برای سال‌ها، اخترشناسان اورانوس را سیاره‌ای آرام با رنگ آبی-سبز تصور می‌کردند. اما یافته‌های جدید بر پایه‌ی دو دهه رصد با تلسکوپ فضایی هابل ناسا، تصویری متفاوت و بسیار پویاتر از این غول یخی نشان می‌دهد.
اورانوس، سیاره‌ای پر از شگفتی
مشاهدات تازه نشان می‌دهند که اورانوس دارای الگوهای متغیر مه، توزیع نامتقارن متان، و تغییرات فصلی عظیمی است که در بازه‌هایی چند ده‌ساله رخ می‌دهند.
این تغییرات نه تنها درک ما از این سیاره عجیب را متحول می‌کند، بلکه برای تحلیل داده‌های سیارات مشابه در منظومه‌های ستاره‌ای دوردست نیز اهمیت فراوان دارد.
کشف پیچیدگی در اورانوس با کمک هابل
در سال ۱۹۸۶، هنگامی که فضاپیمای وویجر ۲ از کنار اورانوس عبور کرد، تصویری از یک توپ بیلیارد صاف با رنگ فیروزه‌ای را ثبت کرد. این تصویر تا سال‌ها در ذهن دانشمندان باقی مانده بود.
اما از سال ۲۰۰۲، تیمی از محققان به رهبری اریک کارکوشکا از دانشگاه آریزونا، و لری سروموفسکی و پت فرای از دانشگاه ویسکانسین، با استفاده از طیف‌نگار تصویربرداری تلسکوپ فضایی هابل (STIS)، بررسی دقیق‌تری آغاز کردند.
در طی بیست سال، آنها دریافتند که اورانوس یک سیاره ایستا نیست. بلکه با چرخش در مدار ۸۴ ساله‌اش به دور خورشید، نور خورشید به‌تدریج ظاهر آن را تغییر می‌دهد.
نقش متان در ظاهر اورانوس
اورانوس عمدتاً از هیدروژن، هلیوم و متان تشکیل شده است. متان باعث رنگ سبز-آبی این سیاره می‌شود، چرا که نور قرمز را جذب و نور آبی-سبز را بازتاب می‌دهد.
اما داده‌های هابل نشان می‌دهد که متان به‌صورت یکنواخت در سراسر سیاره پخش نشده است. در هر دو قطب به شدت کاهش یافته، در حالی که در عرض‌های جغرافیایی میانی و پایین‌تر فراوان‌تر است. علاوه بر این، مه‌های آئروسل نیز در طول زمان به‌طور چشمگیری تغییر می‌کنند، به‌ویژه در نزدیکی قطب‌ها.
سیاره‌ای که به پهلو غلت می‌زند
کجی شدید محور اورانوس – که باعث می‌شود این سیاره مانند یک بشکه به پهلو به دور خورشید بغلتد – باعث می‌شود که هر یک از قطب‌های آن حدود ۴۲ سال به‌طور مداوم در معرض نور خورشید باشند و سپس ۴۲ سال در تاریکی مطلق بمانند.
در دو دهه گذشته، قطب شمال اورانوس به تدریج وارد منطقه تابش مستقیم خورشید شده است.
مشاهدات هابل نشان می‌دهد که این افزایش نور خورشید با افزایش ضخامت مه در این ناحیه همراه بوده، که باعث درخشش بیشتر قطب شمال شده است. در مقابل، قطب جنوب با از دست دادن نور، کم‌نورتر شده است.
به همین دلیل است که ظاهر اورانوس هر سال با سال دیگر متفاوت است. ناحیه‌ای که یک دهه پیش تاریک بود، اکنون ممکن است درخشان باشد، چرا که وارد محدوده نور شده است. در مقابل، نواحی دیگر در تاریکی فرو می‌روند و ویژگی‌های ابرهایشان از دید پنهان می‌ماند.
پیوند میان هابل، متان و ابرها
دانشمندان انتظار داشتند که متان کلید درک جو اورانوس باشد، اما یافته‌ها نشان می‌دهند که توزیع متان بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی است که پیش‌بینی می‌شد.
این داده‌ها نشان می‌دهند که در برخی نواحی، گاز غنی از متان به سمت بالا صعود می‌کند (upwelling) و در قطب‌ها جریان‌های نزولی قوی (downwelling) وجود دارد که متان را از لایه‌های قابل‌مشاهده جو خارج می‌کنند.
