De planeet Neptunus staat bekend als een 'blauwe' planeet en Uranus als een 'groene' maar een nieuw onderzoek heeft aangetoond dat de twee ijsreuzen in werkelijkheid veel dichter bij elkaar liggen qua kleur dan doorgaans wordt gedacht. De juiste tinten van de planeten zijn bevestigd met behulp van onderzoek onder leiding van professor Patrick Irwin van de Universiteit van Oxford, dat op 4 januari 2024 is gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Hij en zijn team ontdekten dat beide werelden in feite een vergelijkbare tint groenachtig blauw hebben, ondanks de algemene overtuiging dat Neptunus diep azuurblauw is en Uranus een bleek cyaan uiterlijk heeft.
Astronomen weten al lang dat de meeste moderne afbeeldingen van de twee planeten hun ware kleuren niet goed weergeven. De misvatting is ontstaan doordat beelden die in de 20e eeuw van beide planeten zijn gemaakt - onder andere door de Voyager 2-missie van de NASA, het enige ruimteschip dat langs deze werelden vloog, beelden in afzonderlijke kleuren opnamen. De beelden met één kleur werden later samengevoegd tot samengestelde kleurenbeelden, die niet altijd nauwkeurig gebalanceerd waren om een "echt" kleurenbeeld te krijgen en, vooral in het geval van Neptunus, vaak "te blauw" waren gemaakt.
Bovendien werden de vroege Neptunus-beelden van Voyager 2 sterk contrastrijk gemaakt om de wolken, banden en winden die ons moderne perspectief van Neptunus bepalen, beter te laten zien. Professor Irwin zei: "Hoewel de bekende Voyager 2-beelden van Uranus werden gepubliceerd in een vorm die dichter bij de 'ware' kleur ligt, werden die van Neptunus in feite uitgerekt en versterkt, en daardoor kunstmatig te blauw gemaakt." "Hoewel de kunstmatig verzadigde kleur destijds bekend was onder planeetwetenschappers, en de beelden werden uitgebracht met onderschriften waarin het werd uitgelegd, was dat onderscheid in de loop der tijd verloren gegaan."
"Door ons model toe te passen op de oorspronkelijke gegevens, hebben we de meest nauwkeurige weergave tot nu toe van de kleur van zowel Neptunus als Uranus kunnen reconstrueren." In de nieuwe studie gebruikten de onderzoekers gegevens van de Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) van de Hubble-ruimtetelescoop en de Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) van de Very Large Telescope van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht. In beide instrumenten is elke pixel een continu spectrum van kleuren. Dit betekent dat STIS- en MUSE-waarnemingen eenduidig kunnen worden verwerkt om de ware schijnbare kleur van Uranus en Neptunus te bepalen.
De onderzoekers gebruikten deze gegevens om de samengestelde kleurenbeelden die waren opgenomen door de Voyager 2-camera en door de Wide Field Camera 3 (WFC3) van de Hubble-ruimtetelescoop opnieuw uit te balanceren. Hieruit bleek dat Uranus en Neptunus eigenlijk een vergelijkbare kleur groenachtig blauw hebben. Het belangrijkste verschil is dat Neptunus een klein vleugje extra blauw heeft, wat volgens het model te wijten is aan een dunnere waaslaag op die planeet. Het onderzoek geeft ook antwoord op het aloude raadsel waarom de kleur van Uranus licht verandert tijdens zijn 84-jarige baan om de zon.
De auteurs kwamen tot hun conclusie nadat ze eerst beelden van de ijsreus hadden vergeleken met metingen van zijn helderheid, die tussen 1950 en 2016 door het Lowell Observatory in Arizona waren opgenomen op blauwe en groene golflengten. Uit deze metingen bleek dat Uranus iets groener lijkt op zijn zonnewendes (d.w.z. zomer en winter), wanneer een van de polen van de planeet naar onze ster is gericht. Maar tijdens de nachteveningen, wanneer de zon boven de evenaar staat, is hij iets blauwer. Een deel van de reden hiervoor is bekend omdat Uranus een zeer ongebruikelijke draaiing heeft.
Hij draait tijdens zijn baan bijna op zijn kant, wat betekent dat tijdens de zonnewendes van de planeet de noord- of zuidpool bijna recht naar de zon en de aarde wijst. Dit is belangrijk, aldus de auteurs, omdat elke verandering in de reflectiviteit van de poolgebieden een grote invloed zou hebben op de algehele helderheid van Uranus wanneer deze vanaf onze planeet wordt gezien. Waar astronomen minder duidelijkheid over hadden, is hoe of waarom deze reflectiviteit verschilt.
Dit bracht de onderzoekers ertoe een model te ontwikkelen dat de spectra van de poolgebieden van Uranus vergeleek met de equatoriale gebieden. Ze ontdekten dat de poolgebieden meer reflecteren op groene en rode golflengten dan op blauwe golflengten, deels omdat methaan, dat rood absorbeert, bij de polen ongeveer half zo overvloedig aanwezig is als bij de evenaar. Dit was echter niet genoeg om de kleurverandering volledig te verklaren, dus voegden de onderzoekers een nieuwe variabele aan het model toe in de vorm van een 'kap' van geleidelijk dikker wordende ijzige waas die al eerder is waargenomen boven de zomerse, zonovergoten pool als de planeet van equinox naar zonnewende beweegt.
Astronomen denken dat dit waarschijnlijk bestaat uit deeltjes methaanijs. Bij simulatie in het model bleek dat de ijsdeeltjes de weerkaatsing op groene en rode golflengten bij de polen verder verhoogden, wat een verklaring biedt voor het feit dat Uranus groener is tijdens de zonnewende. Professor Irwin zei: "Dit is de eerste studie die een kwantitatief model koppelt aan beeldgegevens om te verklaren waarom de kleur van Uranus verandert tijdens zijn baan."
"Op deze manier hebben we aangetoond dat Uranus groener is tijdens de zonnewende doordat er minder methaan aanwezig is in de poolgebieden, maar ook een grotere dikte van helder verstrooiende methaanijsdeeltjes." Dr. Heidi Hammel van de Association of Universities for Research in Astronomy (AURA), die Neptunus en Uranus al tientallen jaren bestudeert maar niet betrokken was bij het onderzoek, zei: "De verkeerde waarneming van de kleur van Neptunus en de ongewone kleurveranderingen van Uranus hebben ons decennialang parten gespeeld. Deze uitgebreide studie zou eindelijk een einde moeten maken aan beide problemen."
De ijsreuzen Uranus en Neptunus blijven een aantrekkelijke bestemming voor toekomstige robotverkenners, voortbouwend op de erfenis van de Voyager in de jaren 1980. Professor Leigh Fletcher, een planeetwetenschapper van de Universiteit van Leicester en co-auteur van de nieuwe studie, zei: "Een missie om het Uranische systeem te verkennen, van zijn bizarre seizoensatmosfeer tot zijn diverse verzameling ringen en manen, is een hoge prioriteit voor de ruimtevaartorganisaties in de komende decennia."
Maar zelfs een langlevende planeetverkenner in een baan rond Uranus zou slechts een korte momentopname van een Uraans jaar vastleggen.
"Dergelijke studies op aarde, die laten zien hoe het uiterlijk en de kleur van Uranus in de loop van de decennia zijn veranderd als reactie op de vreemdste seizoenen in het zonnestelsel, zullen van vitaal belang zijn om de ontdekkingen van deze toekomstige missie in hun bredere context te plaatsen," voegde professor Fletcher eraan toe.
Bron: University of Oxford
