin, del Dipartimento di Fisica (fisica atmosferica, oceanica e planetaria) a l'Università di Oxford, Regno Unito.

I dati Gemini, ottenuti con il Near-Infrared Integral Field Spectrometer (NIFS), hanno campionato la luce solare riflessa da una regione immediatamente sopra lo strato di nubi visibile principale nell'atmosfera di Urano.

"Mentre le linee che stavamo cercando di rilevare erano appena presenti, siamo stati in grado di rilevarle in modo inequivocabile grazie alla sensibilità di NIFS su Gemini, combinata con le condizioni squisite su Maunakea", ha detto il dott. Irwin.

Il rilevamento di idrogeno solforato in alto nel ponte di nuvole di Urano — e presumibilmente di Nettuno — contrasta nettamente con i pianeti giganti gassosi interni, Giove e Saturno, dove non si vede idrogeno solforato sopra le nuvole, ma si osserva invece ammoniaca.

La maggior parte delle nubi superiori di Giove e Saturno è composta da ghiaccio di ammoniaca, ma sembra che questo non sia il caso di Urano. Queste differenze nella composizione atmosferica gettano luce sulle domande sulla formazione e sulla storia dei pianeti.

"Le differenze tra i ponti di nuvole dei giganti gassosi (Giove e Saturno) e dei giganti del ghiaccio (Urano e Nettuno), sono state probabilmente impresse molto tempo fa durante la nascita di questi mondi", ha detto il co-autore Dr. Leigh Fletcher, di l'Università di Leicester, Regno Unito.

"Durante la formazione del nostro sistema solare, l'equilibrio tra azoto e zolfo (e quindi ammoniaca e idrogeno solforato di Urano appena rilevato) è stato determinato dalla temperatura e dalla posizione della formazione del pianeta".

Un altro fattore nella formazione iniziale di Urano è la forte evidenza che i pianeti giganti del nostro Sistema Solare probabilmente migrarono da dove si erano inizialmente formati. Pertanto, la conferma di questa informazione sulla composizione è inestimabile per comprendere il luogo di nascita di Urano, l'evoluzione e i modelli di raffinamento delle migrazioni planetarie.

“Quando un ponte di nuvole si forma per condensazione, blocca il gas che forma le nuvole in un profondo serbatoio interno, nascosto sotto i livelli che di solito possiamo vedere con i nostri telescopi. Solo una piccola quantità rimane sopra le nuvole sotto forma di vapore saturo", ha detto il dott. Fletcher.

“Ed ecco perché è così difficile catturare le firme di ammoniaca e idrogeno solforato sopra le nuvole di Urano. Le capacità superiori dei Gemelli alla fine ci hanno dato quel colpo di fortuna".

“Sospettavamo fortemente che il gas idrogeno solforato stesse influenzando il millimetro e lo spettro radio di Urano da tempo, ma non siamo stati in grado di attribuire l'assorbimento necessario per identificarlo positivamente. Ora, anche quella parte del puzzle sta andando a posto", ha detto il co-autore Dr. Glenn Orton, del Jet Propulsion Laboratory della NASA.

"Mentre i risultati stabiliscono un limite inferiore alla quantità di idrogeno solforato intorno a Urano, è interessante ipotizzare quali sarebbero gli effetti sugli esseri umani anche a queste concentrazioni".

"Se uno sfortunato umano dovesse mai discendere attraverso le nuvole di Urano, incontrerebbe condizioni molto spiacevoli e odiose".

“Ma il fetore non sarebbe la cosa peggiore. Il soffocamento e l'esposizione nell'atmosfera a meno 200 gradi Celsius composta principalmente da idrogeno, elio e metano richiederebbero il loro tributo molto prima dell'odore", ha detto il dott. Irwin.

"Le nuove scoperte indicano che, sebbene l'atmosfera possa essere sgradevole per gli esseri umani, questo vasto mondo è un terreno fertile per sondare la storia antica del nostro Sistema Solare e forse comprendere le condizioni fisiche su altri grandi mondi ghiacciati che orbitano attorno alle stelle oltre il nostro Sole. .”


