Neptunus udda måne Nereid

 

Bild wikipedia på Neptunus måne Nereid.

Neptunus själv är en unik planet med en lutad  bana av 30 grader. Här finns några ovanliga månar inklusive den Pluto-stora månen Triton. Triton kretsar baklänges kring Neptunus, vilket tyder på att den inte bildades runt Neptunus utan istället fångats upp av Neptunus gravitation efter att den bildats någon annanstans i solsystemet. Nya observationer tillsammans med simuleringar av Neptunus evolutionära historia tyder på att en ofta förbisedd neptunisk måne  Nereid kan avslöja planetens förflutna.

Jupiter, Saturnus och Uranus har alla "typiska" månsystem, där varje planet har flera stora månar som kretsar nära och längs värdplanetens ekvatoriella plan, samt många mindre månar, kallade oregelbundna satelliter, som ligger längre ut på lutande eller "lutande" banor. Neptunus, å andra sidan, har bara en stor måne, Triton, som innehåller 99,9 procent av massanav resterande månar runt Neptunus (summa månar runt planeten är 18 st). Tritons bana är retrograd. Den rör sig medurs, medan Neptunus kretsar runt solen moturs. Detta innebär att Triton inte kunde ha samlats på plats, som Jupiters och Saturnus månar gjorde, ur skivan av materia som kretsar moturs runt sin planet och där det bildas månar. Istället tros Triton vara ett objekt från Kuiperbältet likt Pluto är och som drogs in mot Neptunus  och fångades av Neptunus gravitation.

Före Voyager 2:s förbiflygning av Neptunus i augusti 1989 var endast en annan måne känd runt Neptunus förutom Triton, Nereid. Upptäckt av den nederländske astronomen Gerard Kuiper 1949 sedan dess Nereid sedan dess utgjort ett mysterium. Månen följer en excentrisk bana, svänger runt Neptunus i en ellips och är långt från sin planet, men inte alls lika avlägsen som oregelbundna månar runt de andra jätteplaneterna. Intressant nog har Nereid inte en retrograd bana som Triton och dess bana är mycket mindre lutande än andra oregelbundna månar i solsystemet. Med dessa detaljer diskuterade forskare Nereids ursprung i 70 år, utan att kunna avgöra om månen fångades eller bildats på plats.

År 2024 använde Caltechs (California Institute of Technology) doktorander Matthew Belyakov och M. Ryleigh Davis (MS '22) James Webb Space Telescope (JWST) för att observera Neptunus månsystem där Nereid var ett av målen. Teamet använde JWST:s närinfraröda spektrograf, som delar upp ljus i dess många olika våglängder för att få kemisk information om ett objekts mineral. Nereids spektrum verkade ganska annorlunda än asteroiderna  vi känner till i Kuiperbältet. Nereid liknade istället Uranus månar. Med hjälp av observationsdata, som antydde ett icke-fångat ursprung för Nereid, utvecklade Belyakov sedan simuleringar av utvecklingen av Neptunus månar.

Simuleringarna visade att när Triton kraschade in i det neptunska systemet och fångades, kunde befintliga neptunska månar ha kastats ut på excentriska banor som såg identiska ut med Nereides. Detta tyder på att Nereid bildades  runt Neptunus, snarare än att vara ett infångat främmande objekt.

"Att förstå vad som hände vid Neptunus är ett av sätten vi kan lösa vad som hände i det tidiga solsystemet och Nereid är viktig för att fastställa viktiga händelser som Tritons fångst," beskriver Belyakov. "Vi hoppas att detta arbete motiverar människor att göra kreativa observationer av Nereid, även om det är svagt och avlägset. Det är lika viktigt som Triton historia. Jag hoppas att Nereid kommer att besökas under ett uppdrag under min livstid." beskriver Belyakov.

Innan ett sådant uppdrag kommer mycket om Nereid sannolikt att förbli ett mysterium. Voyager-bilder av Nereid är bara några pixlar i diameter. I fortsättningen på sitt arbete siktar teamet på att bygga fler simuleringar för att begränsa tidpunkten för Tritons fångst och möjliga konfigurationer för det initiala månsystemet runt Neptunus.

Forskningen leddes av doktoranden Matthew Belyakov och genomfördes som ett samarbete mellan laboratorierna hos professor i planetvetenskap Konstantin Batygin (PhD '12) och Mike Brown, Richard och Barbara Rosenberg Professor i planetastronomi samt Terence D. Barr Leadership Chair och chef för Center for Comparative Planetary Evolution.

En artikeln har publicerats i Science Advances med titeln "Nereid as a regular satellite of Neptune." Förutom Belyakov, Batygin, Brown och Davis är den tidigare Caltech-doktoranden Ian Wong (PhD '18) numera vid Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland, medförfattare. Finansieringen tillhandahölls av NASA, Europeiska rymdorganisationen och Kanadas rymdmyndighet, som gemensamt driver JWST. 

I djupet av Neptunus och Uranus kan nya tillstånd av materia existera

 

Bild https://carnegiescience.edu  illustration av den förutsagda hexagonala (en polygon med sex sidor vars sidor kan ha olika längder) kolhydridföreningen under Neptunus-liknande inre förhållanden. I denna struktur bildar kol de yttre spiralkedjorna (gula) och väte de inre spiralkedjorna (blå) vilket är förenligt med det kvasi-endimensionella superjonbeteendet som identifierats i datasimuleringar med första principer. Med tillstånd: Cong Liu.

Mätningar av Uranus och Neptunus täthet visar att insidan av dessa jätteplaneter innehåller mellanlager av okonventionella "heta isar" under deras väte- och heliumatmosfäriska höljen ovanför deras steniga kärnor. Dessa lager tros bestå av vatten (H2O), metan (CH4) och ammoniak (NH4) och på grund av de extrema förhållandena tros exotiska faser uppstå här.

Fysiken i dessa högtrycks- och högtemperaturområden kan ge upphov till okonventionella materiatillstånd vilket är anledningen till att teoretiker och experimentella forskare försöker förutsäga och återskapa vad som kan finnas där.

Med hjälp av högpresterande datorer och maskininlärning utförde Liu och Cohen vid Carnegie Science Forskningsinstitut i Washington, USA grundläggande kvantfysiksimuleringar av kol-vätebindningar (CH) under tryck från nästan 5 miljoner till nästan 30 miljoner gånger atmosfärstrycket (500 till 3 000 gigapascal) och vid temperaturer från  3700 Celsius till 5700 Celsius.

Deras verktyg förutspådde framväxten av ett ordnat hexagonalt ramverk där väteatomer rör sig längs spiralbanor och skapar ett kvasi-endimensionellt superjontillstånd.

Superjoniska material befinner sig i ett ovanligt tillstånd ett mellan fasta ämnen och vätskor en typ av atomer som förblir ordnade i ett kristallint ramverk och en typ som blir blir rörligt.

"Denna nyligen förutsagda kol–väte-fas är särskilt slående eftersom atomrörelsen inte är helt tredimensionell," förklarar Cohen. "Istället rör sig väte  längs väldefinierade helixbanor inbäddade i en ordnad kolstruktur."

