Οι πλανήτες με τα γιγάντια διαμάντια μέσα

Τη σκοτεινή νύχτα της 13ης Μαρτίου 1781, ο Γουίλιαμ Χέρσελ εγκαταστάθηκε στο παρατηρητήριο του κήπου του στο Μπαθ της Αγγλίας, για μια συνηθισμένη νύχτα παρατήρησης αστεριών, όταν παρατήρησε κάτι παράταιρο στους ουρανούς. Μέσα από το προσοφθάλμιο του αυτοσχέδιου τηλεσκοπίου του 7 ποδιών, κατασκόπευσε έναν παρεμβαλλόμενο στον αστερισμό των Διδύμων:«ένα περίεργο, είτε νεφελώδες αστέρι είτε ίσως έναν κομήτη», όπως το κατέγραψε. Για εβδομάδες, παρακολουθούσε το άγνωστο αντικείμενο, παρακολουθώντας τη σταθερή εμφάνισή του και την κυκλική του διαδρομή γύρω από τον ήλιο έως ότου δεν υπήρχε αμφιβολία για την πραγματική του ταυτότητα. Δεν είχε ανακαλύψει έναν κομήτη αλλά έναν νέο πλανήτη, πολύ πιο μακρινό από οποιονδήποτε από τους άλλους.

Όντας πολιτικά έξυπνος άνθρωπος, ο Herschel πρότεινε να ονομαστεί ο πλανήτης Georgium Sidus , ή «Το αστέρι του Γεωργίου», προς τιμήν του Βασιλιά Γεωργίου Γ'. Το τέχνασμα λειτούργησε - αμέσως ονομάστηκε αστρονόμος του βασιλιά και έλαβε βασιλικό επίδομα - αλλά οι συνάδελφοί του εκτός Αγγλίας αντιτάχθηκαν. Ήθελαν ένα ευγενές και πολιτικά ουδέτερο όνομα όπως η Ουρανία, η ελληνική μούσα της αστρονομίας. Στο τέλος, οι επιστήμονες εγκαταστάθηκαν στον ακόμη πιο αξιοπρεπή «Ουρανό», τον αρχαίο Έλληνα θεό του ουρανού και πρόγονο των άλλων θεοτήτων. Ακολούθησαν αιώνες κοροϊδίας.

Αλλά σοβαρά. Ο Ουρανός περιφέρεται γύρω από τον ήλιο σε διπλάσια απόσταση από τον Κρόνο, έτσι η ανακάλυψη του Χέρσελ διπλασίασε αμέσως το μέγεθος του γνωστού ηλιακού συστήματος. Από μια σύγχρονη προοπτική, είναι δύσκολο να εκτιμηθεί πόσο συγκλονιστικό ήταν αυτό. Εκείνη την εποχή, το ηλιακό σύστημα ήταν η μόνη χαρτογραφημένη περιοχή του διαστήματος. κανείς δεν είχε ιδέα για το πόσο μακριά ήταν ακόμη και τα πιο κοντινά αστέρια. Στην πραγματικότητα, ο Χέρσελ είχε διπλασιάσει το μέγεθος ολόκληρου του γνωστού σύμπαντος. Αφαίρεσε επίσης τα τελευταία ίχνη της κλασικής αστρονομίας και αστρολογίας. Ο Ουρανός περιγράφεται συνήθως ως ο πρώτος πλανήτης που ανακαλύφθηκε από την αρχαιότητα, αλλά είναι πιο ακριβές να πούμε ότι ήταν ο πρώτος πλανήτης που ανακαλύφθηκε , περίοδος. Όλα τα άλλα είναι εύκολα ορατά με γυμνό μάτι, και έτσι ήταν γνωστά σε όλους. Ο Ουρανός διέλυσε την κοινή παραδοχή ότι δεν υπήρχαν άλλοι πλανήτες πέρα ​​από τους έξι κλασικούς, καθιερώνοντας ένα ήθος ατελείωτων συνόρων που αντηχεί μέσα από την επιστήμη και την επιστημονική φαντασία μέχρι σήμερα.

Αυτό το ήθος είναι μέρος της καθημερινής ζωής για τον Kirby Runyon, έναν νεαρό γεωμορφολόγο στο Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής του Πανεπιστημίου Johns Hopkins, ο οποίος αναπτύσσει νέους τρόπους για να μελετήσει τον Ουρανό και την παρόμοια -αλλά παράξενα-διαφορετική πλανητική αδερφή του, τον Ποσειδώνα. Όπως και οι λίγοι άλλοι που μελετούν αυτό το μακρινό δίδυμο, είναι ενθουσιασμένος από τη φύση των εξόχως απόκεντρων πλανητών του ηλιακού συστήματος που καταστρέφει τα όρια. «Αυτό που με έφερε στην επιστήμη του διαστήματος ως επαγγελματία ήταν η ευκαιρία να το κάνω, ως Star Trek λέει, «εξερευνήστε παράξενους, νέους κόσμους», λέει ο Runyon. "Αν σας αρέσει το παντελόνι σας, η εξερεύνηση σε στυλ Captain Picard, τότε ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας πρέπει να βρίσκονται ψηλά στη λίστα σας."

