مناخ أورانوس

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 9 صور
الموسوعة الحرة

نصف الكرة الجنوبي لكوكب أورانوس بلونه الطبيعي التقريبي (يسارًا) وبأطوال موجية أعلى (يمينًا)، مُظهرًا أحزمة السحب الخافتة و"غطاء" الغلاف الجوي كما رصدته المركبة الفضائية فوياجر 2

يتأثر مناخ أورانوس بشدة بنقص حرارته الداخلية، مما يحد من نشاط غلافه الجوي، وبميله المحوري الشديد، الذي يُحدث تباينًا موسميًا حادًا. يُعد غلاف أورانوس الجوي باهتًا بشكل ملحوظ مقارنةً بالكواكب العملاقة الأخرى التي يُشبهها في جوانب أخرى. [ 1 ] [ 2 ] عندما حلّقت المركبة الفضائية فوياجر 2 بالقرب من أورانوس عام 1986، رصدت عشرة ظواهر سحابية موزعة على سطح الكوكب بأكمله. [ 3 ] [ 4 ] كشفت عمليات رصد لاحقة من الأرض أو بواسطة تلسكوب هابل الفضائي في تسعينيات القرن الماضي وأوائل الألفية الثانية عن وجود سحب ساطعة في نصف الكرة الشمالي (الشتوي). وفي عام 2006، تم رصد بقعة داكنة تُشبه البقعة المظلمة الكبيرة على نبتون . [ 5 ]

بنية مخططة، ورياح، وسحب

كوكب أورانوس في عام 2005. الحلقات والطوق الجنوبي وسحابة خفيفة في نصف الكرة الشمالي مرئية.
صورٌ التقطها تلسكوب هابل تُظهر التغيرات الموسمية في غلاف أورانوس الجوي. يقع جنوب أورانوس في أعلى اليمين، وشماله في أسفل اليسار. اختفى الغطاء القطبي الجنوبي بين عامي 2007 و2011، وظهر الغطاء القطبي الشمالي بين عامي 2010 و2015.

ظهرت أولى الإشارات إلى وجود أحزمة وأحوال جوية على كوكب أورانوس في القرن التاسع عشر، مثل ملاحظة في مارس وأبريل 1884 لحزام أبيض يدور جزئيًا حول خط استواء أورانوس، بعد عامين فقط من الاعتدال الربيعي لأورانوس. [ 6 ]

في عام 1986، اكتشفت المركبة الفضائية فوياجر 2 أن النصف الجنوبي المرئي من كوكب أورانوس ينقسم إلى منطقتين: غطاء قطبي ساطع وأشرطة استوائية داكنة (انظر الشكل على اليمين). [ 3 ] يقع الحد الفاصل بينهما عند خط عرض -45 درجة تقريبًا . ويُعدّ شريط ضيق يمتد على نطاق خطوط العرض من -45 إلى -50 درجة، أبرز معالم سطح أورانوس المرئي وأكثرها سطوعًا. [ 3 ] [ 7 ] ويُطلق عليه اسم "الطوق" الجنوبي. ويُعتقد أن الغطاء والطوق عبارة عن منطقة كثيفة من سحب الميثان تقع ضمن نطاق ضغط يتراوح بين 1.3 و2 بار . [ 8 ] لسوء الحظ، وصلت فوياجر 2 خلال ذروة فصل الصيف الجنوبي لأورانوس، ولم تتمكن من رصد النصف الشمالي . مع ذلك، في أواخر تسعينيات القرن الماضي وبداية القرن الحادي والعشرين، عندما ظهرت المنطقة القطبية الشمالية، لم يرصد تلسكوب هابل الفضائي وتلسكوب كيك في البداية أي طوق أو غطاء قطبي في نصف الكرة الشمالي. [ 7 ] وهكذا، بدا كوكب أورانوس غير متناظر: ساطعًا بالقرب من القطب الجنوبي ومظلمًا بشكل موحد في المنطقة الواقعة شمال الطوق الجنوبي. [ 7 ] ولكن في عام 2007، عندما مر أورانوس باعتداله، اختفى الطوق الجنوبي تقريبًا، بينما ظهر طوق شمالي خافت بالقرب من خط عرض 45 درجة . [ 9 ] يختلف التركيب العرضي المرئي لأورانوس عن تركيب كوكبَي المشتري وزحل ، اللذين يظهران بأحزمة ضيقة متعددة وملونة. [ 1 ] 

بالإضافة إلى البنية الشريطية واسعة النطاق، رصدت المركبة الفضائية فوياجر 2 عشر سحب صغيرة ساطعة، يقع معظمها على بعد عدة درجات شمالًا من طوق أورانوس. [ 3 ] من جميع النواحي الأخرى، بدا أورانوس ككوكب خامل ديناميكيًا في عام 1986. ومع ذلك، في تسعينيات القرن الماضي، ازداد عدد السحب الساطعة المرصودة بشكل ملحوظ. [ 1 ] وُجدت غالبيتها في نصف الكرة الشمالي عندما بدأت بالظهور. [ 1 ] كان التفسير الشائع، وإن كان غير دقيق، لهذه الظاهرة هو أن السحب الساطعة أسهل في تحديدها في الجزء المظلم من الكوكب، بينما يحجبها طوقه الساطع في نصف الكرة الجنوبي. [ 10 ] ومع ذلك، توجد اختلافات بين سحب كل نصف كرة. فالسحب الشمالية أصغر حجمًا وأكثر وضوحًا وسطوعًا. [ 11 ] يبدو أنها تقع على ارتفاع أعلى ، وهو ما يرتبط بحقيقة أنه حتى عام 2004 (انظر أدناه) لم تُلاحظ أي سحابة قطبية جنوبية عند الطول الموجي 2.2 ميكرومتر ، [ 11 ] وهو الطول الموجي الحساس لامتصاص الميثان ، بينما لوحظت السحب الشمالية بانتظام في هذا النطاق الموجي . ويتفاوت عمر السحب بشكل كبير. فبعض السحب الصغيرة تعيش لساعات، بينما استمرت سحابة جنوبية واحدة على الأقل منذ تحليق مركبة فوياجر. [ 1 ] [ 4 ] كما كشفت الملاحظات الحديثة أن خصائص السحب على أورانوس تتشابه إلى حد كبير مع تلك الموجودة على نبتون، على الرغم من أن الطقس على أورانوس أكثر هدوءًا. [ 1 ] 