Denna riktning av rörelse har viktiga implikationer för hur värme och elektricitet rör sig genom planeters inre. Ett sådant beteende kan påverka inre energiomfördelning, elektrisk ledningsförmåga och möjligen tolkningen av magnetfältsgenerering hos isjättar.

Fyndet utökar också vår förståelse av beteendet hos enkla föreningar under extrema förhållanden vilket tyder på att även enkla system kan organisera sig i oväntat komplexa faser.

"Kol och väte är bland de mest förekommande grundämnena av  materia i en planet. Men materians kombinerade beteende under jätteplanetsförhållanden är långt ifrån helt förstått," beskriver Liu.

Utöver planeters inre kan förmågan att identifiera starkt riktade framväxande fenomen i kondenserad materia få konsekvenser för nuvarande materialvetenskap och teknik.

Deras forskningsarbete är publicerat i Nature Communications och visar hur de förutspår att ett kvasi-endimensionellt superjoniskt tillstånd av kol-vätebindning existerar under de extrema tryck och temperaturer som finns djupt inne i Neptunus och Uranus.

Detta verkar finnas under ytan på Uranus och Neptunus

 

Bild https://vcresearch.berkeley.edu  En sprängskiss av en isjätteplanet som Uranus eller Neptunus. I en ny teori föreslås att under den täta atmosfären finns ett vattenrikt lager (blått) som har separerats från ett djupare lager av hett, högtryckskol, kväve och väte (bärnsten). Trycket pressar ut väte ur metan- och ammoniakmolekyler och skapar skiktade kolväteskikt som inte kan blandas med vattenskiktet, vilket förhindrar konvektionen vilket skapar ett dipolärt magnetfält. Bild med tillstånd av tidningen Quanta till https://vcresearch.berkeley.edu.

Planetforskare har två teorier  om vad som kan finnas under de tjocka, blåaktiga väte- och heliumatmosfärerna av isjättarna Uranus och Neptunus antingen finns  diamantregn eller superjoniskt vatten.

Burkhard Militzer, planetforskare vid University of California, Berkeley, föreslår nu en alternativ teori - att det inre av dessa planeter är skiktat i två lager och att dessa två lagren likt olja och vatten på jorden inte blandas. Denna konfiguration förklarar planeternas ovanliga magnetfält på ett troligt sätt och antyder att det är osannolikt att tidigare teorier om planeternas inre skulle bestå av diamantregn eller superjoniskt vatten inte är sant.

I en artikel som publiceras nyligen i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences, hävdar Burkhard Militzer att en djup ocean av vatten ligger precis under molnlagren och under vattnet en mycket komprimerad vätska av kol, kväve och väte. Datorsimuleringar visar att temperaturerna och trycket i planeternas inre bildat en kombination av vatten (H2O), metan (CH3) och ammoniak (NH3) som skulle naturligt separeras i två lager, främst på grund av att väte skulle pressas ut ur metan och ammoniak som utgör en stor del av det  inre.

Dessa oblandbara lager skulle förklara varför varken Uranus eller Neptunus har ett magnetfält likt jordens. Det var en av de överraskande upptäckterna om vårt solsystems isjättar som gjordes av Voyager 2-uppdraget i slutet av 1980-talet. Då  en planet svalnar från sin yta och nedåt sjunker kall och tätare materia medan klumpar av varmare vätska stiger upp som kokande vatten - en process som kallas konvektion. Om interiören är elektriskt ledande kommer ett tjockt lager av konvekterande material att generera ett dipolmagnetfält som liknar det för en stavmagnet. Jordens dipolfält, skapat av dess flytande yttre järnkärna vilket producerade ett magnetfält som går i en slinga från nordpolen till sydpolen och är anledningen till att kompasserna pekar mot polerna.

Men Voyager 2 upptäckte att ingen av de två isjättarna har ett sådant dipolfält utan istället oorganiserade magnetfält. Detta innebär att det inte finns någon konvektiv rörelse av materia i ett tjockt lager i planeternas djupa inre.

För att förklara dessa observationer föreslog två olika forskargrupper för mer än 20 år sedan att planeterna måste ha lager som inte kan blandas vilket förhindrar storskalig konvektion och ett globalt dipolärt magnetfält. Konvektion i ett av lagren kan dock ge upphov till ett oorganiserat magnetfält. Men ingen av forskargrupperna kunde förklara vad dessa icke-blandande lager bestod av.

För tio år sedan försökte Militzer upprepade gånger lösa problemet med hjälp av datorsimuleringar bestående av cirka 100 atomer där proportionerna av kol, syre, kväve och väte speglade den kända sammansättningen av grundämnena i det tidiga solsystemet. Vid de tryck och temperaturer som förutspåddes för planeternas inre – 3,4 miljoner gånger jordens atmosfärstryck respektive ca 4450 Celcius kunde han inte hitta hur  dessa lager kunde bildas.

Förra året kunde han dock med hjälp av maskininlärning köra en datormodell som simulerade beteendet hos 540 atomer och fann då att lager bildas naturligt när atomerna värms upp och komprimeras.

– En dag tittade jag på modellen och då hade vattnet separerats från kol och kväve. Det jag inte kunde göra för 10 år sedan hände nu, beskriver han. Det ena är vattenrikt och det andra är kolrikt, och i Uranus och Neptunus är det det kolrika systemet som ligger under. Den tunga delen stannar i botten och den lättare delen stannar på toppen och den kan inte göra någon konvektion.'"

"Jag kunde inte upptäcka detta utan att ha ett större system av atomer detta  system kunde jag inte simulera för 10 år sedan", tillade han.

Mängden väte som pressas ut ökar med tryck och djup och bildar ett stabilt skiktat kol-kväve-väteskikt, nästan som  plastpolymer, beskriver han. Medan det övre, vattenrika lagret sannolikt konverterar för att producera det observerade oorganiserade magnetfältet, kan det djupare, stratifierade kolväterika lagret inte göra det.

När han modellerade gravitationen som produceras av Uranus och Neptunus i flera lager, matchade gravitationsfälten de som uppmättes av Voyager 2 för nästan 40 år sedan. Militzer förutspår att under Uranus 3 000 mil tjocka atmosfär finns ett vattenrikt lager som är cirka 5 000 mil tjockt och under det ett kolväterikt lager som även detta är cirka 5 000 mil tjockt. Uranus steniga kärna är ungefär lika stor som planeten Merkurius. Även om Neptunus är mer massiv än Uranus är den mindre i diameter med en tunnare atmosfär, men med lika tjocka vattenrika och kolväterika lager. Dess steniga kärna är något större än Uranus, ungefär lika stor som Mars.

Forskningen stöddes av National Science Foundation (PHY-2020249) som en del av Center for Matter at Atomic Pressures.

En mystisk molekyl verkar finnas i Uranus och Neptunus inre.