Caratteristiche fisiche

Struttura interna

La massa di Urano è circa 14,5 volte quella della Terra, il che lo rende il meno massiccio dei pianeti giganti. Il suo diametro è leggermente più grande di quello di Nettuno, circa quattro volte quello della Terra. Una densità risultante di 1,27   g/cm 3 rende Urano il secondo pianeta meno denso, dopo Saturno. [10] [11] Questo valore indica che è composto principalmente da vari tipi di ghiaccio, come acqua, ammoniaca e metano. [15] La massa totale del ghiaccio all'interno di Urano non è nota con precisione, perché emergono cifre diverse a seconda del modello scelto che deve essere compresa tra 9,3   e 13,5   masse terrestri. [15] [73] L'idrogeno e l'elio costituiscono solo una piccola parte del totale, con una massa terrestre compresa tra 0,5 e 1,5  . [15] Il resto della massa non ghiacciata (da 0,5 a 3,7   masse terrestri) è rappresentato da materiale roccioso. [15]

Il modello standard della struttura di Urano è che consiste di tre strati: un nucleo roccioso (silicato/ferro e nichel) al centro, un mantello ghiacciato al centro e un involucro esterno gassoso di idrogeno/elio. [15] [74] Il nucleo è relativamente piccolo, con una massa di soli 0,55   masse terrestri e un raggio inferiore al 20% del mantello di Urano che ne costituisce la massa, con circa 13,4   masse terrestri, e il l'atmosfera superiore è relativamente inconsistente, pesa circa 0,5   masse terrestri e si estende per l'ultimo 20% del raggio di Urano. [15] [74] La densità del nucleo di Urano è di circa 9   g/cm 3 , con una pressione al centro di 8   milioni di   bar (800 GPa) e una temperatura di circa 5000   K [73] [74] Il mantello di ghiaccio non è infatti composto da ghiaccio in senso convenzionale, ma da un fluido caldo e denso costituito da acqua, ammoniaca e altri volatili. [15] [74] Questo fluido, che ha un'elevata conduttività elettrica, è talvolta chiamato oceano di acqua e ammoniaca. [75]

L'estrema pressione e temperatura nel profondo di Urano possono rompere le molecole di metano, con gli atomi di carbonio che si condensano in cristalli di diamante che piovono attraverso il mantello come chicchi di grandine. [76] [77] [78] Esperimenti ad altissima pressione presso il Lawrence Livermore National Laboratory suggeriscono che la base del mantello potrebbe comprendere un oceano di diamante liquido, con "diamanti" solidi galleggianti. [79] [80] Gli scienziati credono anche che le piogge di diamanti solidi si verifichino su Urano, così come su Giove, Saturno e Nettuno. [81] [82]

Le composizioni di massa di Urano e Nettuno sono diverse da quelle di Giove e Saturno, con il ghiaccio che domina sui gas, giustificando quindi la loro classificazione separata come giganti del ghiaccio. Potrebbe esserci uno strato di acqua ionica in cui le molecole d'acqua si scompongono in una zuppa di ioni idrogeno e ossigeno, e più in profondità acqua superionica in cui l'ossigeno si cristallizza ma gli ioni idrogeno si muovono liberamente all'interno del reticolo di ossigeno. [83]

Sebbene il modello considerato sopra sia ragionevolmente standard, non è unico anche altri modelli soddisfano le osservazioni. Ad esempio, se nel mantello di ghiaccio si mescolano notevoli quantità di idrogeno e materiale roccioso, la massa totale dei ghiacci all'interno sarà inferiore e, di conseguenza, la massa totale di rocce e idrogeno sarà maggiore. I dati attualmente disponibili non consentono una determinazione scientifica di quale modello sia corretto. [73] La struttura interna fluida di Urano significa che non ha una superficie solida. L'atmosfera gassosa passa gradualmente negli strati liquidi interni. [15] Per comodità, uno sferoide oblato rotante posto nel punto in cui la pressione atmosferica è uguale a 1   bar (100 kPa) è designato condizionatamente come "superficie". Ha raggi equatoriali e polari di 25.559   ±   4   km (15.881.6   ±   2.5   mi) e 24.973   ±   20   km (15.518   ±   12   mi) , rispettivamente. [10] Questa superficie è usata in questo articolo come punto zero per le altitudini.