Πρέπει να θαυμάσετε το πάθος του Runyon. Τελικά, ποιος ονειρεύεται ένα διαστημικό ταξίδι στον Ουρανό ή τον Ποσειδώνα; Δεν έχουν έντονο δακτύλιο όπως ο Κρόνος, ούτε έχουν την προοπτική της ζωής όπως ο Άρης. Οι δύο πλανήτες, ωστόσο, εξακολουθούν να κατέχουν ειδική θέση ως κόσμους στην άκρη. Σχηματίστηκαν στο χάος, στο όριο μεταξύ του εσωτερικού, πλανητικού τμήματος του ηλιακού μας συστήματος και της εξωτερικής ζώνης που είναι γεμάτη από μακρινούς κομήτες. Σε αυτή τη μεταβατική ζώνη, πήραν επίσης μεταβατικές μορφές, με μέγεθος και σύνθεση που τους τοποθετεί στα μισά του δρόμου ανάμεσα σε γιγάντια πλανήτες αερίου όπως ο Δίας και βραχώδεις πλανήτες όπως η Γη. Οι αστρονόμοι αποκαλούν αυτούς τους ενδιάμεσους «γίγαντες πάγου» και τώρα ανακαλύπτουν ότι τέτοιοι κόσμοι μεσαίου μεγέθους είναι εξαιρετικά συνηθισμένοι γύρω από άλλα αστέρια. «Ο Ποσειδώνας και ο Ουρανός είναι τα πλησιέστερα ανάλογα του ηλιακού μας συστήματος με τον πολυπληθέστερο τύπο πλανήτη που γνωρίζουμε», λέει η Heidi Hammel, βετεράνος ερευνητής των εξωτερικών πλανητών που είναι τώρα στην Ένωση Πανεπιστημίων για Έρευνα στην Αστρονομία στην Ουάσιγκτον. , D.C.

Ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας είναι επίσης συναρπαστικά παράξενοι από μόνοι τους. Οι νεφελώδεις επιφάνειές τους χαρακτηρίζονται από μαινόμενες καταιγίδες και τους ταχύτερους ανέμους που έχουν καταγραφεί σε οποιονδήποτε πλανήτη, ενώ ψηλά έχουν πολύπλοκα συστήματα φεγγαριών, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που μπορεί να φιλοξενούν θαμμένους ωκεανούς. Πολύ πιο κρίμα, λοιπόν, που μόνο ένα διαστημόπλοιο τους έχει επισκεφτεί ποτέ — και αυτό έγινε πριν από περισσότερες από τρεις δεκαετίες. «Είναι αινίγματα γιατί είναι τόσο μακριά», λέει ο Χάμελ με θλίψη, «αλλά είναι τόσο ενδιαφέροντα αινίγματα».

Πολύ πριν κάποιος χτυπήσει πυραύλους πάνω από την ατμόσφαιρα της Γης, ο Ουρανός ήδη κατευθύνει τους αστρονόμους σε ένα εικονικό ταξίδι μέσω του ηλιακού συστήματος και πέρα ​​από αυτό. Τις δεκαετίες μετά την ανακάλυψη του Χέρσελ, οι παρατηρήσεις του Ουρανού έδειξαν ότι αποκλίνει από την αναμενόμενη τροχιά του γύρω από τον ήλιο. Μέχρι τη δεκαετία του 1820, η απόκλιση ήταν αναμφισβήτητη:Είτε η θεωρία της βαρύτητας του Νεύτωνα ήταν λάθος, είτε υπήρχε κάποιο αντικείμενο πέρα ​​από τον Ουρανό που το έβγαζε από την πορεία του. «Η Νευτώνεια θεωρία φάνηκε στη μεγάλη πλειοψηφία, ίσως σχεδόν σε όλους, αστρονόμους να είναι το απόρθητα αληθινό σύστημα του κόσμου», γράφει ο ιστορικός επιστήμης Robert W. Smith. Την ίδια στιγμή, η ανακάλυψη του Ουρανού είχε ήδη αποδείξει την πιθανότητα περισσότερων νέων κόσμων. Η πίστη στους νόμους της φυσικής υπαγόρευσε ότι πρέπει να υπάρχει ένας άλλος, αόρατος πλανήτης εκεί έξω.

Αυτή η πίστη απέδωσε καρπούς στις 23 Σεπτεμβρίου 1846, όταν ο Γερμανός αστρονόμος Johann Gottfried Galle —χρησιμοποιώντας υπολογισμούς που παρείχε ο Γάλλος μαθηματικός Urbain Le Verrier, σε μια πράξη διεθνικής σπασίκλας— εντόπισε έναν νέο πλανήτη λιγότερο από μία μοίρα από την προβλεπόμενη θέση του. . Οι τροχιακοί υπολογισμοί για τον εντοπισμό της θέσης του χρειάστηκαν χρόνια για να ολοκληρωθούν. Η οπτική αναζήτηση του Galle για τον πλανήτη χρειάστηκε μια ώρα. Ο Galle πρότεινε να το ονομάσουν Janus, τον διπρόσωπο ρωμαϊκό θεό, υπονοώντας ότι ήταν στραμμένος προς τα έξω προς τα αστέρια. Ο πιο αισιόδοξος Λε Βεριέ αντιτάχθηκε. «Ο Ιανός θα έδειχνε ότι αυτός ο πλανήτης είναι ο τελευταίος του ηλιακού συστήματος, κάτι που δεν υπάρχει λόγος να πιστεύουμε», έγραψε. Αντίθετα, πρότεινε τον Ποσειδώνα, τον θεό της θάλασσας.

Η ανακάλυψη του Ποσειδώνα ήταν τόσο μεταμορφωτική όσο αυτή του Ουρανού, αν και με έναν εντελώς διαφορετικό τρόπο. Ο Ουρανός είχε ήδη διευρύνει την κλίμακα του γνωστού σύμπαντος. Ο Ποσειδώνας επέκτεινε τα μέσα με τα οποία μπορούσαμε να τον γνωρίσουμε. Όταν ο Galle είδε τον πλανήτη ακριβώς εκεί που έλεγαν οι εξισώσεις του Νεύτωνα ότι έπρεπε να είναι, έδειξε ότι οι αστρονόμοι μπορούσαν να ανιχνεύσουν ουράνια σώματα μόνο με τη βαρύτητα. Τώρα μπορούσαν να εντοπίσουν αντικείμενα που δεν είχαν παρατηρηθεί ποτέ, ίσως ακόμη και τόσο σκοτεινά ή μακρινά που ουσιαστικά δεν μπορούσαν να παρατηρηθούν.