 

Uranus och Neptunus magnetfält är inte lika lätta att förstå som Jupiters, Saturnus eller Jordens. I jordens inre producerar cirkulationen av den elektroniskt ledande flytande järn-nickellegeringen magnetism. Djupt inne i Jupiter och Saturnus verkar väte pressas in i ett metalliskt tillstånd och ge upphov till magnetfält på ungefär samma vis.

Däremot antas Uranus och Neptunus magnetfält härröra från cirkulationen av joniskt ledande medier, där de ingående jonerna själva är laddningsbärare snarare än bara en stödstruktur som möjliggör flöde av elektroner. Om planetforskare visste exakt vilka joner och i vilka proportioner som är inblandade skulle de kanske kunna lista ut varför isjättarnas magnetosfärer är så udda: feljusterade med planeternas rotationsriktning och förskjutna från deras fysiska centrum.

Skoltech-professorn Artem R. Oganov är medförfattare till en artikel om fenomenet. Han beskriver hur jonisk och elektronisk ledningsförmåga skiljer sig åt och var den nyligen förutspådda jonen passar in i detta: "Vätet som omger Jupiters steniga kärna vid dessa förhållanden är en flytande metall: Den kan flöda, på samma sätt som smält järn i jordens inre flyter och dess elektriska ledningsförmåga beror på de fria elektronerna och väteatomer som pressas samman. I  Uranus beskriver Oganov att vätejonerna själva – det vill säga protoner – är de fria laddningsbärarna. Inte nödvändigtvis som fristående H+-joner, men kanske i form av hydronium H3O+, ammonium NH4+ och en rad andra joner. Studien lägger till ytterligare en möjlighet, H4O2+-jonen, som extremt intressant  här.

Skoltech-forskare och deras kinesiska kollegor har fastställt de förhållanden som möjliggör existensen av en mycket märklig jon. Den kallas aquodiium och kan förstås som en vanlig neutral vattenmolekyl innehållande  två extra protoner vilket resulterar i en dubbel positiv nettoladdning. Forskarlaget föreslår att jonen kan vara stabil i det inre av isjättarna Uranus och Neptunus och att den i så fall måste spela en roll i den mekanism som ger upphov till dessa planeters magnetfält. 

Teamet använde avancerade beräkningsverktyg i studien för att förutsäga vad som händer med fluorvätesyra och vatten under extrema förhållanden. Resultatet: Givet ett tryck på cirka 1,5 miljoner atmosfärer och en temperatur runt 3 000 grader Celsius dyker välseparerad aquodiium H4O2+-joner upp i datasimuleringen.

Forskarna tror att deras nyupptäckta jon borde spela en viktig roll för beteendet och egenskaperna hos vattenbaserade medier, särskilt de som är under tryck och innehåller syra. Detta motsvarar ungefär förhållandena på Uranus och Neptunus, där ett oerhört djupt liggande flytande vattenhav producerar extremt högt tryck och en viss mängd syra kan också förväntas där. Om så är fallet kommer aquodiiumjoner att bildas och genom att dess joner finns i havets cirkulation kommer de att bidra till dessa planeters magnetfält och andra egenskaper på ett sätt som skiljer sig från andra joners. Kanske kan aquodiium till och med bilda ännu okända mineraler under dessa extrema förhållanden. Aquodiium h kan konceptualiseras som en vanlig neutral vattenmolekyl med ytterligare två protoner fastsatta på den,

Studien publicerades i Physical Review B. 

Bild vikipedia. Uranus, bild tagen av Voyager 2.

Möjligen driver diamantregn Neptunus och Uranus magnetfält

 

Diamanter kan bildas i det nedre av atmosfären i planeter som Neptunus och Uranus och färdas nedåt och resultera isjättarnas magnetfält, enligt ny forskning från ett internationellt team av forskare inklusive Carnegies Alexander Goncharov och Eric Edmund. SLAC National Accelerator Laboratory-teamets resultatet kom till genom att de använde den europeiska XFEL-anläggningen för att försöka lösa långvariga meningsskiljaktigheter om temperatur- och tryckförhållandena under vilka diamanter bildas av kortlivade kolväten som de som förväntas finnas i dessa isiga kroppars atmosfär.

Även om vi inte direkt kan undersöka fysiken och kemin som förekommer i planeters inre, kan sofistikerade laboratorietekniker visa hur planetariska byggstenar beter sig och omorganiserar sig under de extrema förhållanden som finns inuti dessa planeter", beskriver Edmund.

Laboratorieteknik och teoretisk datamodellering har gett forskare en ungefärlig uppfattning om den process genom vilken diamanter bildas från kortlivade kolvätemolekyler i isiga planeters inre. Olika laboratorietekniker har dock gett varierande resultat vilket gör det svårt att fastställa på vilket djup i atmosfären detta fenomen uppstår.

Denna långvariga oenighet visas mellan experiment där man komprimerar kolväten för att få dem till extrema tryckförhållanden och experiment som skapar dessa förhållanden genom att träffa prover med höghastighetsprojektiler som efterliknar ett meteoritnedslag.

Forskarteamet, som leddes av SLAC:s Mungo Frost, använde en röntgenlaser vid XFEL-anläggningen i Tyskland för att träffa ett komprimerat prov av polystyren med ultrakorta röntgenblixtar, vilket gav en slags "guldlocksmetod" som löser upp spänningen mellan de två tidigare metoderna. Världens största röntgenlaser på FuXFEL genererar ultrakorta blixtar 27000 gånger per sekund.

"Genom detta internationella samarbete har vi gjort stora framsteg vid European XFEL och fått anmärkningsvärda nya insikter om isiga planeter", beskriver Frost i ett uttalande.

De fann att diamantbildning observeras under tryck som sträcker sig från 188 000 till 266 000 atmosfärer (eller 19 till 27 gigapascal) och över 2200 Celcius.

Det innebär att diamanter bildas på grundare djup än man tidigare trott på isjätteplaneter. Eftersom det är tätare än det omgivande materialet sjunker det djupare – ett fenomen som ibland kallas "diamantregn" – vilket ger en extra värmekälla, vilket kan driva en konvektion i islagret och bidra till dessa planeters komplexa magnetfält. Dessutom innebär denna process med relativt ytlig diamantbildning från kolväten och att detta kan inträffa även på mindre isiga kroppar, ex mini-Neptunus", beskriver Goncharov.

 Studien är publicerad i Nature Astronomy.

Bild https://www.spacedaily.com/ med texten översatt På isjätteplaneter bildas diamanter på grundare djup än man tidigare trott. Eftersom det är tätare än det omgivande materialet sjunker det djupare – ett fenomen som ibland kallas "diamantregn" – vilket ger en extra värmekälla, vilket kan driva konvektion i islagret och bidra till dessa planeters komplexa magnetfält.

Nya bilder visar Neptunus och Uranus i sina naturliga färger.

 

Professor Patrick Irwin vid Institutionen för fysik, University of Oxford och hans team fann att både Neptunus och Uranus har en likartad nyans av grönblått. Den allmänna uppfattningen är annars att Neptunus är djupt azurblå medan Uranus är blekt cyanblå.

