Hvad har Uranuss skytoppe til fælles med rådne æg?

Svovlbrinte, gassen, der giver rådne æg deres karakteristiske lugt, gennemtrænger den øvre atmosfære på planeten Uranus - som det længe har været diskuteret, men aldrig endeligt bevist. Baseret på følsomme spektroskopiske observationer med Gemini North-teleskopet, astronomer afslørede den skadelige gas, der hvirvlede højt i den gigantiske planets skytoppe. Dette resultat løser en stædig, langvarigt mysterium om en af ​​vores naboer i rummet.

Selv efter årtiers observationer, og et besøg af rumfartøjet Voyager 2, Uranus holdt fast ved en kritisk hemmelighed, sammensætningen af ​​dens skyer. Nu, en af ​​nøglekomponenterne i planetens skyer er endelig blevet verificeret.

Patrick Irwin fra University of Oxford, Britiske og globale samarbejdspartnere dissekerede spektroskopisk det infrarøde lys fra Uranus fanget af det 8 meter lange Gemini North-teleskop på Hawaiis Maunakea. De fandt hydrogensulfid, den lugtende gas, som de fleste mennesker undgår, i Uranus 'skytoppe. De længe søgte beviser er offentliggjort i 23. april-udgaven af ​​tidsskriftet Natur Astronomi .

Gemini data, opnået med Near-Infrared Integral Field Spectrometer (NIFS), samplet reflekteret sollys fra et område umiddelbart over det primære synlige skylag i Uranus atmosfære. "Mens de linjer, vi forsøgte at opdage, var der bare knap, vi var i stand til at opdage dem utvetydigt takket være følsomheden af ​​NIFS på Gemini, kombineret med de udsøgte forhold på Maunakea, " sagde Irwin. "Selvom vi vidste, at disse linjer ville være på kanten af ​​opdagelse, Jeg besluttede mig for at gå efter dem i de Gemini-data, vi havde fået."

"Dette værk er en slående innovativ brug af et instrument, der oprindeligt er designet til at studere de eksplosive miljøer omkring enorme sorte huller i centrene af fjerne galakser, " sagde Chris Davis fra USA's National Science Foundation, en førende finansierer af Gemini-teleskopet. "At bruge NIFS til at løse et mangeårigt mysterium i vores eget solsystem er en stærk forlængelse af dets brug." tilføjer Davis.

Astronomer har længe diskuteret sammensætningen af ​​Uranus skyer, og hvorvidt svovlbrinte eller ammoniak dominerer skydækket, men manglede endelige beviser på begge måder. "Nu, takket være forbedrede hydrogensulfid-absorptionslinjedata og de vidunderlige Gemini-spektre, vi har fingeraftrykket, der fangede den skyldige, "siger Irwin. De spektroskopiske absorptionslinjer (hvor gassen absorberer noget af det infrarøde lys fra reflekteret sollys) er særligt svage og udfordrende at opdage ifølge Irwin.

Påvisningen af ​​svovlbrinte højt i Uranus' skydæk (og formentlig Neptuns) står i skarp kontrast til de indre gasgigantplaneter, Jupiter og Saturn, hvor der ikke ses hydrogensulfid over skyerne, men i stedet observeres ammoniak. Størstedelen af ​​Jupiter og Saturns øvre skyer består af ammoniak-is, men det lader til, at dette ikke er tilfældet for Uranus. Disse forskelle i atmosfærisk sammensætning kaster lys over spørgsmål om planeternes dannelse og historie.

Leigh Fletcher, medlem af forskerholdet fra University of Leicester i Storbritannien, tilføjer, at forskellene mellem gasgiganternes skydæk (Jupiter og Saturn), og isgiganterne (Uranus og Neptun), blev sandsynligvis indprentet helt tilbage under fødslen af ​​disse verdener. "Under vores solsystems dannelse blev balancen mellem nitrogen og svovl (og dermed ammoniak og Uranus 'nyligt opdagede hydrogensulfid) bestemt af temperaturen og placeringen af ​​planetens dannelse."

En anden faktor i den tidlige dannelse af Uranus er det stærke bevis på, at vores solsystems gigantiske planeter sandsynligvis migrerede fra det sted, hvor de oprindeligt blev dannet. Derfor, bekræftelse af denne sammensætningsinformation er uvurderlig for at forstå Uranus 'fødested, evolution og raffinering af modeller for planetariske migrationer.

Ifølge Fletcher, når et skydæk dannes ved kondens, det låser den skydannende gas væk i et dybt indre reservoir, gemt væk under de niveauer, som vi normalt kan se med vores teleskoper. "Kun en lille smule er tilbage over skyerne som en mættet damp, " sagde Fletcher. "Og det er derfor, det er så udfordrende at fange signaturerne af ammoniak og hydrogensulfid over skydæk af Uranus. Geminis overlegne evner gav os endelig den heldige pause, " slutter Fletcher.

Glenn Orton, af NASA's Jet Propulsion Laboratory, og et andet medlem af forskerholdet bemærker, "Vi har stærk mistanke om, at svovlbrintegas påvirkede Uranus' millimeter og radiospektrum i nogen tid, men vi var ikke i stand til at tilskrive den nødvendige absorption for at identificere det positivt. Nu, den del af puslespillet falder også på plads."

Mens resultaterne sætter en nedre grænse for mængden af ​​svovlbrinte omkring Uranus, det er interessant at spekulere i, hvad virkningerne ville have på mennesker, selv ved disse koncentrationer. "Hvis et uheldigt menneske nogensinde skulle komme ned gennem Uranus' skyer, de ville blive mødt med meget ubehagelige og lugtende forhold." Men den grimme stank ville ikke være den værste af det ifølge Irwin. "Kvælning og eksponering i den negative 200 grader Celsius atmosfære, der hovedsagelig består af brint, helium, og metan ville tage sit præg længe før lugten, " slutter Irwin.

De nye resultater indikerer, at selvom atmosfæren kan være ubehagelig for mennesker, denne fjerntliggende verden er grobund for at undersøge vores solsystems tidlige historie og måske forstå de fysiske forhold på andre store, iskolde verdener, der kredser om stjernerne ud over vores sol.