Calore interno

Il calore interno di Urano appare nettamente inferiore a quello degli altri pianeti giganti in termini astronomici, ha un basso flusso termico. [23] [84] Il motivo per cui la temperatura interna di Urano è così bassa non è ancora chiaro. Nettuno, che è quasi il gemello di Urano per dimensioni e composizione, irradia nello spazio 2,61 volte più energia di quanta ne riceve dal Sole, [23] ma Urano irradia pochissimo calore in eccesso. La potenza totale irradiata da Urano nella parte del lontano infrarosso (cioè il calore) dello spettro è 1,06 ± 0,08 volte l'energia solare assorbita nella sua atmosfera. [16] [85] Il flusso di calore di Urano è solo 0,042 ± 0,047   W/m 2 , che è inferiore al flusso di calore interno della Terra di circa 0,075   W/m 2 . [85] La temperatura più bassa registrata nella tropopausa di Urano è di 49   K (�.2   °C �.5   °F), rendendo Urano il pianeta più freddo del Sistema Solare. [16] [85]

Una delle ipotesi di questa discrepanza suggerisce che quando Urano è stato colpito da un impattore supermassiccio, che gli ha fatto espellere la maggior parte del suo calore primordiale, è rimasto con una temperatura interna ridotta. [86] Questa ipotesi di impatto viene utilizzata anche in alcuni tentativi di spiegare l'inclinazione assiale del pianeta. Un'altra ipotesi è che negli strati superiori di Urano esista una qualche forma di barriera che impedisce al calore del nucleo di raggiungere la superficie. [15] Ad esempio, la convezione può avvenire in un insieme di strati compositivamente differenti, che possono inibire il trasporto di calore verso l'alto [16] [85] forse la doppia convezione diffusiva è un fattore limitante. [15]

In uno studio recente, le condizioni interne dei giganti di ghiaccio sono state imitate comprimendo l'acqua contenente minerali come olivina e ferropericlasio. Ha mostrato che molto magnesio potrebbe essere sciolto negli interni liquidi di Urano e Nettuno. Uno strato di isolamento termico fatto di magnesio disciolto in Urano a causa di una quantità maggiore in Urano rispetto a Nettuno è stato proposto come possibile spiegazione della bassa temperatura di Urano. [87]

Atmosfera

Sebbene non ci sia una superficie solida ben definita all'interno di Urano, la parte più esterna dell'involucro gassoso di Urano che è accessibile al telerilevamento è chiamata la sua atmosfera. [16] La capacità di telerilevamento si estende fino a circa 300   km al di sotto del livello di 1   bar (100   kPa), con una pressione corrispondente di circa 100   bar (10   MPa) e temperatura di 320   K (47   °C 116   °F) . [89] La tenue termosfera si estende su due raggi planetari dalla superficie nominale, che è definita giacere ad una pressione di 1 bar. [90] L'atmosfera uraniana può essere suddivisa in tre strati: la troposfera, tra altitudini di � e 50   km (� e 31   mi) e pressioni da 100 a 0,1   bar ( 10   MPa a 10   kPa) la stratosfera, coprendo altitudini comprese tra 50 e 4.000   km (31 e 2.485   mi) e pressioni comprese tra 0,1 e 10 󔼒   bar (10   kPa a 10   µPa) e la termosfera che si estende da 4.000   km fino a 50.000   km dalla superficie. [16] Non c'è mesosfera.

Composizione

La composizione dell'atmosfera di Urano è diversa dalla sua massa, costituita principalmente da idrogeno molecolare ed elio. [16] La frazione molare di elio, ovvero il numero di atomi di elio per molecola di gas, è 0,15 ± 0,03 [19] nella troposfera superiore, che corrisponde a una frazione di massa 0,26 ± 0,05 . [16] [85] Questo valore è vicino alla frazione di massa dell'elio protosolare di 0,275 ± 0,01 , [91] che indica che l'elio non si è depositato al centro come nei giganti gassosi. [16] Il terzo componente più abbondante dell'atmosfera di Urano è il metano (CH
4 ). [16] Il metano ha bande di assorbimento prominenti nel visibile e nel vicino infrarosso (IR), che rendono Urano color acquamarina o ciano. [16] Le molecole di metano rappresentano il 2,3% dell'atmosfera per frazione molare al di sotto del ponte di nubi di metano al livello di pressione di 1,3   bar (130   kPa), questo rappresenta da 20 a 30   volte l'abbondanza di carbonio trova nel Sole. [16] [18] [92] Il rapporto di miscelazione [basso alfa 9] è molto più basso nell'alta atmosfera a causa della sua temperatura estremamente bassa, che abbassa il livello di saturazione e provoca il congelamento del metano in eccesso. [93] L'abbondanza di composti meno volatili come ammoniaca, acqua e idrogeno solforato nell'atmosfera profonda è poco conosciuta. Probabilmente sono anche più alti dei valori solari. [16] [94] Insieme al metano, nella stratosfera di Urano si trovano tracce di vari idrocarburi, che si pensa siano prodotti dal metano per fotolisi indotta dalla radiazione solare ultravioletta (UV). [95] Includono l'etano ( C
2 ore
6 ), acetilene ( C
2 ore
2 ), metilacetilene (CH
3 C
2 H ), e diacetilene ( C
2 HC
2H). [93] [96] [97] La ​​spettroscopia ha anche scoperto tracce di vapore acqueo, monossido di carbonio e anidride carbonica nell'alta atmosfera, che possono provenire solo da una fonte esterna come polvere e comete in caduta. [96] [97] [98]