Astronomer har dock länge vetat att de flesta bilder av de två planeterna inte exakt återger deras verkliga färg. Färgfelet uppstod på grund av att bilder tagna av båda planeterna under 1900-talet – bland annat av NASA:s Voyager 2-uppdrag, (den enda rymdfarkost som flugit förbi dessa världar) – tog bilder i skilda färgnyanser.

De enfärgade bilderna kombinerades senare för att skapa sammansatta färgbilder, som inte alltid var exakt balanserade för att uppnå en naturlig färgbild av planeterna särskilt Neptunus blev ofta för blå. Dessutom var de tidiga Neptunusbilderna från Voyager 2 kraftigt kontrastförstärkta för att bättre avslöja molnen banden och vindarna på Neptunus.

Professor Irwin påtalar: "Även om de välkända Voyager 2-bilderna av Uranus publicerades i en form som låg närma den "sanna" färgen, var de av Neptunus i själva verket utsträckta och förbättrade och därför i fel blå nyans.

Även om den artificiellt mättade färgen var känd vid den tiden bland planetforskare – och bilderna släpptes med bildtexter som förklarade det – gick den distinktionen förlorad med tiden. Genom att tillämpa vår modell på originaldata har vi kunnat rekonstruera den mest exakta representationen hittills av både Neptunus och Uranus färg (se ovan bild).

I den nya studien har forskarna använt data från rymdteleskopet Hubble rymdteleskop STIS och MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer)  på Europeiska sydobservatoriets Very Large Telescope. I båda instrumenten är varje pixel ett kontinuerligt spektrum av färger. Detta innebär att STIS- och MUSE-observationerna entydigt kan bearbetas för att bestämma den sanna färgen på Uranus och Neptunus.

Båda planeterna har en ganska likartad nyans i grönblått. Den största skillnaden är att Neptunus har en liten antydan till ytterligare blått vilket beror på ett tunt dislager på Neptunus.

Studien har fått namnet "Modelling the seasonal cycle of Uranus colour and magnitude, and comparison with Neptune" och har publicerats i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Bild https://www.ox.ac.uk/

Neptunus mörka fläck sedd från Jorden

 

Rymdsonden Voyager 2 upptäckte en mörk fläck när den passerade förbi Neptunus 1989. En fläck som försvann några år senare. “Sedan den första upptäckten av en mörk fläck på Neptunus (fler kortlivade sådana har upptäckts senare) har jag alltid undrat vad dessa kortlivade och svårobserverade formationer är” skriver Patrick Irwin, professor vid Oxfords universitet i Storbritannien och forskningsledare för en studie som publicerades nyligen  om ämnet i Nature Astronomy.

Irwin och hans forskargrupp använde i sin forskning data från ESO:s VLT (very large telescope) för att avfärda den tidigare hypotesen att de mörka fläckarna är klara områden i moln. De nya observationerna indikerar att de istället bildas av partiklar i ett skikt under det synliga disskiktet då is- och dispartiklar blandas i Neptunus atmosfär. 

Att nå denna insikt har inte varit lätt då de mörka fläckarna inte är långvariga fenomen vilket har gjort det omöjligt för astronomerna att studera dem tillräckligt länge och ingående för att säkert säga vad de är. En möjlighet uppstod dock med NASA/ESA:s Hubbleteleskop med vilket man upptäckte ett flertal mörka fläckar i Neptunus atmosfär 2018, bland annat på planetens norra halvklot. Irwin och hans forskarkollegor började då studera fläckarna med ett instrument som är idealiskt för detta ändamål.

MUSE-instrumentet (Multi Unit Spectroscopic Explorer) som finns på VLT. Med detta kunde man dela upp det reflekterade solljuset från Neptunus i dess komponentfärger (våglängder) för att erhålla ett 3D-spektrum. Eftersom ljus i olika våglängder härrör från olika djup i Neptunus atmosfär ges ett spektrum större möjlighet att bestämma den mörka fläckens höjd i atmosfären. Spektrumet bidrog också med information om sammansättningen i de olika skikten i atmosfären och ledtrådar till varför fläcken ser mörk ut.

Observationerna ledde till ett oväntat resultat. Under arbetet upptäcktes en sällsynt ljus molntyp som bildas på stort djup och som inte har observerats tidigare med rymdteleskop, beskriver en av medförfattarna till studien, Michael Wong vid University of California, Berkeley, USA. Denna ovanliga molntyp uppträdde som en ljus fläck bredvid den större mörka fläcken och i samma atmosfärsskikt. Det är en ny tidigare okänd molntyp som är distinkt från de små ljusa “följemoln” av metanis som tidigare har setts på höga nivåer. 

Bild https://www.eso.org/ Med hjälp av ESO:s Very Large Telescope (VLT) har astronomer observerat en stor mörk fläck i Neptunus atmosfär, med en oväntad ljus fläck som följeslagare.

Sambandet mellan Neptunus moln och solfläckarna

 

Sambandet mellan Neptunus moln och solaktivitet är överraskande för forskare eftersom Neptunus endast tar emot solljus med cirka 0,1 % av den intensitet jorden tar emot. Ändå verkar Neptunus globala molniga vädersystem drivas av solaktivitet och inte planetens fyra årstider som var och en varar i cirka 40 år.

För närvarande är molntäckningen på Neptunus extremt låg med undantag för några moln som svävar över planetens sydpol. Ett University of California (UC) Berkeley-lett team av astronomer upptäckte att överflödet av moln som normalt ses vid den isiga jättens mellersta breddgrader började blekna bort 2019.

Jag blev förvånad över hur snabbt molnen försvann på Neptunus, beskriver Imke de Pater, professor emeritus i astronomi vid UC Berkeley och seniorförfattare till studien. Vi såg i huvudsak molnaktiviteten sjunka inom några månader, beskrev hon.

Nu fyra år senare visar de senaste bilderna vi tog i juni att molnen ännu inte har återgått till sina tidigare nivåer, skriver Erandi Chavez, doktorand vid Center for Astrophysics | Harvard-Smithsonian (CfA) i Cambridge, Massachusetts som ledde studien när hon var astronomistudent vid UC Berkeley. Detta är extremt spännande och oväntat eftersom Neptunus tidigare period med låg molnaktivitet inte alls var lika långvarig.

För att övervaka utvecklingen av Neptunus utseende analyserade Chavez och hennes team Keck-observatoriets bilder tagna från 2002 till 2022, Hubble Space Telescopes arkiverade observationer med början från 1994 och data från Lick Observatory i Kalifornien från 2018 till 2019. Under de senaste åren har Keck-observationerna kompletterats med bilder tagna som en del av Twilight Zone-programmet och  Hubbles Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL) –program har också använts.

Bilderna avslöjar ett spännande mönster av säsongsförändringar i Neptunus molntäcke och solcykeln - den period då solens magnetfält vänder vilket sker vart 11: e år då det blir trassligt likt en garnboll. Det är då antalet solfläckar och ökande solflare-aktivitet sker. När cykeln fortskrider bygger solens stormiga beteende till ett maximalt läge tills magnetfältet åter vänder polariteten. Därefter lugnar sig solen igen till ett minimum av solfläckar och solflares och en ny cykel börjar. 