این رفتارها همچنین با تغییرات در پوشش ابرها و شکل‌گیری مه‌ها مرتبط است. در تصاویر رنگی کاذب گرفته‌شده توسط هابل، پژوهشگران می‌توانند جزئیاتی را مشاهده کنند که با چشم غیرمسلح قابل دیدن نیست.
آنها می‌توانند دقیقاً تشخیص دهند که در کجا متان وجود ندارد، در کجا فراوان است، و این شرایط چگونه با عرض‌ها یا ارتفاعات مختلف ارتباط دارند.
فصل‌هایی که دهه‌ها طول می‌کشند
در زمین، فصل‌ها چند ماه دوام دارند. اما در اورانوس، هر فصل می‌تواند بیش از ۲۰ سال ادامه داشته باشد. اینجاست که مشاهدات بلندمدت هابل اهمیت پیدا می‌کند؛ زیرا مأموریت‌هایی کوتاه مانند عبور سریع وویجر تنها یک تصویر لحظه‌ای از سیاره ارائه می‌دهند.
داده‌های جمع‌آوری‌شده از ۲۰۰۲ تا ۲۰۲۲ در واقع بازتاب “اواخر بهار” در نیمکره شمالی اورانوس هستند که به سوی انقلاب تابستانی در سال ۲۰۳۰ پیش می‌رود.
در این مدت، قطب شمال سیاره از درخششی ملایم به بازتابی شدید تبدیل شده است، احتمالاً به دلیل تغییر در ضخامت یا ترکیب مه. در سوی دیگر، قطب جنوب وارد سایه‌ی زمستانی شده است.
فراتر از اورانوس: نگاهی به سیارات فراخورشیدی
اورانوس تنها یک عجایب در لبه منظومه شمسی نیست. سیارات یخی مانند اورانوس و نپتون در سراسر کهکشان رایج هستند، و بسیاری از سیارات فراخورشیدی کشف‌شده ممکن است مشابه باشند.
درک اینکه جو یک غول یخی چگونه به نور خورشید، فرایندهای شیمیایی، و کجی شدید محوری واکنش نشان می‌دهد، می‌تواند به تحلیل داده‌های سیارات دور کمک کند.
برخی از دانشمندان ناسا هم‌اکنون در حال بررسی ایده‌ی ارسال یک فضاپیمای مدارگرد اختصاصی به اورانوس در دهه‌های آینده هستند.
در صورت ساخت، این فضاپیما می‌تواند لایه‌های بیشتری از اسرار این سیاره را آشکار کند: از جمله نمونه‌برداری از میدان مغناطیسی، مطالعه سیستم حلقه‌ای کمرنگ آن، و اندازه‌گیری سرعت بادها در عمق جو.
شروع فصلی جدید در علم غول‌های یخی
در حال حاضر، دانشمندان در حال تحلیل داده‌های ارزشمند هابل برای اصلاح نظریات مربوط به آب‌وهوای اورانوس هستند.
یافته‌ها تأیید می‌کنند که حتی در فواصل بسیار دور از خورشید، تابش خورشیدی می‌تواند تأثیرات بزرگی بر آب‌وهوا و شکل‌گیری مه داشته باشد.
این یافته‌ها همچنین اهمیت مأموریت‌های بلندمدتی مانند هابل را نشان می‌دهند، چرا که یک عبور سریع فضاپیما هرگز نمی‌تواند داستان فصل‌های اورانوس را این‌گونه به تصویر بکشد.
به طور خلاصه، اورانوسی که زمانی “خسته‌کننده” تلقی می‌شد، اکنون به دنیایی پر از مه‌های متغیر، جریان‌های عجیب جوی، و دگرگونی‌های فصلی کند اما قدرتمند تبدیل شده است.
در حال مشاهده این نمایش شگفت‌انگیز در لبه منظومه شمسی، اخترشناسان بار دیگر یادآور می‌شوند که هیچ سیاره‌ای را نمی‌توان بی‌اهمیت شمرد – به‌ویژه آن‌هایی که به‌معنای واقعی کلمه به پهلو حرکت می‌کنند و پر از رازهای نهفته هستند.
