Ledeni plinoviti planeti Uran i Neptun

Upoznajmo se s ova dva planeta koji čuvaju tajne koje tek treba otkriti i još jednom se zadivimo čudesima svemira.

Umjetnička vizija nekih od planeta. Ljubaznošću: Dan Bruton
Članak
0Komentari
Broj otvaranja3532

Na rubu našeg Sunčeva sustava nalaze se dva plinovita diva - Uran i Neptun. Odlikuju ih iznimno niske temperature, jednolične no vrlo vjetrovite atmosfere, mnogi zagonetni prirodni sateliti i jedva primjetni sustavi prstenova. Ogromne udaljenosti sprječavaju značajnija amaterska promatranja, no ipak se prikazuju u obličju sićušnih plavih diskova, i čuvaju tajne koje tek treba otkriti! Uostalom, upoznajmo se s ova dva planeta i još jednom zadivimo čudesima svemira…

Uran

Uran je po veličini treći planet Sunčeva sustava (odmah iza Jupitera i Saturna), i sedmi u odnosu na udaljenost od matične zvijezde. Otkriven je davne 1781. godine od strane poznatog engleskog astronoma Williama Herschela, te je nazvan prema grčkom bogu Ouranosu, bogu neba.


Uran - snimio Hubbleov svemirski teleskop, 2011. godine. © Ljubaznošću: NASA
Uran oko Sunca juri brzinom od gotovo 24 500 km/h na prosječnoj udaljenosti od 2,87 milijarde kilometara (ili 19,19 astronomskih jedinica), a za jedan obilazak oko Sunca mu je potrebno oko 84 zemaljske godine. Jedna od najvećih zagonetki vezanih uz Uran je zasigurno njegov nagib rotacije oko vlastite osi u odnosu na nagib ekliptike, a on iznosi 97,8º, tako da se čini kao da se kotrlja po svome ekvatoru.

Usporedba Zemlje i Urana © Ljubaznošću: NASA
Uran se nije tako kretao od samoga početka; pretpostavlja se da je to rezultat sudara sa tijelom veličine Zemlje još dok je Uran bio mlad planet. Svaki pol usmjeren je prema Suncu 21 godinu, nakon čega dolazi do izmjene. Tako je određeni period jedan pol neprekidno osvijetljen, dok je drugi u potpunom mraku. Sljedeći položaj izravne usmjerenosti nekog pola prema Suncu dogodit će se 2030. godine, a tada će biti osvijetljen Uranov sjeverni pol. Spomenimo i da jedna izmjena dana i noći traje 17 sati i 14 minuta, što se odvija, kao i u slučaju Venere, na retrogradan način, odnosno od istoka prema zapadu.

Uran ima volumen čak 63 puta veći od Zemljina, no zbog male prosječne gustoće od 1,270 g/cm3 , masa mu je samo 14,5 puta veća. Pretpostavlja se da ne postoji čvrsta površina, već ispod duboke atmosfere nalazimo ledeni sloj vode, metana i amonijaka, a u samome središtu je malena jezgra sastavljena od stijena i leda. Sama atmosfera sastoji se uglavnom od vodika (82,5%), te nešto helija (15,2%) i metana (2,3%). Plava boja atmosfere je rezultat metanova upijanja crvenog dijela spektra Sunčeve svjetlosti, i to pri temperaturi od -218ºC, što je i najhladnija atmosfera Sunčeva sustava.

Djelovanje ultraljubičastih zraka na metan stvara čestice sumaglice, tako da dobivamo privid vrlo smirene i jednolične atmosfere. No, tu se skrivaju slabo vidljive pruge (slične onima na Jupiteru i Saturnu), kao i razne oblačne strukture sastavljene od amonijaka i vode. Uranovi oblaci uglavnom su smješteni u pojasu do 50 km visine od uvjetno rečeno "površine", a znaju biti nošeni vjetrovima i do brzine od 900 km/h.