 Forskargruppen fortsätter att spåra Neptuns molnaktivitet. Vi har sett fler moln i de senaste Keck-bilderna som togs under samma tid som NASA: s James Webb Space Telescope observerade planeten; dessa moln sågs särskilt på nordliga breddgrader och på höga höjder, vilket förväntas om man ser ett samband till observerade ökningen av solens UV-flöde under de senaste cirka 2 åren, säger de Pater.

De kombinerade data från Hubble, Webb Space Telescope, Keck Observatory och Lick Observatory kommer att möjliggöra ytterligare undersökningar av fysiken och kemin som leder till Neptunus dynamiska utseende vilket i sin tur kan bidra till att fördjupa astronomernas förståelse inte bara av Neptunus utan också av exoplaneter eftersom många av planeterna utanför vårt solsystem tros ha Neptunusliknande egenskaper. Resultaten från studien  publicerades i tidskriften Icarus.

Man kan ha funderingar på hur mycket solflares och solfläckar har på Jorden som ligger mycket närmre solen än Neptunus då det ger synbara effekter ändå ut till Neptunus (dock är dessa ej förstådda i dag om hur effekterna kan ske).

Bild vikipedia då Voyager 2 för första gången fotograferade molnskuggor på en annan planet här Neptunus. Det var den 25 augusti 1989.

Den hittills bästa bilden av Neptunus ringar .

 

Webb teleskopet har gett oss en ny skarp bild. Den här gången den skarpaste någonsin över Neptunus ringar där man ser några av de som inte har setts sedan NASA: s Voyager 2 som första rymdfarkost observerade Neptunus under dess förbiflygning 1989. Förutom flera ljusa, smala ringar visas på bilden även tydligt Neptunus svagare ringar bestående av dammpartiklar.

"Det har nu gått tre decennier sedan vi senast såg dessa svaga, damm-ringar och det är första gången vi har sett dem i infrarött ljus", säger Heidi Hammel, expert på Neptunussystemet och tvärvetenskaplig forskare vid Webbteleskopet. Webbteleskopet tar extremt stabila och skarpa kvalitetsbilder vilket gör att dessa mycket svaga dammringar kan ses fast de finns så nära Neptunus själv.

Planeten Neptunus upptäcktes första gången 1846  ligger 30 gånger längre bort från solen än jorden. På detta avstånd är solen så liten och svaglysande att middagssolen (mitt på Neptunus dag)  på Neptunus är som en svag skymning på jorden.

Neptunus karakteriseras som en isjätte (likt Uranus inte gasplanet som tidigare) på grund av den kemiska sammansättningen i dess inre. Jämfört med gasjättarna Jupiter och Saturnus har Neptunus fler element tyngre än väte och helium. Detta ses utifrån Neptunus blå utseende i Hubble Space Telescope - bilder vid för det mänskliga ögat synliga våglängder. Det blå skenet kommer ur små mängder metangas.

I Webbteleskopets bilder sågs även sju av Neptunus 14 kända månar. En mycket ljus ljuspunkt ses i många av bilderna. Det kan tas som en stjärna men är i själva verket Neptunus stora måne Triton.

Täckt av en fruset kondenserat kväve reflekterar Triton i genomsnitt 70 procent av solljuset som träffar den. Det överglänser Neptunus i bilderna eftersom planetens atmosfär mörkas av metanabsorption vid dessa nära infraröda våglängder. Triton kretsar kring Neptunus i en ovanlig motsols (retrograd) bana, vilket får astronomer att spekulera om att denna måne ursprungligen var ett objekt Kuiperbältet som genom tid och gravitation fångats in av Neptunus. Ytterligare studier med Webbteleskopet av Triton och Neptunus planeras under det kommande året.

Bild space.com fri översättning "Webbs teleskopets  infraröda kamera (NIRCam) avbildar objekt i det nära infraröda området från 0,6 till 5 mikron, Det är därför Neptunus inte ser blå ut i Webbteleskopets bilder. Faktum är att metangasen absorberar så starkt rött och infrarött ljus att planeten ser ganska mörk ut i dessa nära infraröda våglängder, förutom där moln på hög höjd finns. Sådana metanis-moln är framträdande som ljusa streck och fläckar som reflekterar solljus innan dess sken absorberas av metangas".

Till slut har vi fått positiva nyheter från Hubbletelskopet som visar NASA: s Double Asteroid Redirection Test (DART) nedslag i månen (asteroid)  Dimorphos. Effekten på nedslaget blev större än väntat. Detta ger bra insikter om att vi kan ändra riktning på en eventuell framtida asteroid om denna riskerar träffa Jorden. Samma metod kan då användas för att ändra riktning på denna.

Kina planerar att sända en rymdfarkost till Neptunus

 

Kina planerar att sända en kärnkraftsdriven farkost med namnet Neptun Explorer för att utforska isjätten Neptunus ( isplanet kallas denna gasplanet för att dess kärna består av is och sten.).  Uppdraget har som mål att undersöka dess största måne (Triton) och dess andra satelliter (månar) och ringar.

Uppdraget har varit föremål för en studie utförd av forskare från China National Space Agency (CNSA), Chinese Academy of Sciences (CAS), China Atomic Energy Authority, China Academy of Space Technology med flera universitet och institut. Rapporten som beskriver deras resultat (publicerades i tidskriften SCIENTIA SINICA Technologica) under ledning av Guobin Yu, forskare vid School of Astronautics vid Beihang University och Institutionen för vetenskap och teknik och kvalitet vid CNSA.

I rapporten beskrivs Neptunus som en intressant plats för nya vetenskapliga upptäckter. Förutom sin fascinerande inre struktur (som inkluderar diamantregn) antas Neptunus ha spelat en viktig roll i bildandet av solsystemet. Neptunus innehåller stora mängder gas. Gas som var en del av den protostellära nebulosa från vilken vårt system bildades. Samtidigt indikerar dess position var vårt solsystems planeter bildades för att sedan migrerade till sina nuvarande banor.

Det finns också mysterierna med Neptunus största måne Triton, som astronomer misstänker är en planetoid (dvärgplanet) som ursprungligen kom från det yttre av solsystemet och fångades in av Neptunus gravitation. Ankomsten av denna planetoid tros  ha orsakat en skakning av Neptunus naturliga månar vilket fick dem att brytas upp och samlas åter och bilda dagens månar där med dess nuvarande banor. Det finns även teorier om att Triton så småningom kommer att brytas upp och bilda en gloria runt Neptunus alternativt kollidera med Neptunus. I grund och botten kan studien av Neptunus, dess satelliter och dess omloppsdynamik  ge nya svar på hur solsystemet bildades, utvecklades och hur livet började.

Många spännande projekt är på gång och vi får se hur många som realiseras. Allt kostar stora summor (min anm.).

Bild vikipedia på Neptunus. Neptunus sedd från Voyager 2 den 25 augusti 1989, 03:56:36 UTC på ett minsta avstånd av 4951 km.