Troposfera

La troposfera è la parte più bassa e densa dell'atmosfera ed è caratterizzata da una diminuzione della temperatura con l'altitudine. [16] La temperatura scende da circa 320   K (47   °C 116   °F) alla base della troposfera nominale a �   km a 53   K (�   °C �   °F) a 50   km. [89] [92] Le temperature nella regione superiore più fredda della troposfera (la tropopausa) variano in realtà nell'intervallo tra 49 e 57   K (� e �   °C � e �   °F) a seconda della latitudine planetaria. [16] [84] La regione della tropopausa è responsabile della stragrande maggioranza delle emissioni termiche del lontano infrarosso di Urano, determinando così la sua temperatura effettiva di 59,1   ±   0.3   K (�.1   ±   0.3   °C �.3   ±   0.5   °F) . [84] [85]

Si pensa che la troposfera abbia una struttura nuvolosa altamente complessa, si ipotizza che le nuvole d'acqua si trovino nell'intervallo di pressione da 50 a 100   bar (da 5 a 10   MPa), nuvole di idrosolfuro di ammonio nell'intervallo da 20 a 40 #160 bar (da 2 a 4   MPa), nubi di ammoniaca o idrogeno solforato tra 3 e 10   bar (0,3 e 1   MPa) e infine nuvole sottili di metano rilevate direttamente da 1 a 2   bar (da 0,1 a 0,2   MPa) . [16] [18] [89] [99] La troposfera è una parte dinamica dell'atmosfera, caratterizzata da forti venti, nuvole luminose e cambiamenti stagionali. [23]

Alta atmosfera

Lo strato intermedio dell'atmosfera uraniana è la stratosfera, dove la temperatura generalmente aumenta con l'altitudine da 53   K (�   °C �   °F) nella tropopausa a tra 800 e 850   K (527 e 577   °C 980 e 1.070   °F) alla base della termosfera. [90] Il riscaldamento della stratosfera è causato dall'assorbimento della radiazione solare UV e IR da parte del metano e di altri idrocarburi, [101] che si formano in questa parte dell'atmosfera a seguito della fotolisi del metano. [95] Anche il calore viene condotto dalla termosfera calda. [101] Gli idrocarburi occupano uno strato relativamente stretto ad altitudini comprese tra 100 e 300   km, corrispondente a un intervallo di pressione compreso tra 1000 e 10 Pa e temperature comprese tra 75 e 170   K (� e �   °C � e �   °F) . [93] [96] Gli idrocarburi più abbondanti sono metano, acetilene ed etano con rapporti di miscelazione di circa 10 − 7 rispetto all'idrogeno. Il rapporto di miscelazione del monossido di carbonio è simile a queste altitudini. [93] [96] [98] Gli idrocarburi più pesanti e l'anidride carbonica hanno rapporti di miscelazione di tre ordini di grandezza inferiori. [96] Il rapporto di abbondanza dell'acqua è di circa 7 × 10 − 9 . [97] L'etano e l'acetilene tendono a condensarsi nella parte inferiore più fredda della stratosfera e della tropopausa (sotto il livello di 10   mBar) formando strati di foschia, [95] che possono essere in parte responsabili dell'aspetto blando di Urano. La concentrazione di idrocarburi nella stratosfera uraniana sopra la foschia è significativamente inferiore rispetto alle stratosfere degli altri pianeti giganti. [93] [102]