Snimljeno 2004. godine teleskopom Keck, bez i uz korištenje sustava adaptivne optike (AO). Gornje fotografije -
Uran i Miranda snimljeni u skoro infracrvenom spektru (2,2 mikrona), donje fotke u skoro infracrvenom spektru
(1,6 mikrona). © Ljubaznošću: Heidi Hammel, Space science institute, Boulder, CO / Imke de Pater,
University of California, Berkeley / W. M. Keck observatory
Uran posjeduje magnetsko polje koje je otprilike 50 puta jače od onog Zemljinog. Ovdje također nailazimo na obrambeni luk koji odbija čestice dopremljene pomoću Sunčeva vjetra, te magnetski rep koji se proteže daleko niz strujanje čestica. No, Uran zajedno s Neptunom ima nešto što ruši sve pretpostavke temeljene na sličnim slučajevima Zemlje, Jupitera i Saturna. Naime, stručnjaci američkog sveučilišta Harvard su otkrili da su kod Urana i Neptuna magnetski polovi smješteni u ekvatorijalnim područjima, što bi mogla biti posljedica stabilnih i tromih planetarnih jezgri koje ometaju konvekciju magnetskih silnica.

U usporedbi sa Zemljinom jezgrom čija je najdublja trećina u čvrstom stanju, ova dva planetarna uljeza vjerojatno skrivaju jezgre koje su stabilne tekućine duž većine njihovih polumjera, okružene tankim slojem konvektivne tekućine. Tako bi ta stabilna masa mogla ometati konvekciju u jezgrama ovih planeta, to jest tekućine u jezgri se ne mogu tako slobodno kretati.

Kad su 1977. godine skupine znanstvenika australske zvjezdarnice u Perthu i Kuiper Airborne Observatory-ja (KAO), NASA-ine zvjezdarnice smještene u posebno prilagođenom zrakoplovu, promatrala prolaz Urana ispred zvijezde SAO 158687, neočekivano su uočili da je zvijezda nekoliko puta kratko zatreperila. Kasnije se ustanovilo da su treptaje uzrokovali Uranovi prstenovi, kojih je do današnjega dana otkriveno čak 13 (1986U2R (Zeta), 6, 5, 4, Alfa, Beta, Eta, Gama, Delta, Lambda, Epsilon, Nu i Mu). Većina prstenova je eliptičnog oblika i debela nekoliko kilometara, a najširi su prstenovi Mu (17 000 km), Zeta (8 500 km) i Nu (3 800 km).

Ortografska slika satelita Miranda, snimio Voyager 2, 24.1.1986. © Ljubaznošću: NASA / JPL
Prstenovi odbijaju svega 3% primljene svjetlosti (albedo = 0,03), što ukazuje na to da su sastavljeni od vrlo tamnog materijala, te ih je stoga vrlo teško uočiti. Prsten Epsilon jedini se pokazuje u nijansi sive boje, pa je i nešto uočljiviji od ostalih. Pretpostavlja se da sustav prstenova nije nastao kad i sam planet, već prevelikim približavanjem jednoga od prirodnih satelita, koji se raspao uslijed djelovanja velikih plimnih sila.

Za razliku od ostalih prirodnih satelita, koji su imenovani prema likovima iz grčke mitologije, Uranovi mjeseci su dobili imena uglavnom po likovima iz djela slavnoga književnika Williama Shakespearea, uz nekoliko imena iz djela pjesnika Alexandrea Popea. Dosada je otkriveno 27 Uranovih pratitelja; 5 najvećih (Oberon, Titania, Ariel, Umbriel, Miranda) je otkriveno korištenjem teleskopa sa Zemlje, dok su oni manji uočeni preletom letjelice Voyager 2 1986. godine (njih 10), ili korištenjem suvremenijih promatračkih metoda.

Titania, najveći Uranov satelit, snimio Voyager 2, 24.1.1986. © Ljubaznošću: NASA
Gotovi svi mjeseci se sastoje od mješavine stijena i leda, tamnih površina prošaranih brojnim procjepima, tokovima vulkanskog vodenog leda i udarnim kraterima. Najveći mjesec je Titania, promjera 1578 km, s uočljivim površinskim sustavom tektonskih rovova i kanjona dužine 1600 km nazvan Messina Chasmata, te mnogim udarnim kraterima, od kojih su mnogi okruženi izbačenim materijalom svjetlijim od okolne površine.