NU ska väderleksförhållandena på Neptunus och Uranus undersökas

 

NASA;s James Webb Space Telescope kommer snart att rikta sin uppmärksamhet mot två spännande världar. Planeterna Uranus och Neptunus. Teleskopets skarpa skärpa ut i rymden kommer att vara värdefullt för att få fram detaljer om dessa två världar. Vi ska ha i åtanke att endast en enda rymdfarkost (Voyager 2) svävat över dem vilket skedde en kort stund, för Uranus del den 24 januari 1986, 17:59:47 UTC på ett närmsta avstånd av 81500 km och Neptunus den 25 augusti 1989, 03:56:36 UTC på ett minsta avstånd av 4951 km.

Forskare har länge med teleskop hållit  koll på vädret på dessa världar och Webb kommer nu att vara ett välkommet tillskott till dessa på grund av dess oöverträffade skärpa. Forskare önskar studera sammansättningen och temperaturen i dessas atmosfärer för att få en bättre kunskap av hur cirkulationsmönstert i deras atmosfär ser ut och vad som sker där.

 "Vi tror att dessas väder och klimat kommer att ha en fundamentalt annorlunda karaktär jämfört med gasjättarna", säger Fletcher (studieledaren Leigh Fletcher, är en planetforskare vid University of Leicester i Storbritannien) i pressmeddelandet från Space Telescope Science Institute (STScI) i Baltimore.). (gasjättarna är Jupiter och Saturnus medan ovan har en kärna under sin kraftiga atmosfär av is och sten därav används i dag ofta epitet isjättar om dessa)

 Intresset för dessa isjättar beror enligt Fletcher delvis på att dessa är långt bort från solen är mindre i storlek och roterar långsammare runt sina axlar men även då blandningen av gas och atmosfärens blandning är väldigt annorlunda jämfört med gasjättarna Jupiter och Saturnus. 

Webbs teleskopets undersökningsmöjligheter inom mellanskiktet av det infraröda våglängdsområdet gör det möjligt för astronomerna att skilja på gaser i de två planeternas övre atmosfärer och undersöka hur solljuset eventuellt påverkar detta.

Studierna genomförs utifrån ett garanterat observationsprogram under en bestämd tid (bokat för webbteleskopet) med Webbteleskopet under ledning av Webbs tvärvetenskapliga forskare Heidi Hammel. Hammel vilken också är en av STScI https://www.stsci.edu/  planetforskare och känd för årtionden av teleskopiska och rymdfarkostobservationer av Uranus och Neptunus, inklusive de med Voyager 2.

Bild flickr.com Montage av Hubble Space Teleskop - bilder vilket visar planeterna Uranus (vänster) och Neptunus (höger).

Överraskande temperaturförändringar under Neptunus sommar.

 

Neptunus är den åttonde planeten räknat från solen. Den är en så kallad gasjätte.

Ett internationellt forskarlag har under en längre tid använt markbaserade teleskop bland annat Europeiska sydobservatoriets Very Large Telescope (ESO:s VLT) med syftet att kolla temperaturen under en17-årsperiod i Neptunus atmosfär. Forskarna fann en oväntad minskning av Neptunus globala temperatur följt av en dramatisk uppvärmning av dess sydpol.

En oväntad förändring säger Michael Roman, forskarassistent vid University of Leicester, Storbritannien, och huvudförfattare till den artikel som publicerats nyligen om upptäckten i The Planetary Science Journal. Observationen gjordes under den tidiga sommaren på Neptunus södra halvklot förväntat var att temperaturen långsamt skulle stiga snarare än att som det visade sig sjunka då det var sommar.

Likt jorden har Neptunus årstider under sitt omlopp kring solen. Men Neptunus omloppstid kring solen är 165 jordår och en årstid på Neptunus är cirka 40 jordår. Sedan 2005 har det varit sommar på Neptunus södra halvklot och astronomerna var nyfikna på hur temperaturen i atmosfären skulle förändras efter vårdagjämningen.

Undersökningen bestod av studerade av över 100 bilder av planeten tagna i termiskt infrarött ljus under 17 års tid  med  syftet att få en bättre förståelse av temperaturutvecklingen under tiden. Observationerna visade att huvuddelen av molntäcket kyldes ner under perioden trots att den sydliga sommaren hade börjat. Den globala medeltemperaturen på Neptunus sjönk 8 grader mellan 2003 och 2018.

Överraskande skedde därefter en dramatisk uppvärmning vid sydpolen med en temperaturökning av 11 grader mellan 2018 och 2020. Även om Neptunus varmare polvirvelvind varit känd under många år är så stor uppvärmning av polarområdet inte kända sedan tidigare. 

Kanske variationer finns under skilda år på Neptunus likt vi har det på jorden. Något jag inte vet om forskarna tänkt på men som kan utrönas om man fortsätter se  på temperaturen några Neptunusår framåt (min anm.). Det kan även vara så att det behöver gå en lång tid av sommar innan temperaturen stiger att den sjunker först kan ha med termik process vi inte förstår. Neptunus är mycket olik jorden och dess atmosfärs termik.

“Våra data sträcker sig över enbart en halv Neptunusårstid (sommaren)  därför var det ingen som förväntade sig så snabba och drastiska förändringar” säger Glenn Orton, medförfattare till artikeln och seniorforskare vid Caltechs Jet Propulsion Laboratory (JPL) i USA.

Studierna av Neptunus temperatur skedde med värmekameror som mäter den infraröda strålningen som sänds ut av astronomiska objekt. Den observerade värmestrålningen kommer från en nivå i atmosfären som kallad stratosfären. I analysen sammanställdes alla bilder av planeten som tagits med bilder från jordbaserade teleskop.

Då Neptunus finns 4,5 miljarder kilometer bort från solen är den mycket kall. “Studier av detta slag är bara möjliga med känsliga infraröda kameror på stora teleskop som VLT och sådana teleskop har funnits i ca 20 års tid” säger Leigh Fletcher, professor vid University of Leicester.

Omkring en tredjedel av bilderna är tagna med VISIR-instrumentet (VLT Imager and Spectrometer for mid-InfraRed) på ESO:s VLT från den chilenska Atacamaöknen. Teleskopet tar mycket detaljerade bilder av hög kvalitet tack vare dess stora spegel. Forskarna använde även data från NASA:s Spitzer Space Telescope och bilder från Gemini South-teleskopet i Chile. Utöver det Subaru-. Keck- och Gemini North-teleskopen samtliga befinnande sig på på Hawaii.

Bild vikipedia på Neptunus sedd från Voyager 2 vid dess färd över planeten 27 augusti 1989.

Neptunusliknande gasplaneter ses förlora sin atmosfär (gas)

 

Exoplaneter finns i former och storlekar som inte finns i vårt solsystem. Det inkluderar små gasformiga planeter som kallas mini-Neptunes och steniga planeter flera gånger större än jordens massa som kallas superjordar och allt däremellan.