Lo strato più esterno dell'atmosfera uraniana è la termosfera e la corona, che ha una temperatura uniforme intorno agli 800-850   K. [16] [102] Le fonti di calore necessarie per sostenere un livello così alto non sono comprese, in quanto né il l'UV solare né l'attività aurorale possono fornire l'energia necessaria per mantenere queste temperature. Anche la debole efficienza di raffreddamento dovuta alla mancanza di idrocarburi nella stratosfera al di sopra del livello di pressione di 0,1   mBar può contribuire. [90] [102] Oltre all'idrogeno molecolare, la termosfera-corona contiene molti atomi di idrogeno liberi. La loro piccola massa e le alte temperature spiegano perché la corona si estende fino a 50.000   km (31.000   mi), o due raggi Uraniani, dalla sua superficie. [90] [102] Questa corona estesa è una caratteristica unica di Urano. [102] I suoi effetti includono un trascinamento su piccole particelle che orbitano intorno a Urano, causando un generale esaurimento della polvere negli anelli di Urano. [90] La termosfera uranica, insieme alla parte superiore della stratosfera, corrisponde alla ionosfera di Urano. [92] Le osservazioni mostrano che la ionosfera occupa altitudini da 2.000 a 10.000   km (da 1.200 a 6.200   mi). [92] La ionosfera uraniana è più densa di quella di Saturno o Nettuno, che potrebbe derivare dalla bassa concentrazione di idrocarburi nella stratosfera. [102] [103] La ionosfera è principalmente sostenuta dalla radiazione UV solare e la sua densità dipende dall'attività solare. [104] L'attività aurorale è insignificante rispetto a Giove e Saturno. [102] [105]

Magnetosfera

Prima dell'arrivo di Viaggiatore   2, non erano state effettuate misurazioni della magnetosfera uraniana, quindi la sua natura rimase un mistero. Prima del 1986, gli scienziati si aspettavano che il campo magnetico di Urano fosse in linea con il vento solare, perché si sarebbe poi allineato con i poli di Urano che si trovano nell'eclittica. [106]

Voyager Le osservazioni di Urano hanno rivelato che il campo magnetico di Urano è peculiare, sia perché non ha origine dal suo centro geometrico, sia perché è inclinato di 59° dall'asse di rotazione. [106] [107] Infatti il ​​dipolo magnetico è spostato dal centro di Urano verso il polo di rotazione sud di ben un terzo del raggio planetario. [106] Questa insolita geometria si traduce in una magnetosfera altamente asimmetrica, in cui l'intensità del campo magnetico sulla superficie nell'emisfero australe può arrivare fino a 0,1   gauss (10   µT), mentre nell'emisfero settentrionale può arrivare fino a 1,1   gauss (110   µT). [106] Il campo medio in superficie è 0,23   gauss (23   µT). [106] Studi di Viaggiatore   2 i dati del 2017 suggeriscono che questa asimmetria fa sì che la magnetosfera di Urano si connetta con il vento solare una volta al giorno di Urano, aprendo il pianeta alle particelle del Sole. [108] In confronto, il campo magnetico della Terra è più o meno forte in entrambi i poli e il suo "equatore magnetico" è approssimativamente parallelo al suo equatore geografico. [107] Il momento di dipolo di Urano è 50   volte quello della Terra. [106] [107] Nettuno ha un campo magnetico similmente spostato e inclinato, suggerendo che questa potrebbe essere una caratteristica comune dei giganti di ghiaccio. [107] One hypothesis is that, unlike the magnetic fields of the terrestrial and gas giants, which are generated within their cores, the ice giants' magnetic fields are generated by motion at relatively shallow depths, for instance, in the water–ammonia ocean. [75] [109] Another possible explanation for the magnetosphere's alignment is that there are oceans of liquid diamond in Uranus's interior that would deter the magnetic field. [79]

The magnetic field of Uranus
(animated 25 March 2020)

Despite its curious alignment, in other respects the Uranian magnetosphere is like those of other planets: it has a bow shock at about 23 Uranian radii ahead of it, a magnetopause at 18 Uranian radii, a fully developed magnetotail, and radiation belts. [106] [107] [110] Overall, the structure of Uranus's magnetosphere is different from Jupiter's and more similar to Saturn's. [106] [107] Uranus's magnetotail trails behind it into space for millions of kilometres and is twisted by its sideways rotation into a long corkscrew. [106] [111]

Uranus's magnetosphere contains charged particles: mainly protons and electrons, with a small amount of H2 + ions. [107] [110] Many of these particles probably derive from the thermosphere. [110] The ion and electron energies can be as high as 4 and 1.2   megaelectronvolts, respectively. [110] The density of low-energy (below 1   kiloelectronvolt) ions in the inner magnetosphere is about 2   cm 𕒷 . [112] The particle population is strongly affected by the Uranian moons, which sweep through the magnetosphere, leaving noticeable gaps. [110] The particle flux is high enough to cause darkening or space weathering of their surfaces on an astronomically rapid timescale of 100,000   years. [110] This may be the cause of the uniformly dark colouration of the Uranian satellites and rings. [113] Uranus has relatively well developed aurorae, which are seen as bright arcs around both magnetic poles. [102] Unlike Jupiter's, Uranus's aurorae seem to be insignificant for the energy balance of the planetary thermosphere. [105]