Na udaljenosti od 435 910 km, pokazuje uvijek istu stranu svome matičnom planetu, i za jednu rotaciju joj je potreban 8,71 dan. Nešto manji mjesec je Oberon (promjera 1523 km), sa ledenom površinom prožetom najvećim brojem udarnih kratera od svih Uranovih prirodnih satelita.

Najveći krater (Hamlet), promjera je 296 km i djelomično je prekriven tamnim materijalom, uz svjetliji središnji vrh. Mjesec Miranda je po površinskom izgledu zacijelo jedan od najčudnijih u Sunčevom sustavu. Prilikom preleta Voyagera 2 na samo 32 000 km od Mirande, fotografije su pokazale različite strukture spojene na prilično neuobičajen način.

 Jedno od objašnjenja jest da je (prije svega pola milijarde godina?) Miranda doživjela katastrofičan udar, koji je razbio mjesec u komade, naknadno spojeni na način kakav vidimo danas. Druga teorija govori o zaustavljanju mjesečeve evolucije prije njena dovršetka. Odmah nakon oblikovanja, gust stjenovit materijal je počeo propadati prema unutrašnjosti, dok je onaj lakši podignut prema površini. No, taj je proces zaustavljen zbog gubitka potrebne unutrašnje topline. Tako površina pokazuje različite vrste terena iz različitih vremenskih razdoblja.

Neptun

Neptun je 2006. godine postao posljednji planet Sunčevog sustava, otkako je od strane Međunarodne astronomske unije (IAU) Pluton definiran kao patuljasti planet, te mu je sadašnja službena oznaka 134340 Pluton. Neptun je udaljen od Sunca približno 4,5 milijardi kilometara (ili 30,07 AU), i jedan obilazak traje oko 164,3 godine. Njegov je volumen oko 58 puta veći od Zemljinog, no kao i kod Urana, gustoća mu je znatno manja, tako da jednostavnom matematikom možemo izračunati da je po masi "samo" 17 puta teži od Zemlje.

Neptun, snimio Voyager 2, 20.8.1989., s udaljenosti od cca 7 milijuna km. © Ljubaznošću: NASA
Za jednu rotaciju oko vlastite osi potrebno mu je 16,11 sati, dakle nešto manje nego Uranu. Os rotacije u odnosu na ekliptiku nagnuta je 28,3º, što znači da postoji izmjena godišnjih doba. Svemirski teleskop Hubble te još neka mjerenja su pokazali da od 1980. godine je došlo do povećanja sjaja južne hemisfere, kao i broja, količine i sjaja oblačnih pojaseva, što možemo tumačiti kao posljedicu promjene godišnjih doba na Neptunu.

Do sada za većinu podataka o Neptunu možemo zahvaliti letjelici Voyager 2, jedinoj koja je dosegla ovaj daleki svijet. Stigavši do Neptuna u kolovozu 1989. godine, Voyager 2 je poslao brojne fotografije i mjerne podatke o atmosferi, magnetosferi, prstenovima i prirodnim satelitima ovoga plinovitog diva.

Oblaci na Neptunu, širine 50 do 200 km. Visina oblaka oko 50km. © Ljubaznošću: Voyager 2, NASA, JPL
Slično kao i Uran, Neptun nema čvrstu površinu, već omanju jezgru sastavljenu od silikatnih stijena okruženu debelim slojem ledene mješavine vode, amonijaka i metana. Granice između slojeva nisu točno određene. Obzirom na prilično brzu rotaciju oko svoje osi, polarni promjer Neptuna je 848 km manji od ekvatorijalnog, što mu daje ponešto jajasti oblik.

Obzirom na veliku udaljenost od Sunca, Neptun ima iznenađujuće dinamičnu atmosferu, sa divovskim olujama i ekstremnim vjetrovima. Toplina koja dopire sa Sunca nije dovoljno snažna za ovakve pojave, stoga se atmosfera vjerojatno zagrijava odozdo od strane unutrašnjeg izvora topline. Ponekad primjetne bijele pruge koje okružuju planet oblačni su slojevi stvoreni kondenzacijom zagrijane atmosfere.