Nyligen har astronomer identifierat två "mini-Neptunes" vilka just nu förlorar sina  atmosfärer och sannolikt därefter blir till superjordar. Det är troligen strålning från planeternas stjärnor som avdunstar bort deras atmosfärer och driver den heta gasen att förångas likt kokande vatten. En oväntad upptäckt är att atmosfären inte försvinner ut i rymden utan dras in mot deras sol (något kanske gravitationen kan förklaras som på grund av planetens närhet till sin sol som då drar atmosfären in i mot sig (min anm.).

De nya rönen visar hur planeter kan omvandlas från gasplanet till stenplanet något som man trott kunde ske men tidigare inte upptäckt vara på gång därute.  

Mini-Neptunes är mindre och tätare versioner av planeten Neptunus i vårt solsystem, och tros bestå av stora steniga kärnor omgivna av tjocka lager av gas (vilket kan kallas atmosfär).

I de nya studierna använde ett team av astronomer NASA:s rymdteleskop Hubble för att se på den ena som finns kring HD 63433, en stjärna som ligger 73 ljusår bort. Och utöver denna mini-Neptunes användes W.M. Keck-observatoriet på Hawaii för att studera den andra i stjärnsystemet TOI 560 som finns 103 ljusår bort.

Deras resultat visar att atmosfärisk gas läcker ut från den innersta mini-Neptunus i TOI 560, kallad TOI 560.01 (även känd som HD 73583b), och från den yttersta mini-Neptunus i HD 63433, kallad HD 63433c. Detta tyder på att de kan förvandlas till superjordar. Här kan en film från youtube visa hur det kan se ut då en planet av detta slag mister sin atmosfär.

"De flesta astronomer misstänkte att unga, mini-Neptunes måste ha avdunstande atmosfärer", säger doktorand Michael Zhang vid Caltech Kalifoniens tekniska högskola i Pasadena som är en av de som gjort upptäckten och är huvudförfattare till  studierna och tillägger. "Men ingen hade någonsin fångat en i färd med att göra det inte förrän nu."

Kan Jorden en gång ha varit en mini-Neptunus? Nej inget visar att så är fallet då jorden i så fall varit betydligt större än den är i dag. Men hade ex Neptunus bildats på kanske Jordens eller Venus plats hade denna varit en kandidat för en omvandling av detta slag (min anm.).

Bild från https://www.news9live.com/  på An illustration of the mini-Neptune TOI 560.01. (Image credit: WM Keck Observatory/Adam Makarenko).

Enorma hagelkorn bestående av ammoniak/ vatten vräker ner över Uranus och Neptunus

 

Hagelbollar bestående av en blandning av ammoniak och vatten kan vara förklaringen på en atmosfärisk anomali på Neptunus och Uranus som har förbryllat forskare under en längre tid. I en studie som presenterades av Tristan Guillot vid Europlanet Science Congress (EPSC) 2021 visar att hagelbollar kan innehålla ammoniak djupt ner i dessa isjättars atmosfär och där döljs de då från upptäckt under ogenomskinliga moln.

Nyligen har avlägsna observationer vid infraröda och radiovåglängder visat att Uranus och Neptunus saknar ammoniak i sin atmosfär. Något som är en gåta då de två andra jätteplaneterna Saturnus och Jupiter har gott om detta.

Detta är mystiskt eftersom de annars är mycket rika på andra föreningar, såsom metan likt även de andra två gasplaneterna är.  Antingen måste Neptunus o Uranus bildats under speciella förhållanden och av material som innehöll små mängder av ammoniak eller pågår en okänd process här. Guillot som är forskare vid CNRS, Laboratoire Lagrange i Nice, Frankrike använde en ny upptäckt vid Jupiter för som kan vara svaret i sin teori

"Juno-rymdfarkosten har visat att ammoniak finns i överflöd i Jupiter, men i allmänhet mycket djupare ner än väntat - tack vare bildandet av hagelbollar. Jag visar att det vi har lärt oss av Jupiter kan tillämpas för att ge en rimlig lösning på mysteriet vid Uranus och Neptunus, säger Guillot.

 

Juno-observationerna vid Jupiter visade att hagelbollar innehållande ammoniakvatten kan bildas snabbt under stormar på grund av att  ammoniak har förmågan att kondensera vatteniskristaller även vid mycket låga temperaturer så låga som cirka -90 grader Celsius.

Modeller indikerar att dessa hagelbollar i Jupiters atmosfär kan växa till upp till ett kilo eller mer något högre än de största hagelstenarna vi sett på jorden. När dessa hagel störtar nedåt transporterar de ammoniak mycket effektivt till den djupare delen av atmosfären, där det hamnar inlåst under moln för upptäckt med de instrument vi förfogar över i dag.

"Termodynamisk kemi innebär att denna process är effektiv i Uranus och Neptunus atmosfär och att hagelbollarma bildas i stort antal på större djup", säger Guillot. "Ammoniak är alltså förmodligen helt enkelt dolt djupt ner i atmosfärerna på dessa planeter  utom räckhåll för dagens instrument."

För att avgöra exakt hur djupt ner dessa stora hagelkorn finns får man vänta tills instrument finns som kan undersöka isjättarnas atmosfärer på plats.

Troligen är fenomenet här något som har med dessa två planeters mindre storlek i förhållande till Jupiter och Saturnus där ammoniak  finns högre upp i atmosfären (min anm.).

Bild Neptunus bana i rött Bild vikipedia.

Bortom Neptunus finns objekt med mycket svårförklarade banor.

 

Ett sexårigt observerande av rymden bortom Neptunus omloppsbana har resulterat i upptäckten av 461  tidigare okända objekt därute. Dessa objekt inkluderar fyra som är mer än 230 astronomiska enheter (AU) från solen. (En astronomisk enhet är avståndet från jorden till solen, cirka 149,6 miljoner kilometer).

Observationerna kommer från Dark Energy Survey vilket är  ett projekt som startade 2013 med syfte att kartlägga universums galaktiska struktur och den mörka materian. Sex års observation från Blanco-teleskopet i Cerro Tololo i Chile som är involverat i projektet har resulterat i totalt 817 nya bekräftade objekt varav 461 nu beskrivs för första gången i en rapport publicerad på preprintservern arXiv.

Objekten  är alla minst 30 AU bort från oss i en region av solsystemet där mörker råder. Mer än 3 000 trans-neptuniska objekt har nu identifierats i dessa isiga vidder i ytterkanten av solsystemet (objekt bortanför Neptunus).

Kuiperbältet  som regionen kallas har ca 70000 isiga objekt som kretsar mellan cirka 30 AUs och 50 AUs från solen. Av de 461 objekt som för första gången nu beskrivs är några särskilt intressanta. Nio av dessa trans-neptuniska objekt går i banor som svänger ut minst 150 AUs från solen. Fyra av dem  med omloppsbana av 230 AUs.

Det är denna påverkan av dess banor som tyder på en påverkan utanför solsystemets gräns. Vissa forskare tror att det beror på störningar från en ännu inte upptäckt planet, kallad Planet Nio. (Andra tror på en kombination av gravitation hos många små objekt.

