gov-civil-vilareal.ptDas warme Leuchten der Ringe um Uranus
>Alle vier Riesenplaneten unseres Sonnensystems haben Ringe. Saturns sind offensichtlich, Jupiters sind unglaublich dünn, und während Neptun Ringe hat, hat einer von ihnen helle Regionen, die offensichtlichere Bögen bilden, deren Ursache unbekannt ist.
Uranus hat auch Ringe. Beobachtungen vom Boden und von Raumfahrzeugen haben ergeben, dass es mindestens zehn schmale Ringe aus eisigen Partikeln und auch drei breitere, staubigere Ringe gibt. Die Ringe des Uranus sind im sichtbaren Licht dunkel, was bedeutet, dass sie nicht viel Sonnenlicht reflektieren, wodurch sie von der Erde aus schwer zu sehen sind.
Aber eine lustige Sache an dunklen Dingen, die Sonnenlicht absorbieren, ist, dass sie Wärmer . Eine Grundregel der Physik ist, dass alles über einer Temperatur des absoluten Nullpunkts Licht emittiert und die Wellenlänge (Farbe), bei der es den größten Teil seiner Energie emittiert, mit der Temperatur ändert. Die Ringe von Uranus reflektieren zwar nicht viel Sonnenlicht, sind aber warm genug, um emittieren Licht. Es wäre weit außerhalb dessen, was unsere Augen sehen können, im fernen Infrarot (manchmal als thermisches Infrarot bezeichnet) und noch längeren Wellenlängen, wie im Millimeterbereich.
Vor kurzem, Astronomen beobachteten Uranus in diesen Wellenlängen mit dem Very Large Telescope (empfindlich auf thermisches IR) und ALMA, dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array, beide in Chile. Der Zweck der Beobachtungen war es, die Atmosphäre des Riesenplaneten zu betrachten, aber zu ihrer Überraschung einer der Ringe war hell genug, um in den Bildern leicht zu erkennen !
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Beobachtungen von Uranus und seinen Ringen bei verschiedenen Wellenlängen (von links nach rechts 3,1 Millimeter, 2,1 mm, 1,3 mm und 18,8 Mikrometer (thermisches Infrarot) zeigen, dass der Epsilon-Ring Licht aussendet. Uranus ist sehr hell und wurde aus Gründen der Klarheit ausgeblendet. Credit : Molter et al.
Der helle Ring, den Sie in diesen Bildern sehen können, ist der ε (Epsilon)-Ring, der hellste von allen. Obwohl mit dem Auge nicht sichtbar, werden auch mehrere andere Ringe in den Bildern erkannt (sie erscheinen, wenn Sie das gesamte Licht von elliptischen Ringen (Ringen) um Uranus in den richtigen Abständen sammeln und das gesamte Licht addieren). Dies ist das erste Mal, dass die Ringe im emittierten thermischen Licht gesehen wurden; frühere Beobachtungen zeigen immer, dass sie Sonnenlicht reflektieren.
Das Coole daran – im wahrsten Sinne des Wortes – ist, dass die Temperatur der Ringteilchen gemessen werden kann (da die Art und Weise, wie Objekte Licht emittieren, wiederum von der Temperatur abhängt). Die Astronomen fanden heraus, dass die Ringteilchen eine Temperatur von 77 Kelvin haben – das sind etwa -200° C, etwa bei der Temperatur, bei der Stickstoff aus einem Gas zu einer Flüssigkeit kondensiert. Also ja, wir reden hier über kalt… aber trotzdem ist das wärmer, als Sie für Eis in der Entfernung von Uranus von der Sonne erwarten würden, selbst wenn die Partikel dunkel sind.