Οι σύγχρονοι κοσμολόγοι χρησιμοποιούν τον όρο «σκοτεινή ύλη» για να αναφερθούν στην αόρατη μάζα που πιστεύεται ότι επηρεάζει το σχηματισμό και τη δομή των γαλαξιών σε όλο το σύμπαν. Υπό αυτή την έννοια, ο όρος ανάγεται σε μια εργασία του 1933 του Ελβετοαμερικανού κοσμολόγου Fritz Zwicky. Αλλά η έννοια της σκοτεινής ύλης ξεκίνησε πραγματικά με τον Ποσειδώνα, το πρώτο ουράνιο αντικείμενο που ανακαλύφθηκε ποτέ πριν φανεί. Από εκεί και πέρα ​​τα πράγματα κλιμακώθηκαν γρήγορα. Ο Γερμανός αστρονόμος Φρέντερικ Μπέσελ παρακολουθούσε τις ασταθείς κινήσεις των φωτεινών αστεριών Σείριου και Προκύωνα και συμπέρανε ότι, όπως ο Ουρανός, τραβούνταν εκτός πορείας από αόρατα αντικείμενα. «Η ύπαρξη αμέτρητων ορατών αστεριών δεν μπορεί να αποδείξει τίποτα ενάντια στην ύπαρξη αμέτρητων αόρατων», έγραψε ο Μπέσελ το 1844. Τα αόρατα αστέρια ακούγονταν σαν οξύμωρο, αλλά η ανακάλυψη του Ποσειδώνα έκανε την περίεργη ιδέα να φαίνεται πιο εύλογη. Η πραγματικότητα αυτών των σκοτεινών συντρόφων επιβεβαιώθηκε σύντομα. τη δεκαετία του 1910 τα αντικείμενα αναγνωρίστηκαν ως λευκοί νάνοι, τα αχνά, καταρρακωμένα πτώματα των αστεριών σαν τον ήλιο. Παρόμοιες αστυνομικές εργασίες στη δεκαετία του 1970 οδήγησαν στην ανακάλυψη μαύρων οπών διάσπαρτων στον γαλαξία μας.

Μέσα σε όλον αυτόν τον ενθουσιασμό, ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας έμειναν σε μεγάλο βαθμό πίσω. Έμειναν στην επιστημονική αφάνεια για ακόμη ενάμιση αιώνα, κυρίως επειδή είναι τόσο δύσκολο να μελετηθούν. Ο Ουρανός δεν έρχεται ποτέ σε απόσταση 1,6 δισεκατομμυρίων μιλίων από τη Γη, 40 φορές πιο μακριά από τον Άρη. Ο Ποσειδώνας είναι ακόμα ένα δισεκατομμύριο μίλια μακρύτερα. Το φαινομενικό μέγεθός του στον ουρανό ισοδυναμεί με μια δεκάρα που φαίνεται από ένα μίλι μακριά. Η ανάπτυξη της φωτογραφίας βαθέων ουρανών που ξεκίνησε στα τέλη του 19ου αιώνα ενίσχυσε σημαντικά τη μελέτη του γαλαξία μας και οδήγησε άμεσα στην ανακάλυψη αμέτρητων άλλων γαλαξιών πέρα ​​από αυτό. Για τους γίγαντες πλανήτες του πάγου, ωστόσο, η νέα τεχνολογία είχε αντίθετα αποτελέσματα. Όταν οι αστρονόμοι σταμάτησαν να κοιτάζουν μέσα από τον προσοφθάλμιο φακό και άρχισαν να εστιάζουν σε φωτογραφικές πλάκες, οι πλανήτες έγιναν ακόμη πιο σκοτεινοί.

«Πηγαίνοντας πίσω στο 1800, οι πρώτοι παρατηρητές κοιτούσαν τον Ουρανό και έβλεπαν μπάντες και άλλα χαρακτηριστικά», λέει ο Hammel. Τα μάτια τους εκπαιδεύτηκαν να διακρίνουν τις φευγαλέες στιγμές που ο αέρας γίνεται σταθερός και εμφανίζονται λεπτές λεπτομέρειες. Η φωτογραφία και οι πρώιμες μορφές ψηφιακής απεικόνισης δεν μπόρεσαν να συλλάβουν αυτά τα κλάσματα του δευτερολέπτου καθαρότητας. Αντίθετα, έδωσαν θολές εικόνες μακράς έκθεσης που υποδηλώνουν ότι οι εξώτατοι πλανήτες ήταν ήπιοι και αμετάβλητοι. «Η τεχνολογία της εποχής έπληξε τα πάντα, δημιουργώντας αυτή τη μυθολογία ότι ο Ουρανός δεν είχε χαρακτηριστικά σύννεφα», θρηνεί ο Hammel. "Είχαμε εκατό χρόνια παρερμηνείας."

Στη συνέχεια, επιτέλους, οι άνθρωποι ανέπτυξαν την τεχνολογία για να επισκεφτούν τους γίγαντες του πάγου και να τους δουν από κοντά… και οι παρερμηνείες απλώς συνέχιζαν να έρχονται. Στις 24 Ιανουαρίου 1986, το Voyager 2 της NASA πέρασε πάνω από τις κορυφές των σύννεφων του Ουρανού και έστειλε πίσω φωτογραφία μετά από φωτογραφία μιας άχαρης γαλαζοπράσινης σφαίρας. Από κακή τύχη, το διαστημόπλοιο είχε φτάσει στις αρχές του καλοκαιριού στο βόρειο ημισφαίριο του πλανήτη, μια εποχή που ο παγκόσμιος καιρός γίνεται μουντός και ήπιος. Οι εικόνες του Voyager 2 εδραίωσαν την ιδέα του Ουρανού ως ενός βαρετού πλανήτη - ένα χτύπημα που εξακολουθεί να μαγνητίζει τον Hammel. "Ήταν σαν, "Επιτρέψτε μου να σας δείξω μια εικόνα του πώς έμοιαζα μια μέρα του 1986." Αυτό δεν σας δίνει να καταλάβετε ποιος είμαι ως άτομο", λέει.