 Forskarna fann även fyra nya Neptunus-trojaner. Trojaner är objekt som delar en planets eller månes banor. I det här fallet delar objekten Neptunus omloppsbana runt solen.

För min del anser jag planet nio vara en utopi. Istället är jag anhängare av teorin att mängden objekt därute påverkar varandra gravitationellt . Alternativt har fått sina udda banor genom kollisioner med varandra (min anm.)

Bild från vikipedia på Neptunus sedd från Voyager 2, 1989.

Det finnas vatten mättat med magnesium djupt ner i Uranus och Neptunus.

 

Uranus är den sjunde planeten från solen räknat. Den är en av solsystemets fyra jätteplaneter och i storlek som Neptunus. Uranus är täckt av moln och ser grönblå ut. Färgen beror på att det finns metan i  kristallform i atmosfären vilket absorberar rött ljus. Atmosfären i sig består av ca 82,6 % väte, 15,2 % helium och ca 2 % metan.

Denna atmosfär består av fyra lager. Den yttre  består mest av väte. helium  och något metan. Längre in omvandlas detta till vätska under inverkan av trycket.

En fjärdedel in i planeten ersätts vätskan av ett lager sörjig ”is” bestående av vatten, ammoniak och andra tunga kemiska föreningar som blivit fasta genom trycket här. Islagret upptar större delen av Uranus volym. Det är egentligen fel att kalla Uranus gasjätte då den egentligen är en i isjätte (en sörja av is). 

Neptunus är den åttonde planeten från solen räknat. Denna planet består överst av ett ytligt lager bestående av väte, helium och ammoniak medan det djupare ner under dess molnlager 8000 kilometer från yttersta molnen finns en  mantel bestående av is, ammoniak och metan.

I en ny studie som nyligen publicerades i Nature Astronomy återskapade ett team av forskare temperatur och tryck i det inre av Neptunus och Uranus i labbmiljö för att få en större förståelse för kemin i dessa planeter djup.

Resultatet gav också ledtrådar till trolig sammansättning av gasplaneter utanför vårt solsystem (antaget att de även är issörja). – Genom den här studien försökte vi utöka vår kunskap om isjättarnas djupa inre och avgöra vilka vattenstensinteraktioner vid extrema förhållanden som kan finnas i miljöer likt denna, säger huvudförfattaren till studien Taehyun Kim vid Yonsei University i Sydkorea. "Isjättar och vissa exoplaneter har mycket djupa vattenlager till skillnad från jordplaneter (stenplaneter)." För att efterlikna förhållandena i djuphavslagren på Neptunus och Uranus i labbet utgick teamet från typiska stenbildande mineraler, olivin och ferropericlase  i vatten och komprimerade provet under mycket högt tryck. För att övervaka reaktionen mellan mineralerna och vattnet gjordes röntgenmätningar medan en laser värmde upp provet till hög temperatur.

Den resulterande kemiska reaktionen ledde till höga koncentrationer av magnesium i vattnet. Baserat på dessa fynd drogs slutsatsen att oceaner på vattenrika planeter (issörja inräknat) inte har samma kemiska egenskaper som jordens hav och högt tryck får dessa hav rika på magnesium.

Dessa egenskaper kan också ge oss teorier för att lösa mysteriet om varför Uranus atmosfär är mycket kallare än Neptunus även om de båda är vattenrika planeter. Om det finns mycket mer magnesium i Uranus vatten och is under atmosfären kan detta hindra värme från att avdunsta uppåt i  atmosfären.

Ja lite nytt blev det och jag tror (min anm.) att flera som läser detta får ny kunskap. Kunskap i form av att beteckningen gasplan bör  ändras till isjätteplanet på åtminstone dessa två planeter. Men en väl etablerad beteckning är svår att ändra och förvirrande att använda.

Bild från vikimedia Uranus och Neptunus.

En resa till Uranus och Neptunus planeras nu.

 

De enda närbilder vi har av Uranus och Neptunus kommer från Voyager 2  som for förbi dessa planeter  i slutet av 1980-talet. Sedan dess har vi bland annat skickat sonder till bland annat Jupiter, Saturnus, Pluto (inklusive landning på Saturnus måne Titan) samlat in prover på asteroider och kometer och avfyrat farkoster till Mars. Men inte till Uranus och Neptunus. Nu har en hel generation planetforskare enbart kunnat studera dem med markbaserade teleskop och enstaka glimtar från Rymdteleskopet Hubble. En del av förseningen har varit utom vår kontroll. Till och med Neptunus när den är som närmast oss ligger över 4,3 miljarder kilometer från jorden. Det extrema avståndet till Neptunus och Uranus gör det oerhört svårt att avfyra farkoster dit i rätt tid för att spara bränsle och komma rätt.

En bra möjlighet kommer under 2030-talet då Jupiter finns på rätt plats för att erbjuda en välbehövlig hastighetshöjande gravitationshjälp och minska restiden . Om vi skulle starta ett uppdrag i början av 2030-talet med en tillräckligt kraftfull raket skulle en farkost kunna nå Jupiter om lite mindre än två år med hjälp av Jupiters hastighetsökande effekt på farkosten.

Därifrån (vid Jupiter) kunde då farkosten separeras i två komponenter en på väg mot Uranus (nå den 2042) och en annan till Neptunus (som skulle vara framme ett par år efter Uranusfarkosten). Väl på plats skulle dessa farkoster som då lagt sig i omloppsbana runt var sin planet finnas där ett decennium och sända data till jorden.

Något Cassini-Huygens  gjorde vid Saturnus 2004 innan denna landade på Titan året efter. 

Under den långa kryssningen till dessa destinationer ges även kunskap till en helt annan typ av vetenskap. Den om gravitationsvågor. Under flygningens gång ska forskare och tekniker på marken ständigt kommunicera med rymdfarkosten, uppdatera dess bana och kontrollera dess status. Och omvänt ska farkosten ständigt radiosända tillbaka information till jorden.

Det största tekniska hindret är förmågan att mäta frekvensen av rymdfarkostens radiokommunikation med  hög precision. Enligt den senaste forskningen måste vår förmåga att mäta detta vara minst 100 gånger bättre än den vi kunde uppnå vid Cassini-uppdraget till Saturnus.

Det låter mycket, men det har gått årtionden sedan Cassini designades och vi har förbättrat vår kommunikationsteknik sedan dess. I dag designar fysiker för närvarande   gravitationsvågdetektorer som Laser Interferometer Space Antenna (LISA).  Innan uppdraget eventuellt blir av om ett decennium har säkert kommunikationstekniken förfinats ytterligare.

Paul M. Sutter är astrofysiker vid SUNY university i New York Stony Brook och Flatiron Institute, värd för Ask a Spaceman and Space Radio och författare till How to Die in Space. Han är den som beskrivit det jag i förkortad version försöker redogöra för i detta inlägg (min anm.). Själv hoppas jag få uppleva resultaten från den framtida forskningsresa vid ovanstående planeter om några  decennium. Tid är en faktor i alla projekt som sker däruppe.

Bild från vikmedia Neptunus till vänster Uranus till höger.