Патрик Ирвин (Patrick Irwin) из Оксфордского университета и его коллеги опубликовали результаты анализа данных наблюдений за Ураном и Нептуном наземных телескопов IRTF и «Джемини», космического телескопа «Хаббл» и аппарата «Вояджер-2», охватывающих диапазон длин волн 0,3–2,5 микрометров и их сравнение с данными моделирований спектров отражения ледяных гигантов. Целью ученых было получить единую модель распределения аэрозолей в атмосферах Урана и Нептуна, которая соответствовала бы наблюдениям.

Итоговая модель распределения аэрозолей выглядит следующим образом. В глубоких слоях атмосферы (при давлении более 7 бар) залегает первый слой аэрозолей, состоящих из субмикронных частиц тумана и льда на основе сероводорода, созданных за счет фотохимических процессов. Эти частицы сильно рассеивают свет на длине волны 500 нанометров, но сильнее поглощают излучение как на более коротких, так и на более длинных волнах. Второй тонкий слой аэрозоля залегает вблизи уровня конденсации метана (при давлении 1–2 бар) и состоит из микронных частиц дымки фотохимического происхождения, которые обладают меньшей отражательной способностью в оптическом диапазоне волн, чем частицы из первого слоя, а также сильнее поглощают излучение как на более коротких, так и более длинных волнах. Третий слой аэрозолей представляет собой вертикально вытянутую дымку из мелких частиц, начинающийся при давлении 1–2 бар и простирающийся до стратосферы.

Таким образом, фотохимическая дымка, образующаяся в верхних слоях атмосферы обеих планет, неуклонно смешивается с нижними слоями, где концентрируется в вертикально тонком и статически устойчивом слое вблизи уровня конденсации метана. Метан так быстро конденсируется на этих частицах дымки, что выпадает в виде снега у основания этого слоя, опускаясь на более низкие и теплые уровни, где испаряется, высвобождая частицы дымки, что инициирует образование облаков из ледяных кристалликов сероводорода. 

В случае Нептуна ученые пришли к выводу, что в модель необходимо добавить тонкий слой из микронных частиц метанового льда, залегающий при давлении 0,2 бар, чтобы объяснить усиленное отражение на более длинных длинах волн. Кроме того, спектральные характеристики темных пятен можно объяснить за счет затемнения или просветления самого нижнего слоя аэрозолей. В случае Урана непрозрачность второго слоя аэрозолей в 2 раза больше, чем у Нептуна, что объясняет более низкую отражательную способность Урана в ультрафиолетовом диапазоне и то почему Уран кажется человеческому глазу бледно-голубым.

Источник: N+1

Оригинальная статья: https://arxiv.org/pdf/2201.04516.pdf