Das zusammengesetzte Bild von Uranus und seinen Ringen in Millimeterwellenlängen zeigt die Ringe, die aufgrund ihrer warmen 77K-Temperatur Licht emittieren. Kredit: Edward Molter und Imke de Pater
Der Grund dafür hängt von einigen Dingen ab, unter anderem davon, wie gut die Partikel Wärme abgeben (sogenanntes thermische Trägheit ) und wie schnell sich die einzelnen Teilchen drehen. Der erste Teil mag für Sie intuitiv sinnvoll sein; manche Alltagsgegenstände speichern die Wärme besser als andere. Eine Kuchenform aus Glas bleibt beispielsweise länger heiß als eine aus Metall, nachdem Sie sie aus dem Ofen genommen haben. Das bedeutet, dass Glas eine höhere thermische Trägheit hat als Metall, so dass es länger dauert, sich abzukühlen (in Wirklichkeit ist es komplizierter, weil Dinge in Ihrer Küche durch Wärmeleitung gekühlt werden, wodurch die damit in Kontakt kommende Luft erwärmt wird, während die Dinge im Weltraum um diese Wärme als Licht abzustrahlen, ein viel weniger effizientes Verfahren).
Der andere Teil, über Spin, ist etwas seltsamer. Was dort passiert ist, dass ein Ringteilchen im Sonnenlicht sitzt, sodass eine Hälfte davon etwas wärmer wird als die der Sonne abgewandte Hälfte. Wenn sich das Teilchen schnell dreht, hat ein bestimmter Teil seiner Oberfläche nicht viel Zeit, um diese Wärme abzustrahlen, bevor es sich wieder erwärmt, während es sich wieder ins Sonnenlicht dreht. Das ganze Teilchen hat ungefähr die gleiche Temperatur. Dreht er sich jedoch langsam, ist die der Sonne zugewandte Seite viel wärmer als die dunkle Seite, die Zeit hat, Wärme abzustrahlen und dadurch kühler zu werden.
Die Beobachtungen der Ringe weisen darauf hin, dass die sonnenbeschienene und die dunkle Seite der Ringteilchen unterschiedliche Temperaturen haben, sodass sie sich entweder langsam drehen oder eine geringe thermische Trägheit aufweisen. Ich weiß, das mag esoterisch erscheinen, aber es sind Beweise wie diese, die Wissenschaftlern helfen, sich ein Bild davon zu machen, was in diesen Ringen passiert; Wir können herausfinden, woraus die Ringteilchen bestehen und wie sie auf ihre Umgebung reagieren.
Apropos, die neuen Ergebnisse zeigen auch, dass es nicht viel Staub gibt zwischen die Ringe. Die neuen Beobachtungen sind nicht so staubempfindlich, stimmen jedoch mit anderen Beobachtungen überein, die sind . Wenn dort Staub wäre, würden die Beobachtungen anders aussehen.
Dies impliziert auch, dass die Partikel im ε-Ring ziemlich groß sind, wobei keines kleiner als ungefähr ein Zentimeter ist (etwa die Größe einer Traube oder eines Golfballs). Das ist ganz anders als bei den Saturnringen, wo Dinge so klein wie ein Mikrometer (ein Millionstel Meter; ein menschliches Haar ist etwa 100 Mikrometer breit) üblich ist. Die Teilchen in den Ringen von Uranus sind viel größer, was bedeutet, dass sie einen anderen Ursprung (oder wahrscheinlicher eine andere Geschichte) haben als die Ringe des Saturn. Vielleicht mahlen sie nicht so stark ineinander, oder vielleicht werden kleine Partikel durch einen in der Umgebung von Uranus wirkenden Mechanismus herausgeblasen.
Das ist nicht klar, also ist es noch ein weiteres Rätsel, das gelöst werden muss. Es gibt viele wirklich grundlegende Dinge, die wir über die äußeren Planeten noch nicht wissen, und Beobachtungen wie diese helfen. Noch besser wäre es, eine große Cassini-ähnliche Mission zu Uranus und/oder Neptun zu haben, etwas, das dort ein paar Jahre verbringen könnte, um sich wirklich gut umzusehen. Es gibt einige Ideen, die von der NASA nachgedacht werden , aber wir sind noch weit davon entfernt zu sehen, wie eine tatsächliche Mission von ihnen ausgeht.
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Ich hoffe das ändert sich irgendwann bald. Uranus und Neptun sind die einzigen Planeten im Sonnensystem, die noch nie umkreist wurden (wenn Sie sich Pluto als Planeten vorstellen möchten, hat er es auch nicht, aber New Horizons hat tonnenweise hochauflösende Bilder bekommen , wo die Bilder von Uranus und Neptun aus Voyager 2 sind nicht so scharf). Über beide gibt es noch viel zu lernen.