Το πέταγμα του Voyager όντως έδωσε υποδείξεις ότι στον Ουρανό υπάρχουν περισσότερα από όσα φαίνονται στο μάτι. Ο πλανήτης έχει ένα σύστημα λεπτών, σκούρων δακτυλίων, που αποδεικνύεται ότι περιέχουν μεγάλα κομμάτια—πιθανώς τα υπολείμματα ενός φεγγαριού που καταστράφηκε πριν από πολύ καιρό. Περισσότερο εκπληκτικό, τα όργανα του Voyager έδειξαν ότι το μαγνητικό πεδίο του Ουρανού έχει κλίση 60 μοιρών σε σχέση με τον άξονά του, σαν η βελόνα της πυξίδας σας να δείχνει προς το Χιούστον αντί για τον βόρειο πόλο. Πρέπει να υπάρχει μια τεράστια, μονόπλευρη μαγνητική γεννήτρια που απομακρύνεται μέσα στον πλανήτη, η οποία αφήνει τον Χάμελ να βουίζει με ερωτήσεις:«Τι είδους εσωτερική δομή μπορεί να το κάνει αυτό ? Είναι σταθερό; Αλλάζει με την πάροδο του χρόνου;»

Αλλά η φήμη των γιγάντων του πάγου δεν ανέκαμψε πραγματικά μέχρι που το Voyager 2 έφτασε στον Ποσειδώνα στις 25 Αυγούστου 1989. Σε αντίθεση με τον αδελφό του, ο Ποσειδώνας ήταν μια ταραχή δραστηριότητας. Έμοιαζε να κοιτάζει πίσω στο διαστημόπλοιο με το Μεγάλο Σκοτεινό Σημείο του, μια αντικυκλωνική καταιγίδα (αντίστροφος τυφώνας, με μάτι υψηλής πίεσης) σχεδόν τόσο μεγάλη όσο ολόκληρη η Γη. Η Κηλίδα ήταν γραμμωμένη με λευκά σύννεφα πάγου μεθανίου και περιβαλλόταν από μικρότερες καταιγίδες και σκοτεινές ζώνες που κυκλοφόρησαν σε ολόκληρο τον πλανήτη, όλα χρωματισμένα με ένα πλούσιο, βαθύ μπλε από το αέριο μεθανίου στην ατμόσφαιρα του Ποσειδώνα. Όμορφο, πολύπλοκο και καθόλου βαρετό.

Τα αποτελέσματα του Voyager αποκάλυψαν ότι ο καιρός λειτουργεί διαφορετικά στους γίγαντες πάγου από ό,τι εδώ στη Γη, για λόγους που οι επιστήμονες μόλις αρχίζουν να αποκρυπτογραφούν. «Οι ταχύτητες του ανέμου αυξάνονται όσο απομακρύνεσαι από τον ήλιο, κάτι που είναι περίεργο», λέει η Έιμι Σάιμον, λάτρης του Ουρανού και του Ποσειδώνα στο Διαστημικό Κέντρο Πτήσεων Γκόνταρντ της NASA. Στον Ουρανό, φυσούν με 550 mph, τόσο γρήγορα όσο ένα τζετ αεροπλάνο με ταχύτητα πλεύσης. Στον Ποσειδώνα, οι άνεμοι είναι ακόμη πιο έντονοι, με μέση ταχύτητα 700 mph και με ριπές έως 1.500 mph γύρω από το Great Dark Spot. Καταφέρνουν να πάρουν τεράστια ενέργεια, παρόλο που ο Ποσειδώνας λαμβάνει μόλις το 1/900 της ηλιακής θερμότητας από τη Γη.

Οι εποχές στους γίγαντες του πάγου δεν μοιάζουν με τίποτα που βλέπουμε στη Γη ή οπουδήποτε αλλού. Για ένα πράγμα, οι εποχές είναι ακραίες, ειδικά στον Ουρανό:Ο πλανήτης είναι λοξά, έτσι οι πόλοι του περνούν τον μισό χρόνο σε αέναη ηλιοφάνεια και τον άλλο μισό σε απόλυτο σκοτάδι. Για άλλον, οι εποχές χρειάζονται πολύ χρόνο για να αλλάξουν, επειδή οι γίγαντες του πάγου ακολουθούν τεράστια, νωχελικά μονοπάτια γύρω από τον ήλιο. Ο Ουρανός χρειάζεται 84 χρόνια για να ολοκληρώσει μια μόνο τροχιά και ο Ποσειδώνας 165 χρόνια. Το βόρειο ημισφαίριο του Ποσειδώνα κατευθυνόταν προς το χειμώνα όταν το Voyager πέταξε το 1989. Η άνοιξη δεν θα φτάσει μέχρι το 2038. Οι γίγαντες του πάγου έχουν τόσο το ταχύτερο όσο και το πιο αργό κλίμα στο ηλιακό σύστημα, γεγονός που τους καθιστά χρήσιμους ως ακραία φυσικά εργαστήρια. «Εκτελούμε τους ίδιους κωδικούς καιρού και κλίματος που χρησιμοποιούμε στη Γη και μαθαίνουμε για άγνωστες ευαισθησίες ή λεπτομέρειες που δεν είναι πολύ σωστές», λέει ο Simon. "Και αν κάποια μέρα θελήσουμε να εφαρμόσουμε αυτούς τους κώδικες σε πλανήτες γύρω από άλλα αστέρια, θα ήταν καλύτερα να λειτουργήσουν πρώτα σε ολόκληρο το ηλιακό μας σύστημα."