Vjetrovi su najsnažniji u Sunčevom sustavu, a najveće brzine doseže "zapadnjak" u ekvatorijalnom dijelu atmosfere (i do 2400 km/h). Atmosferu uglavnom sačinjavaju vodik (79%) i helij (18%), te nešto metana, amonijaka, i drugih plinova u tragovima. Premda ga nema u velikim količinama, metan je zaslužan za predivnu modru boju atmosfere, jer upija crvenu, a raspršuje plavu boju.

Poput ostalih plinovitih divova, i Neptun je okružen sustavom prstenova. Sumnja je rodila već sredinom 1980-ih godina, a potvrda je ubrzo došla s podacima koje je 1989. godine poslao Voyager 2. Taj sustav čine prstenovi Galle, Le Verrier, Lassell, Arago i Adams. Prstenovi su uglavnom sačinjeni od čestica prašine (slično Jupiterovim prstenovima), crvenkaste su boje uz sićušni albedo koji iznosi do 0.05. Prsten najbliži matičnom planetu je Galle (na udaljenosti od 41 900 km), dok je najudaljeniji Adams (62 900 km), a njihove širine se nalaze u rasponu od 4000 km do svega 15 km, kolika je širina prstena Adams.

Neptunovi prsteni, snimio Voyager 2. © Ljubaznošću: NASA
Slično Uranovim prstenovima, i Neptunovi su prilično mladi, i vjerojatno su nastali raspadom jednog od unutrašnjih mjeseca. Prsten Adams sadrži i 5 istaknutih lukova; te strukture su bile i prvi otkriveni dijelovi Neptunovih prstenova. To su prilično stabilne nakupine koji su očuvani zahvaljujući međudjelovanjem s obližnjim mjesecom Galateom. Lukovi su nazvani Fraternité, Égalité 1, Égalité 2, Liberté i Courage - dakle, uglavnom prema prvobitnom sloganu iz Francuske revolucije ("Sloboda, jednakost, bratstvo"). Najsvjetliji i najduži luk je Fraternité, a najmanje primjetljiv Courage.

Oko Neptuna kruži 14 do sada otkrivenih prirodnih satelita. Daleko najveći je Triton, kojeg je otkrio engleski astronom amater William Lassell 1849. godine, samo 17 dana nakon objavljivanja otkrića Neptuna, i to uz pomoć piva! Naime, Lassell se bavio proizvodnjom piva, čime je uspio smognuti financijska sredstva za nabavu svojih teleskopa. Zanimljivo je i da se Lassellu tjedan dana prije otkrića Tritona učinilo da je ugledao prsten oko planeta, no ispostavilo se da to bila iskrivljenost koju je prouzročio njegov teleskop, reflektor promjera 61 cm. Triton ima promjer od 2707 km i oko matičnog planeta okruži u sinkroniziranoj putanji svakih 5,88 dana.

Triton i Neptun, snimio Voyager 2. s udaljenosti od 4,86 milijuna km od Neptuna. © Ljubaznošću: NASA
Za ovakav relativno velik mjesec, čudno je da se giba retrogradno, odnosno suprotno od smjera Neptunove rotacije, što upućuje da je Triton stvoren unutar Kuiperovog pojasa, te je kasnije zarobljen od strane Neptunove gravitacije. S gustoćom većom od gotovo svih mjeseca vanjskih planeta (2,050 g/cm3), Triton ispod kore zamrznutog dušika vjerojatno skriva plašt leda i jezgru od mješavine stijena i metala.

Temperatura površine ovog ledenog svijeta je oko -235ºC, a tanka atmosfera od dušika i ponešto metana vuče porijeklo iz vulkanske aktivnosti potaknute sezonskim zagrijavanjem sa Sunca. Tijekom svog preleta, Voyager 2 je snimio i nekoliko aktivnih gejzira, te tako svrstao Triton u malenu skupinu geološko aktivnih mjeseca Sunčeva sustava.

Protej, drugi najveći mjesec, nakon Tritona, otkrio i snimio Voyager 2. 1989. godine. © Ljubaznošću: NASA
Ostali prirodni sateliti Neptuna su skromnijih dimenzija, grupirani su u pravilne i nepravilne, ovisno o načinu gibanja i obliku putanja. Možemo istaknuti mjesec Nereid, kojeg je otkrio poznati astronom Gerard Kuiper, a poznat je po čudnoj ekscentričnosti svoje putanje, tako da za jednu rotaciju oko Neptuna mu je potrebno skoro jedna zemaljska godina, a udaljenosti od planeta variraju između 1,37 i 9,65 milijuna km.