In March 2020, NASA astronomers reported the detection of a large atmospheric magnetic bubble, also known as a plasmoid, released into outer space from the planet Uranus, after reevaluating old data recorded by the Voyagerق space probe during a flyby of the planet in 1986. [114] [115]


Jupiter Meets Uranus

Object : Planet Jupiter
Date : September 13, 2010
Time : 12:00-12:45 LST/ 07:00-07:45 UT
Location : Surprise, Arizona USA
Medium : white paper, colored pencils, paint brush # 4 and #10 used as a
stump
Instruments : CPC 1100 SCT/ 25mm Plossl/ No filters/ Binoculars 25X100
Magnitude : -2.9
Weather : calm winds, clear skies, temp- mid to upper 80’s

There is no better time than right now! As the summer parade of planets bid
farewell and disappear into the western horizon,(Venus,Mars & Saturn)
Jupiter steps up to the spotlight on the East side of town. Jupiter has an
ongoing list of activities happening on and off its surface. Physically, the
sheer size of its disk is expected to reach 50″ as it nears opposition on
the 20th of this month. As of the time of this sketch, it had a disk size of
49.7″. Although not as bright as Venus(-4.7), It’s pretty shiny for being
the only contender on the lonely Southeastern front of the night sky.

On its surface or close to its Jovian atmosphere, Jupiter was recently
recorded to have been struck by some sizeable bolides. Meteors that burst
into fireballs while getting pulled by the gravity of the gas giant. While I
did not notice any of those fireballs(would’ve been cool), I did notice
other features.Through the scope the most obvious is that Jupiter is
spinning with only one of the two major belts. Only the North Equatorial
Belt is clearly visible. Last spring, the South Equatorial Belt just
disappeared before our averted eyes. It’s believed to be hiding under a
thick blanket of ammonia clouds. Previous circumstances have shown that the
SEB will resurface sometime soon. For now, a slight grayish hue is all that
remains visible of the SEB ocassionally highlighted by darker shades of eddy
currents. The Great Red Spot is easy to ‘spot’ since the lack of the SEB
doesn’t mask it from view, it seems to ride adjacent to the South Temperate
Belt. The GRS is not alone, it was found to have an oval reddish storm about
half its size keeping company just South of its perimeter. Under steady sky
conditions, the designated ‘Oval BA’ or ‘Red Spot Jr” was barely discernible
to the Southwest of the GRS. A more pronounced white oval storm was embedded
and riding high on the westernmost edge of the NEB. For added effect, the
Galilean satellite Europa was just coming out of occultation on the Eastern
limb next to the North Temperate Belt.

From a different perspective, through the binoculars, Jupiter is not exactly
all alone. In the same field of view Uranus is not far away from its big
brother. During my observation both planets were a separated by less than 1
and 1/2 degrees. Uranus will also reach opposition hours later after
Jupiter. Uranus’ disk is very tiny in comparison with Jupiter but you can
still get a pastel lightgreen color out of it. I tried to locate with the
naked eye and had some slight success but I believe its because I knew where
to look. Other than that I think I would have a hard time picking it out-I
was in Surprise I have to admit, not exactly dark skies.

I hope you enjoyed this little report, wishing you all dark and clear skies!


Moon over Armagh


Moon over Armagh on Christmas Eve
Sketch and Details by Miruna Popescu

This painting depicts how the southern sky looks on 24 December 2009 at 5.30 pm, when the Moon’s phase reaches first quarter. The next brightest celestial object at this time is the planet Jupiter, which this year is the “Christmas Star” for the Royal School, Armagh. Jupiter is seen here just before it disappears behind the school. The painting shows stars in Pisces, Pegasus, Aquarius and other constellations, and the location of the planet Uranus (visible through a telescope) about a third of the way from the Moon to Jupiter. Uranus was found in 1781 (seven years after the old building of the Royal School was completed) by the astronomer and musician William Herschel, the discovery constituting the first identification of a planet since ancient times and earning Herschel the post of King’s astronomer from George III.

In 1609, the year after the founding of the Royal School, Galileo Galilei used an early telescope to map the Moon and discover satellites of Jupiter. To mark the 400th anniversary of Galileo’s first use of the telescope to observe the sky, 2009 is being celebrated worldwide as the International Year of Astronomy.