Το 2014, αναγνωρίζοντας καθυστερημένα την τρελή πολυπλοκότητα του καιρού στους γίγαντες του πάγου, η NASA άναψε πράσινο το πρόγραμμα Outer Planet Atmospheres Legacy ή OPAL, με υπεύθυνο τον Simon. ο ένδοξος επίσημος τίτλος της είναι Senior Scientist for Planetary Atmospheres Research. Μία φορά το χρόνο, το OPAL αναλαμβάνει το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και το μετατρέπει σε δορυφόρο για τον καιρό του εξωτερικού πλανήτη, παρακολουθώντας τις συνθήκες στον Ουρανό και τον Ποσειδώνα (και τον Δία και τον Κρόνο, για καλή μέτρηση), με τον Σάιμον ως τον διαπλανητικό προβολέα καιρού.

Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες έχουν τόσο τον χρόνο όσο και τη σαφήνεια της όρασης για να μάθουν τις μακροπρόθεσμες προσωπικότητες του Ουρανού και του Ποσειδώνα. Η συγκρατημένη συμπεριφορά της Simon φωτίζεται όταν περιγράφει τις ιδιορρυθμίες που παρατηρούσε στους πλανήτες της. Καθώς ο Ουρανός έχει προχωρήσει από το βόρειο καλοκαίρι στο τέλος του φθινοπώρου, ο καιρός του έχει μετατραπεί από μουντός σε τρελό. «Βλέπουμε ένα πολικό καπάκι που έχει γίνει πολύ φωτεινό και παχύ. Και έχουμε δει μικρές καταιγίδες. Τείνουν να διασπώνται πολύ γρήγορα, με τάξη μιας ώρας, επειδή οι ισχυροί άνεμοι διασπούν τα πράγματα πολύ γρήγορα», λέει. Αυτές οι αλλαγές αποδεικνύουν ότι ακόμη και μικροσκοπικές διακυμάνσεις στην ηλιακή ενέργεια μπορούν να μεταμορφώσουν τον καιρό ενός γιγάντιου πλανήτη, σχεδόν τέσσερις φορές το μέγεθος της Γης.

Στον Ποσειδώνα, το πιο σημαντικό εύρημα από το OPAL είναι ότι η δραστηριότητα απλώς δεν τελειώνει ποτέ. «Το μεγάλο πράγμα που βρήκαμε ήταν τα σκοτεινά σημεία. Στα λίγα χρόνια παρακολούθησης, είδαμε άλλα δύο από αυτά. Ένα ήταν ήδη εκεί όταν ξεκινήσαμε, και εξαφανίστηκε μετά από μερικά χρόνια. Το άλλο σχηματίστηκε το 2019. Αφού σχηματιστούν, τα σκοτεινά σημεία αρχίζουν να παρασύρονται σε γεωγραφικό πλάτος, ακριβώς όπως ένας τυφώνας στη Γη, μέχρι που τελικά διαλύονται», λέει ο Simon.

Δεν είναι σαφές τι συντηρεί όλη αυτή τη δραστηριότητα. Μια πιθανή εξήγηση, σημειώνει ο Hammel, είναι ότι ο εξαιρετικά ψυχρός αέρας των πλανητών είναι σχεδόν χωρίς τριβές, επομένως χρειάζεται πολύ λίγο λάκτισμα για να τεθούν σε λειτουργία τα μεγάλα συστήματα καταιγίδας. Μια σημαντική ένδειξη είναι ότι οι δύο γίγαντες του πάγου συμπεριφέρονται αρκετά διαφορετικά, παρά το γεγονός ότι είναι σχεδόν πανομοιότυποι σε μάζα, σύνθεση και διάμετρο. «Ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας δεν μοιάζουν καθόλου. Βλέπουμε πολύ περισσότερες από τις διακριτές καταιγίδες στον Ποσειδώνα παρά στον Ουρανό, και δεν βλέπουμε πολλά από ένα φωτεινό πολικό καπάκι», λέει ο Simon.

Η ανισότητα υποδηλώνει έντονες διαφορές βαθιά μέσα στους δύο γίγαντες πάγου. Οι μετρήσεις του Voyager έδειξαν ότι ο Ποσειδώνας εκπέμπει 2,7 φορές περισσότερη θερμότητα από ό,τι λαμβάνει από τον ήλιο, διατηρώντας προφανώς πολλή ενέργεια από τη στιγμή του σχηματισμού του. Ο Ουρανός, αντίθετα, ρίχνει μόνο μια σταγόνα πρόσθετης ζεστασιάς. "Η εσωτερική θερμότητα πρέπει να είναι ένας πολύ μεγαλύτερος παράγοντας από το φως του ήλιου για την οδήγηση του καιρού, αλλά εξακολουθούμε να προσπαθούμε να μπερδέψουμε μερικά από αυτά", λέει ο Simon. Αν μη τι άλλο, προσθέτει ένα άλλο στρώμα μυστηρίου:Γιατί ο Ποσειδώνας είναι τόσο πιο ζεστός κάτω από το κολάρο από τον Ουρανό; Μια υπόθεση είναι ότι ο Ουρανός είχε μια σχεδόν μοιραία συνάντηση με έναν τεράστιο πρωτοπλανήτη, διπλάσιο από τη Γη, πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Η σύγκρουση θα μπορούσε να το είχε ανατρέψει, εξηγώντας την πλάγια κλίση του, ενώ ανακατευόταν το εσωτερικό του με τρόπο που επέτρεπε στην αρχέγονη ζεστασιά του να διαφύγει:μια τακτοποιημένη εξήγηση για δύο μεγάλες παραδοξότητες.

«Είναι ωραία ιδέα, αλλά φαίνεται λίγο επινοημένη», λέει η Σάιμον, με τον μετρημένο τόνο της να επανέρχεται. "Κάθε φορά που νομίζουμε ότι καταλαβαίνουμε αυτούς τους πλανήτες, συνειδητοποιούμε ότι δεν καταλαβαίνουμε."