Opažanje Urana

Obzirom na vrlo veliku udaljenost od Zemlje, ali i Sunca, Uran nije tako značajan objekt u opažačkoj astronomiji. U usporedbi sa nešto bližim planetima poput Jupitera i Saturna, te promjerom od svega 3,8 kutne sekunde (3,96 u perihelu) i nedostatkom detalja, Uran ne obećava spektakularna promatranja. Stoga se ozbiljnija promatranja uglavnom svode na svemirske teleskope (poput teleskopa Hubble), ili one najveće na svijetu (ESA-in teleskop u Čileu, Keck teleskopi na Havajima i sl.).

Pošto Uranu treba oko 84 godine za jedan krug oko matične zvijezde, prividno se nalazi u pojedinom zviježđu otprilike 7 godina; trenutno je to zviježđe Ribe, a od 2017. godine Uran će prividno preseliti u zviježđe Ovna. Opozicija 2014. godine se dogodila 7. listopada, tako da je jesensko nebo pružlo dobru priliku za promatranje. Od 22. srpnja do 22. prosinca 2014. godine Uran se prividno kretao retrogradno, odnosno obrnuto od uobičajenog smjera istok-zapad.

Opozicija se događa oko 4 dana kasnije svake godine, i tada doseže svoju najveću magnitudu od 5,6, što bi uz odlične atmosferske uvjete i mračno mjesto promatranja moglo biti dovoljno da uočimo Uran bez ikakvih optičkih pomagala. Na taj način izgledat će poput sitne zvjezdice, dok uz dalekozor poprima oblik sićušnog zelenkasto-plavog diska. Pronalaženje Urana možemo olakšati korištenjem nekih od zvjezdanih karata, programa poput Stellariuma i Cartes du Ciel, ili na mnogim internetskim stranicama koje se bave astronomijom.

Radi lakšeg snalaženja, evo i kratkog pregleda o mogućnostima promatranja prema vrsti i veličini teleskopa. Refraktorom promjera 6-7 cm Uran će izgledati kao manja plavkasta točka; refraktor promjera 8-9 cm ili reflektor promjera 10-11 cm prikazuju Uran kao manji disk, čime ćete već biti sigurni da je to planet, a ne zvijezda; prvi fini detalji mogu se očekivati tek za teleskope promjera manjeg od 40 cm.

Uz sam Uran, mogu se uočiti i neki od njegovih većih prirodnih satelita. Dva najsjajnija mjeseca, Oberon i Titania, s magnitudama 14,2 i 14,0, u dosegu su većine amaterskih teleskopa. Druga dva mjeseca po sjaju su Ariel i Umbriel (magnituda 14,4 i 15,1) teže su uočljivi, ne samo zbog nešto manjega sjaja, već i zato jer su njihove putanje bliže Uranu od Oberona i Titanije. Miranda je mjesec magnitude 16,6 i zahtijeva poprilično veliku moć razlučivanja i kvalitetan optički instrument. Ostali prirodni sateliti su pretamni i nedovoljno veliki za amatersko promatranje. Kako bi ih mogli razlikovati, dobro je pronaći njihov razmještaj u Stellariumu ili nekoj od internetskih stranica.

Ovisno o teleskopu i montaži koju koristimo, postoje različite kombinacije povećanja koja se preporučuju za promatranje Urana. Tako za reflektor promjera 20 cm povećanja od 200-250x dat će prikaz malog plavkastog diska, a veća povećanja od 400-500x nude nešto veće dimenzije slike, no bez ikakvi detalja. Ako se koristi preveliko povećanje, vidjet će se jedino nejasna mrlja, tako da maksimalno povećanje nije i najbolja opcija, već ovisno o teleskopu i uvjetima za promatranje, najbolje je koristiti što veće povećanje dok god je slika čista i jasna.