Dr Miruna Popescu from Armagh Observatory is the coordinator for the International Year of Astronomy 2009 in Ireland.


Autumn Skywatching Treat: See Uranus and Neptune in the Night Sky

Midautumn places the two outermost planets in excellent position for viewing.

We often speak of the five "naked-eye" planets (Mercury, Venus, Mars, Jupiter and Saturn), but in actuality, there is a sixth that can be glimpsed with the unaided eye if you know precisely where to look — and another that can be seen when you use a good pair of binoculars. Uranus can also be seen by a sharp-eyed observer who knows where to look for it Neptune is the only planet that requires optical aid in order to be seen.

Both planets were discovered after the invention of the telescope. Uranus was discovered more or less by accident in 1781. Uranus' failure to follow its predicted orbit seemed to be due to the gravitational pull of a planet farther out in space. Two astronomers independently calculated the position of the undiscovered planet, and when telescopes were turned to this region in 1846, Neptune was found. [Stargazing Maps: Best Night Sky Events of October 2017]

So, while our evening sky will soon be devoid of bright planets (Saturn will depart the scene by early December), Uranus and Neptune will be in excellent positions to be seen.

Of course, the trick is that you'll have to know exactly where to look!

Uranus, the green planet

Barely visible to the unaided eye on very dark, clear nights, the planet Uranus — currently shining at magnitude 5.7 — is now visible during the evening hours among the stars of the constellation Pisces, the fishes. Pisces is shaped like two fishing lines tied together in a knot, with one fish dangling from each line it resembles the shape of the letter V, tilted on its side. The star that marks the knot is known as Al Risha, a fourth-magnitude star. Above Al Risha is a star of similar brightness, known as Omicron Piscium.

The next step is to carefully study a star chart, then scan that region with binoculars. Uranus should be evident, set off by its greenish tint. Uranus just passed its opposition to the sun (on Oct. 19) and is currently visible in the sky all through the night. Right now, it appears at its highest at around midnight local daylight time, when it will stand roughly 60 degrees above the southern horizon roughly two-thirds up from the horizon to the point directly overhead (the zenith).

Using a magnification of 150x with a telescope of at least three-inch aperture, you just might be able to resolve Uranus into a tiny, pale-green, featureless disk. While observing Uranus from the Susan F. Rose Observatory at the Custer Institute in Southold on Oct. 21, New York amateur astronomer Bart Fried wrote to New York's Amateur Observers' Society (NYAOS): "[At] 180-power for Uranus . that's a speck!" Unless the seeing, or blurring and twinkling caused by Earth's atmosphere is "total chaos," Fried suggested trying a 300x telescope, "and next time, it will actually look like a planet. And maybe with [a larger aperture], some mottling or cloud feature will be visible."

Indeed, larger instruments will better resolve this planet's verdant disk.

Uranus currently is 1.85 billion miles (2.97 billion kilometers) from the sun and 1.76 billion miles (2.83 billion km) from Earth. It has a diameter of 31,518 miles (50,712 km), and according to flyby magnetic data from Voyager 2 in January 1986, it has a rotation period of 17.4 hours.

At last count, Uranus has 27 moons. They are all in orbits that lie in the planet's equator, in which there is also a complex of nine narrow, nearly opaque rings, which were discovered in 1978. Uranus likely has a rocky core surrounded by a liquid mantle of water, methane and ammonia, encased in an atmosphere of hydrogen and helium.

A bizarre feature is how far over Uranus is tipped. Its north pole lies 98 degrees from being directly up and down to its orbit plane. Thus, its seasons are extreme: When the sun rises at its north pole, it stays up for 42 Earth years then it sets, and the North Pole is in darkness for 42 Earth years.

Neptune, the blue planet

Neptune, on the other hand, is much too faint to be perceived with the unaided eye. With Pluto's demotion to dwarf planet status in 2006, Neptune is now recognized as the most distant planet in the solar system. Currently, it lies at a distance of 2.78 billion miles (4.48 billion km) from the sun and 2.73 billion miles (4.39 billion km) from Earth.

It is slightly smaller than Uranus, with a diameter of 30,598 miles (49,232 km). Currently at magnitude 7.8, it's more than six times dimmer than Uranus. At this moment in time, Neptune can be found in the constellation of Aquarius, the Water Carrier.