Ένας τρόπος για να μάθετε περισσότερα για τους γίγαντες του πάγου είναι να μπείτε κάτω από το δέρμα τους, αναδημιουργώντας τους στο εργαστήριο. Με βάση το τι μπορούν να μετρήσουν και να συμπεράνουν για τη συνολική τους σύνθεση, οι πλανητικοί επιστήμονες έχουν συμπεράνει ότι τόσο ο Ουρανός όσο και ο Ποσειδώνας πρέπει να περιέχουν τεράστιες ποσότητες νερού, αμμωνίας και μεθανίου στο εσωτερικό τους. Στην καθημερινή ζωή, θα ονομάζαμε αυτόν τον συνδυασμό "Windex και φυσικό αέριο". Μέσα στους γίγαντες του πάγου, ωστόσο, αυτά τα μόρια αναμειγνύονται σε μια λάσπη που οι αστρονόμοι αναφέρονται γενικά ως «πάγος» - εξ ου και ο όρος γίγαντες πάγου. Ωστόσο, πρόσφατα πειράματα δείχνουν ότι δεν μοιάζει με κανέναν πάγο που έχετε δει ποτέ.

Ο Dominik Kraus, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Rostock στη Γερμανία, ηγείται μιας ομάδας ερευνητών που πυροβολούν λέιζερ ακτίνων Χ σε προσομοιωμένα κομμάτια γιγάντιο υλικό πάγου, θερμαίνοντάς το και συμπιέζοντάς το ώστε να ταιριάζει με τις συνθήκες στο εσωτερικό των πλανητών. Διαπιστώνει ότι τα άτομα άνθρακα απελευθερώνονται αυθόρμητα από τα μόριά τους και διατάσσονται σε διαμάντια. Μέσα στον Ουρανό και τον Ποσειδώνα, τέτοια διαμάντια θα μπορούσαν να φτάσουν στο μέγεθος ενός ατόμου, σιγά-σιγά να πέφτουν βροχή προς τον πυρήνα του πλανήτη. Η διαμαντένια βροχή θα απελευθέρωσε ενέργεια και θα ξεσήκωσε τεράστια ρεύματα, εξηγώντας πιθανώς τα ασυνήθιστα μαγνητικά πεδία του Ουρανού και του Ποσειδώνα.

Σε παράλληλη εργασία, ο Marius Millot στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore και οι συνάδελφοί του υπέβαλαν μόρια νερού σε παρόμοιες ακραίες συνθήκες και διαπίστωσαν ότι μετατρέπεται σε αόρατο υλικό, «υπέριοντος πάγος» - μια καυτή, μαύρη, κρυσταλλική εκδοχή του νερού, επίσης γνωστή ως Πάγος. XVIII. Ακούγεται εξωτικό, αλλά ίσως δεν πρέπει. Δεδομένου του πόσο νερό υπάρχει μέσα στους γίγαντες του πάγου και δεδομένου του πόσους γίγαντες πάγου βρίσκουν οι αστρονόμοι γύρω από άλλα αστέρια, ο υπεριονικός πάγος μπορεί στην πραγματικότητα να είναι η πιο κοινή μορφή νερού στο σύμπαν. Η βροχή μαύρου πάγου και διαμαντιών θα μπορούσε να είναι ο κανόνας. λίμνες και ποτάμια και σβώλοι άνθρακα μπορεί να είναι τα κοσμικά περίεργα.

Ένας άλλος τρόπος για να μάθετε περισσότερα για τους γίγαντες του πάγου είναι να εξετάσετε την εταιρεία που διατηρούν—τα μεγάλα συστήματα φεγγαριών που περιφέρονται γύρω από τον Ουρανό και τον Ποσειδώνα. Όπως και ο ίδιος ο Ουρανός, έτσι και τα φεγγάρια του έχουν κλίση υπό γωνία 98 μοιρών. Κανένας άλλος πλανήτης δεν είναι προσανατολισμένος έτσι. Ό,τι χτύπησε τον πλανήτη, προφανώς πήρε και τα φεγγάρια του μαζί. "Αν μια μεγάλη πρόσκρουση έστρεφε ολόκληρο τον πλανήτη στο πλάι του, τότε η βαρυτική περίσσεια από το ισημερινό εξόγκωμα του Ουρανού θα είχε τραβήξει ολόκληρο το σύστημα φεγγαριών του να βρίσκεται στο πλάι του", λέει ο Runyon.

Τα φεγγάρια του Ποσειδώνα καταγράφουν ένα εντελώς άλλο στυλ καταστροφής, ένα που γλίτωσε τον πλανήτη αλλά εξαπέλυσε πανδαιμόνιο γύρω του. Το σύστημα των φεγγαριών του Ποσειδώνα κυριαρχείται από ένα μόνο μεγάλο, τον Τρίτωνα, που περιβάλλεται από 13 πολύ μικρότερα σώματα, κυρίως σε ακανόνιστες τροχιές. Ο Τρίτωνας περιφέρεται γύρω από τον πλανήτη με τη φορά των δεικτών του ρολογιού, το αντίθετο από κάθε άλλο πλανήτη και μεγάλο φεγγάρι, υποδεικνύοντας ότι σχηματίστηκε ξεχωριστά και αργότερα παγιδεύτηκε από τον Ποσειδώνα. Όταν συνέβη αυτό, πρέπει να κύλησε μέσα από το σύστημα του Ποσειδώνα σαν μια μπάλα μπόουλινγκ, όπως εξηγεί ο Runyon:«Οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις από τον Τρίτωνα πιθανότατα διασκόρπισαν το αρχικό σύστημα φεγγαριών του Ποσειδώνα. Αν υπήρχαν δαχτυλίδια, θα τα είχε σκορπίσει κι αυτά». Τα σημερινά φεγγάρια είτε ξανασυναρμολογήθηκαν από τα συντρίμμια είτε καταλήφθηκαν αργότερα. Ο Τρίτωνας άφησε επίσης πίσω του μια σειρά από λεπτούς, συμπαγείς δακτυλίους που συσσωρεύονται σε τόξα, σε αντίθεση με οποιονδήποτε άλλο σχηματισμό στο ηλιακό σύστημα.