Filtri koji se koriste pri promatranju Urana temelje se uglavnom na naglašavanje njegove zeleno-plave atmosfere, jer planet ne pruža neke značajne detalje kao što to imamo kod primjerice Jupitera ili Marsa. Tako da se najčešće koriste žuti (12, 15), magenta (30, 32) i zeleni (57) filtri. Imajmo na umu i da Uran, kao i Neptun, su mnogo tamniji od ostalih planeta, te dolazi do pojave nekih vizualnih efekata u ljudskome oku.

Purkinjeov efekt i Bezold-Bruckeov fenomen uzrokuju da se pri ozbiljnijim promatranjima objekti čine plavijima, dok je tritanomalija pojava kad ljubičasta i žuto-zelena boja se čine sivijima, a ostale boje izgledaju crveno-narančastima i plavo-zelenima. Ova tri efekta se pojavljuje uglavnom pri promatranjima s teleskopima promjera 30-60 cm pa se Uran i Neptun prikazuju ne toliko u svojim uobičajenim zeleno-plavim nijansama, nego više u svijetlo plavim bojama.

Opažanje Neptuna

Neptun je prvi ugledao kroz teleskop nitko drugi nego Galileo Galilei 28. prosinca 1612., no na svojoj karti ga je obilježio tek kao jednu od zvijezda i nikad nije nastavio s daljnjim istraživanjima. Tek sredinom 19. stoljeća Nijemac Johann Galle je ugledao Neptun kroz svoj refraktor i zaključio da se radi o novome planetu.

Kako dakle možemo opažati ovaj plavi svijet udaljen 4 svjetlosna sata od Zemlje? Ovdje je situacija još manje atraktivna nego kod Urana, jer je Neptun mnogo dalje, a i dimenzijama je nešto manji, što na kraju daje sjaj magnitude 7,8. Srednji kutni promjer Neptuna pri opoziciji je oko 2,5 kutne sekunde, te ga je nemoguće ugledati golim okom, no već su dalekozor ili manji teleskop dovoljni da ga zapazimo kao plavičastu točku.

Kao i kod svakog vanjskog planeta, najbolje razdoblje za promatranje Neptuna je tijekom opozicije. 2014. godine to se dogodilo 29. kolovoza, a mogli smo ga ugledati u zviježđu Vodenjaka. Budimo svjesni da će za pronalazak Neptuna biti od velike pomoći neki od astronomskih programa ili internetskih adresa koji nude podatke o točnim položajima planeta.

Za opažanje Neptuna vrijede slična pravila kao i za Uran. Ovisno o moći optičkog instrumenta i atmosferskih uvjeta, koriste se što veća povećanja koja daju i dalje jasnu i oštru sliku; dakle oko 200-250x za teleskope srednjih promjera (20 cm), a još veća povećanja za teleskope promjera 30 i više cm. Obličje diska može se vidjeti već sa refraktorima ispod 10 cm promjera ili katadioptičkim teleskopima promjera 9-13 cm. Slično kao i kod Urana, za promatranje Neptuna se uglavnom koriste žuti (12,15), magenta (30, 32) i zeleni (57) filtri, radi naglašavanja zeleno-plave boje njegove atmosfere.

Sjajeći magnitudom 13,5, Triton je jedini Neptunov mjesec podoban za izravno promatranje teleskopom. Teleskop promjera 20 cm je dovoljno velik da ga se ugleda, no teoretski je čak i teleskop promjera 7,5 cm dovoljan, ukoliko se koristi maska koja će blokirati blještavi sjaj Neptuna, te ako su opažački uvjetni vrlo povoljni. Pri svojoj najvećoj elongaciji od Neptuna, Triton se nalazi oko 16 kutnih sekundi od matičnog planeta.

Neki astronomi uspijevaju snimiti Neptun i pripadajuće mjesece, no iskustvo velikih povećanja ne donosi puno više od posjeta tom dalekom svijetu, ili pokušaj bilježenja mjeseca Tritona. Oni koji se više bave skiciranjem bit će uskraćeni za detalje, stoga se više posvećuju crtanjem okolnog zvjezdanog neba, nego bezizražajnog Neptunovog diska.

Bez komentara
Želiš komentirati? Klikni!