You might try using the 3.7-magnitude star Lambda Aquarii to steer you toward Neptune. Currently, Neptune is only about a half-degree (about a full moon's width) to the south of this star. Neptune should be recognizable, thanks to its bluish color. If you have access to a dark, clear sky and carefully examine a star chart of this region, you should have no trouble in finding it with a good pair of binoculars.

From Long Beach, New York, amateur astronomer Larry Gerstman wrote to NYAOS: "For the last couple of months I have been following the motion of the planet Neptune in several of my binoculars. Its motion is like watching that of an asteroid, and much of the apparent motion is really more about the motion of the Earth. I have been using mostly my 20x60 Bushnell binoculars, which I just took out of my closet after many years of non-use since I have larger pairs, but I'm rediscovering how great they are — especially with their wide apparent field of 70-degrees (which is an actual field of 3.5-degrees at 20x) and crisp sharpness in a compact size."

Neptune is currently at its highest point in the sky at around 9 p.m. local daylight time, climbing about 40 degrees above the southern horizon nearly halfway from the horizon to the zenith. [How to Measure Distances in the Night Sky]

With a telescope, trying to resolve Neptune into a disk will be more difficult for observers to do than it will be with Uranus. You're going to need at least an 8-inch telescope with a magnification of no less than 200x, just to turn Neptune into a tiny blue dot of light.

One of Neptune's 14 moons, Triton, has a tenuous atmosphere of nitrogen, and at 1,680 miles (2,703 km) in diameter, it's larger than Pluto. Because it is moving in a retrograde (backward) orbit, there has been some suggestion that Neptune's strong gravitational pull may actually have captured it in the distant past. Those who have access to a large telescope of 12 inches or more might even be able to get a glimpse of Triton, very close to Neptune itself.

Voyager 2 passed Neptune in August 1989 and relayed its possession of a deep-blue atmosphere, with rapidly moving wisps of white clouds. Also evident was a Great Dark Spot, rather similar in nature to Jupiter's famous Great Red Spot. Observations of Neptune using the Hubble Space Telescope suggest that the dark spot seen by Voyager 2 has dissipated yet it has apparently been replaced by another. The atmosphere of Neptune is apparently chiefly composed of hydrocarbon compounds. Based on the rotation rate of its magnetic field, a rotation rate of 16.1 hours has been assigned to Neptune. Voyager 2 also revealed the existence of at least three rings around Neptune, composed of very fine particles.


What Uranus Cloud Tops Have in Common With Rotten Eggs

Hydrogen sulfide, the gas that gives rotten eggs their distinctive odor, has been verified as one of the key components of clouds at Uranus.

Even after decades of observations and a visit by NASA's Voyager 2 spacecraft, Uranus held on to one critical secret -- the composition of its clouds. Now, one of the key components of the planet's clouds has finally been verified.

A global research team that includes Glenn Orton of NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California, has spectroscopically dissected the infrared light from Uranus captured by the 26.25-foot (8-meter) Gemini North telescope on Hawaii's Mauna Kea. They found hydrogen sulfide, the odiferous gas that most people avoid, in Uranus' cloud tops. The long-sought evidence was published in the April 23rd issue of the journal Nature Astronomy.

The detection of hydrogen sulfide high in Uranus' cloud deck (and presumably Neptune's) is a striking difference from the gas giant planets located closer to the Sun -- Jupiter and Saturn -- where ammonia is observed above the clouds, but no hydrogen sulfide. These differences in atmospheric composition shed light on questions about the planets' formation and history.

"We've strongly suspected that hydrogen sulfide gas was influencing the millimeter and radio spectrum of Uranus for some time, but we were unable to attribute the absorption needed to identify it positively. Now, that part of the puzzle is falling into place as well," Orton said.

The Gemini data, obtained with the Near-Infrared Integral Field Spectrometer (NIFS), sampled reflected sunlight from a region immediately above the main visible cloud layer in Uranus' atmosphere.

"While the lines we were trying to detect were just barely there, we were able to detect them unambiguously thanks to the sensitivity of NIFS on Gemini, combined with the exquisite conditions on Mauna Kea," said lead author Patrick Irwin of the University of Oxford, U.K.

No worries, though, that the odor of hydrogen sulfide would overtake human senses. According to Irwin, "Suffocation and exposure in the negative 200 degrees Celsius [minus 328 degrees Fahrenheit] atmosphere made of mostly hydrogen, helium and methane would take its toll long before the smell."

Read more on the news of Uranus' atmosphere from Gemini Observatory here.


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