Οι πτήσεις του Voyager 2 της δεκαετίας του 1980 αποκάλυψαν τα γιγάντια φεγγάρια ως ένα σύνολο από ξεχωριστούς κόσμους. Τα πέντε κύρια φεγγάρια του Ουρανού εμφανίζουν αρχαία χάσματα, κυματισμούς και υπαινιγμούς ηφαιστειακών ροών—όλα φτιαγμένα από παγωμένο νερό και άλλους πάγους αντί για βράχο. Τα δύο μεγαλύτερα, η Ariel και η Titania, φαίνεται ότι ήταν γεωλογικά ενεργά για μεγάλο χρονικό διάστημα. Το μικρότερο, η Miranda, είναι ένα συνονθύλευμα σχηματισμών που μοιάζει με παζλ που συντάχθηκε από ένα απρόσεκτο παιδί. κανείς δεν ξέρει πώς έγινε έτσι. Αλλά το αληθινό θαύμα είναι ο Τρίτων, ένας γεωλογικά νεανικός κόσμος που μοιάζει με πεπόνι, με την επιφάνειά του σμιλεμένη από «κρυοηφαιστειογενείς» εκρήξεις λάβας νερού-αμμωνίας. Ο Τρίτωνας είναι επίσης διάσπαρτος με ενεργούς θερμοπίδακες, που πιθανότατα προκαλούνται από την εκρηκτική απόψυξη του υπόγειου αζώτου. Προς έκπληξη των επιστημόνων της αποστολής, το Voyager 2 έστειλε εικόνες αιθάλης που εκτοξεύονταν 5 μίλια στον αέρα και ακολουθούσαν για εκατοντάδες μίλια.

Ο Τρίτωνας μοιάζει σε μεγάλο βαθμό με τον Πλούτωνα, αλλά είναι από πολλές απόψεις ο πιο άγριος και συναρπαστικός από το δίδυμο (για να μην συνεχίσουμε να πετάμε στον πλανήτη νάνο, αλλά τα γεγονότα είναι γεγονότα). Είναι περίπου 15 τοις εκατό μεγαλύτερο από τον Πλούτωνα και, το πιο σημαντικό, είναι πιο ενεργό γεωλογικά, με το υγρό νερό να απομακρύνεται υπόγεια. Αυτό είναι σωστό:Ένα φεγγάρι γύρω από τον πιο κρύο, πιο μακρινό πλανήτη του ηλιακού συστήματος περιέχει έναν τεράστιο, υπόγειο ωκεανό. «Ο Τρίτωνας ανταλλάσσει βαρυτική ενέργεια με τον Ποσειδώνα, επομένως είναι ζεστός και θορυβώδης εσωτερικά», λέει ο Runyon. «Στη Γη, τα ζωντανά πράγματα είναι σαν ζεστά, σκοτεινά μέρη. Αν βάλετε τα μικρόβια της Γης σε αυτόν τον ζεστό, χυδαίο ωκεανό του Τρίτωνα, πιθανότατα θα επιζούσαν και θα πολλαπλασιάζονταν. Κάτι που εγείρει την πιθανότητα, καθώς δεν γνωρίζουμε πραγματικά πώς πηγαίνουν τα πράγματα από τη μη ζωή στη ζωή, ότι ο Τρίτωνας θα μπορούσε να είναι ένας κατοικήσιμος και κατοικημένος κόσμος.»

Δεν λέει εξωγήινους, προσέξτε. Απλώς λέει ότι μπορεί να είστε εξωγήινοι.

Παρά όλες αυτές τις ιδέες, είμαστε από πολλές απόψεις ακόμα στο στάδιο της χειραψίας για να γνωρίσουμε τους γίγαντες του πάγου. Το πρόγραμμα OPAL παρακολουθεί τους πλανήτες για λιγότερο από μία μέρα το χρόνο. Το Voyager 2 συγκέντρωσε μόνο περιορισμένες πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση και την εσωτερική δομή του πλανήτη. Οι πτήσεις έγιναν τόσο γρήγορα που το διαστημόπλοιο είδε μόνο τη μία πλευρά του φεγγαριού του Ουρανίου και του Ποσειδώνα. «Υπάρχει ολόκληρο το ανεξερεύνητο άλλο μισό. Δεν ξέρουμε τι στο καλό συμβαίνει στο υπόλοιπο Triton», λέει ο Simon.

Η λαχτάρα για βαθύτερη εξοικείωση είναι ακόμη πιο έντονη τώρα που οι αστρονόμοι αναγνωρίζουν τον Ουρανό και τον Ποσειδώνα ως πρωτότυπα δισεκατομμυρίων παρόμοιων κόσμων σε όλο τον γαλαξία μας. Αυτήν τη στιγμή, αυτοί οι εξωπλανήτες -πλανήτες γύρω από άλλα αστέρια- είναι αληθινοί κρυφοί. Οι αστρονόμοι μπορούν να συμπεράνουν τα μεγέθη, τις μάζες, τις πυκνότητες τους και όχι πολλά άλλα. Ωστόσο, αυτό είναι αρκετό για να πει ότι πολλά από αυτά φαίνονται σαν ελαφρώς συρρικνωμένες εκδοχές του Ποσειδώνα, με πυκνές, τοξικές ατμόσφαιρες. Άλλοι, λίγο μικρότεροι, φαίνονται να είναι βραχώδεις «υπερ-γαίες». Κανείς δεν γνωρίζει γιατί υπάρχει αυτή η διαχωριστική γραμμή ή αν οι υπερ-Γες θα μπορούσαν να είναι κατοικήσιμες. Για αυτό το θέμα, κανείς δεν γνωρίζει ακόμη αν τα ωκεάνια φεγγάρια όπως ο Τρίτωνας μπορούν να υποστηρίξουν τη ζωή. Όταν έχεις να κάνεις με γίγαντες πάγου, συνηθίζεις το μάντρα των τριών λέξεων:Δεν ξέρουμε.

