¿Por qué Neptuno es de un azul más oscuro que Urano?

Esta es una pregunta intrigante, con una solución sugerida por Irwin et al. (2022; arXiv:2201.04516 ) artículo que inspiró la cobertura de YouTube, NewScientist, ScienceAlert, Phys.org , etc. de los últimos días. Aún así, esperaría unos años para ver si otros tienen ideas alternativas antes de dar por cerrado este caso. Además, el documento debe pasar por una revisión por pares.

Aquí está la mitad superior de la Figura 1 de Irwin et al. papel:

Las curvas del "ojo humano" se comparan con los espectros del Telescopio Espacial Hubble de los dos planetas. Un par de cosas a tener en cuenta: Neptuno es un poco más reflectante donde los conos ópticos azules humanos alcanzan su punto máximo, mientras que Urano es un poco más reflectante donde los conos rojos alcanzan su punto máximo. Entonces, esta es la diferencia de color sobre la que el OP preguntaba y respondía. Estas observaciones de Hubble de Urano y Neptuno ya se publicaron en 2009 y 2011 en base a las observaciones de 2002 y 2003.

¿Qué hay de nuevo en el estudio de Irwin et al. El estudio es un modelo, o descripción teórica, de las capas de neblina y nubes presentes tanto en Urano como en Neptuno. El documento en realidad aboga por una estructura simple de 3 capas de neblina/nubes en Urano (más una capa adicional en Neptuno), en su mayoría similares entre los dos planetas. Documentos anteriores asumieron que todas las capas eran neblinas (como el smog fotoquímico) o hielos (de metano o sulfuro de hidrógeno), pero este nuevo modelo tiene neblinas mezcladas en todas las capas (excepto por esa capa extra de metano y cirro en Neptuno).

La capa "Aerosol-2" es la que se afirma que explica las diferencias de color. En este nuevo modelo, la capa Aerosol-2 es un poco absorbente, especialmente en longitudes de onda UV y azul, que es una suposición bastante estándar para las capas de neblina. Pero se encuentra más profundo en la atmósfera, donde estudios previos habían pedido una capa de condensación de metano y hielo. Otros científicos pueden usar diferentes modelos de neblina/nubes para describir los datos de Urano y Neptuno. Por lo tanto, sería una buena idea esperar y ver si el nuevo Irwin et al. el modelo es desafiado por otros. También sería genial enviar sondas a estos planetas y ver si alguno de estos modelos es correcto.

En el nuevo Irwin et al. En el modelo, los principales factores que afectan el color visible de los dos planetas --- las diferencias entre las líneas rosas y negras de arriba --- son más metano gaseoso en Neptuno (lo que hace que Neptuno sea menos reflectante que Urano en longitudes de onda rojas) y más partículas de neblina en una de las capas de Urano (lo que hace que Urano sea menos reflectante que Neptuno en longitudes de onda azules).

Tl:DR : según un equipo dirigido por el físico planetario Patrick Irwin de la Universidad de Oxford en el Reino Unido, una capa extendida de neblina diluye el tono de Urano, lo que resulta en un color más pálido en comparación con Neptuno.

Respuesta larga

Urano y Neptuno tienen una composición estructural y atmosférica muy similar (un pequeño núcleo rocoso está rodeado por un manto de hielo de agua, amoníaco y metano y una atmósfera gaseosa que consiste principalmente en hidrógeno, helio y metano y una nube en la parte superior de la atmósfera. El la atmósfera no es homogénea sino estratificada). Irwin y sus colegas analizaron las observaciones visibles y del infrarrojo cercano de los dos planetas para generar nuevos modelos de las capas atmosféricas que explicaron muy bien las tormentas y las manchas oscuras de los planetas.

En sus modelos, ambos planetas tienen una capa de neblina fotoquímica. Esto ocurre cuando la radiación ultravioleta del Sol descompone las partículas de aerosol en la atmósfera, produciendo partículas de neblina. Llamaron a esta capa "capa de aerosol-2", y en ambos planetas parece ser una fuente de semillas de nubes que se condensan en hielo de metano en el límite inferior y nieva más profundamente en la atmósfera, pero en Urano, esta capa parece ser el doble. tan opaco como lo es en Neptuno y es por eso que los dos planetas se ven diferentes. Según el artículo ² :

Dado que estas partículas absorben los rayos UV, esto explica la menor reflectividad UV observada en Urano y también explica por qué Urano parece tener un color azul más pálido para el ojo humano que Neptuno, ya que se encuentra que estas partículas tienen un espectro de reflectividad visible más o menos blanco. .

La menor opacidad de la capa Aerosol-2 de Neptuno también explica por qué las manchas oscuras... son más fáciles de observar en la atmósfera de Neptuno que en la de Urano.

Debajo del Aerosol-2, hay otra capa llamada "capa de Aerosol-1", que es una capa de neblina más profunda, donde el metano se vuelve a evaporar y vuelve a depositar las partículas de neblina. Estas partículas de neblina luego se condensan en cristales submicrónicos de sulfuro de hidrógeno. El Aerosol-1 se concentra en ciertos lugares que se consideran los puntos oscuros de Neptuno.

La concentración de metano también juega un papel aquí. En Urano, hay un 2 % de metano, mientras que en Neptuno hay un 1,5 % de metano en la atmósfera y, por lo tanto, más metano absorbe la luz infrarroja y refleja la luz azul.

Referencias

1. https://www.sciencealert.com/podríamos-finalmente-saber-por qué-urano-y-neptuno-son-diferentes-colores/amp
2. Mundos azules brumosos: un modelo de aerosol holístico para Urano y Neptuno, incluidas las manchas oscuras por Patrick GJ Irwin et.al (arXiv: 2201.04516 )
3. ¿Por qué el tono azul de Neptuno es diferente al de Urano?

Según https://phys.org/news/2022-02-explanation-difference-blue-hues-uranus.html es porque Urano tiene una atmósfera más espesa que Neptuno.