Αυτό το μάντρα εξηγεί γιατί ο Runyon μόλις ολοκλήρωσε έναν έντονο γύρο εργασίας ως επιστήμονας του έργου για την Οδύσσεια του Ποσειδώνα, μια προτεινόμενη ναυαρχίδα —δηλαδή πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων— αποστολή της NASA που θα εκτελούσε μια εκτεταμένη έρευνα του Ποσειδώνα και του Τρίτωνα ενώ θα έριχνε έναν ανιχνευτή στον Ποσειδώνα. ατμόσφαιρα. Η τεχνολογία υπάρχει για να οργανώσει μια φιλόδοξη αποστολή όπως αυτή. Ακόμη και οι νηφάλιοι αναλυτές της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών έχουν προσδιορίσει μια γιγάντια αποστολή πάγου ως υψηλή επιστημονική προτεραιότητα. Δυστυχώς, αυτού του είδους τα έργα συνεχίζουν να καταρρίπτονται. Νωρίτερα φέτος, η NASA κόντεψε να εγκρίνει το Trident, μια απογυμνωμένη αποστολή στον Τρίτωνα, αλλά την πέρασε υπέρ ενός ζεύγους ανιχνευτών στην Αφροδίτη.

Ένα μεγάλο μέρος του προβλήματος είναι η αναμονή. Το Voyager 2 χρειάστηκε μια ντουζίνα χρόνια για να φτάσει στον Ποσειδώνα. Εάν το Trident είχε εγκριθεί, δεν θα είχε φτάσει στον προορισμό του μέχρι το 2038 - και ακόμη και τότε, θα είχε στείλει μόνο ένα άλλο στιγμιότυπο. Αν θέλετε να μελετήσετε τους γίγαντες του πάγου, πρέπει να προσαρμοστείτε στον ρυθμό που κάνουν τα πράγματα. Κανένας ερευνητής δεν πρόκειται να ζήσει αρκετά για να παρακολουθήσει έναν πλήρη κύκλο εποχών στον Ουρανό, πολύ λιγότερο στον Ποσειδώνα. Η τελευταία αποστολή σε έναν γίγαντα πάγου έγινε πριν από 32 χρόνια και ρεαλιστικά η επόμενη δεν είναι πιθανό να φτάσει το νωρίτερο μέχρι τη δεκαετία του 2040. αυτό θα είναι αναπόφευκτα μια προσπάθεια πολλών γενεών. Η Heidi Hammel (ηλικίας 0,37 ετών του Ποσειδώνα) ήταν τόσο πολύ καιρό που έχει προχωρήσει σε μεγάλο βαθμό σε διοικητικές εργασίες. «Είναι λυπηρό να το λες, Κόρεϊ, αλλά κάπως δεν κάνω πια αστρονομία», εξομολογείται. Ενθαρρύνεται όμως να βλέπει ανθρώπους όπως ο Kirby Runyon (ένα έξαλλο 0,21 χρόνια Ποσειδώνα) να μπαίνουν στο πεδίο.

Μέχρι να εφεύρει κάποιος warp drive ή κάτι παρόμοιο, δεν υπάρχει τρόπος να ξεπεραστεί το εμπόδιο του χρόνου. Ο μόνος δρόμος προς τα εμπρός είναι να αγκαλιάσεις την ακραία υπομονή ως το κόστος —ή τη χαρά— του να πατάς στο άγνωστο. Αφού ανακάλυψε τον Ουρανό, ο Χέρσελ εξήγησε ότι δεν ήταν η τύχη αλλά η επιμονή που έφερε τον πλανήτη στην θέα. «Εξέτασα κάθε αστέρι των ουρανών», έγραψε. Εκείνη τη νύχτα του 1781 ήταν η «στροφή του Ουρανού να ανακαλυφθεί». Ίσως τώρα είναι η σειρά των γίγαντων του πάγου να γίνουν αληθινά γνωστοί, σε όλο το παράξενο και υπέροχο μεγαλείο τους.

Ο Corey S. Powell είναι επιστημονικός συντάκτης, συγγραφέας και λάτρης των παγετώνων που ζει στο Μπρούκλιν της Νέας Υόρκης. Συνδιοργανώνει το podcast Science Rules με τον Bill Nye.

Αναφορές

1. Smith, R.W. Το δίκτυο του Κέμπριτζ σε δράση:Η ανακάλυψη του Ποσειδώνα. Isis 80 395-422 (1989).

2. Kollerstrom, N. Η ονομασία του Ποσειδώνα. Journal of Astronomical History and Heritage 12 , 66-71 (2009).

3. Bessell, F. Απόσπασμα από τη μετάφραση μιας επιστολής του καθηγητή Bessel, με ημερομηνία Kronigsberg, 10 Αυγούστου 1844. Σχετικά με τις παραλλαγές των κατάλληλων κινήσεων του Procyon και του Sirius. Μηνιαίες ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας 6 , 136-141 (1844).

4. Meeus, J. Ισημερίες και ηλιοστάσια στον Ουρανό και τον Ποσειδώνα. Εφημερίδα της Βρετανικής Αστρονομικής Ένωσης 107 , 332 (1997).

Κύρια εικόνα: NASA / Scientific Visualization Studio / Tom Bridgman