البقعة المظلمة على كوكب أورانوس

أول بقعة داكنة رُصدت على كوكب أورانوس. التُقطت الصورة بواسطة كاميرا ACS على متن تلسكوب هابل الفضائي عام 2006.

The dark spots common on Neptune had never been observed on Uranus before 2006, when the first such feature was imaged.[12] In that year observations from both Hubble Space Telescope and Keck Telescope revealed a small dark spot in the northern (winter) hemisphere of Uranus. It was located at the latitude of about 28 ± 1° and measured approximately 2° (1300 km) in latitude and 5° (2700 km) in longitude.[5] The feature called Uranus Dark Spot (UDS) moved in the prograde direction relative Uranus's rotation with an average speed of 43.1 ± 0.1 m/s, which is almost 20 m/s faster than the speed of clouds at the same latitude.[5] The latitude of UDS was approximately constant. The feature was variable in size and appearance and was often accompanied by a bright white cloud called Bright Companion (BC), which moved with nearly the same speed as UDS itself.[5]

The behavior and appearance of UDS and its bright companion were similar to Neptunian Great Dark Spots (GDS) and their bright companions, respectively, though UDS was significantly smaller. This similarity suggests that they have the same origin. GDS were hypothesized to be anticyclonicvortices in the atmosphere of Neptune, whereas their bright companions were thought to be methane clouds formed in places, where the air is rising (orographic clouds).[5] UDS is supposed to have a similar nature, although it looked differently from GDS at some wavelengths. Although GDS had the highest contrast at 0.47 μm, UDS was not visible at this wavelength. On the other hand, UDS demonstrated the highest contrast at 1.6 μm, where GDS were not detected.[5] This implies that dark spots on the two ice giants are located at somewhat different pressure levels—the Uranian feature probably lies near 4 bar. The dark color of UDS (as well as GDS) may be caused by thinning of the underlying hydrogen sulfide or ammonium hydrosulfide clouds.[5]

Zonal wind speeds on Uranus. Shaded areas show the southern collar and its future northern counterpart. The red curve is a symmetrical fit to the data.

The emergence of a dark spot on the hemisphere of Uranus that was in darkness for many years indicates that near equinox Uranus entered a period of elevated weather activity.[5]

Winds

سمح تتبع العديد من خصائص السحب بتحديد الرياح المدارية التي تهب في طبقة التروبوسفير العليا لكوكب أورانوس. [ 1 ] عند خط الاستواء ، تكون الرياح معاكسة لاتجاه دوران الكوكب، وتتراوح سرعتها بين -100 و-50  مترًا في الثانية. [ 1 ] [ 7 ] تزداد سرعة الرياح مع زيادة المسافة من خط الاستواء، لتصل إلى الصفر قرب خط عرض ±20°، حيث تقع أدنى درجة حرارة في طبقة التروبوسفير. [ 1 ] [ 13 ] بالقرب من القطبين، تتحول الرياح إلى اتجاه دوران الكوكب، وتستمر في الازدياد لتصل إلى ذروتها عند خط عرض ±60° قبل أن تتلاشى عند القطبين. [ 1 ] تتراوح سرعة الرياح عند خط عرض -40° بين 150 و200  متر في الثانية. نظرًا لأن طوق أورانوس يحجب جميع السحب أسفل هذا الخط العرضي، فمن المستحيل قياس سرعات الرياح بينه وبين القطب الجنوبي. [ 1 ]  في المقابل، تُسجَّل سرعات قصوى تصل إلى 240 مترًا في الثانية في نصف الكرة الشمالي بالقرب من خط عرض +50 درجة. [ 1 ] [ 7 ] تؤدي هذه السرعات أحيانًا إلى استنتاجات خاطئة مفادها أن الرياح أسرع في نصف الكرة الشمالي. في الواقع، عند مقارنة خطوط العرض، تكون الرياح أبطأ قليلًا في الجزء الشمالي من أورانوس، وخاصة في خطوط العرض المتوسطة من ±20 إلى ±40 درجة. [ 1 ] لا يوجد اتفاق حاليًا حول ما إذا كانت قد طرأت أي تغييرات على سرعة الرياح منذ عام 1986، [ 1 ] [ 7 ] [ 14 ] ولا يُعرف شيء عن الرياح المدارية الأبطأ بكثير . [ 1 ]

التغيرات الموسمية

يُعدّ تحديد طبيعة هذا التباين الموسمي أمرًا صعبًا نظرًا لتوافر بيانات دقيقة عن غلاف أورانوس الجوي لفترة تقل عن سنة أورانوسية كاملة (84 سنة أرضية). [ 15 ] ومع ذلك، فقد تمّ التوصل إلى عدد من الاكتشافات. فقد أظهرت القياسات الضوئية على مدار نصف سنة أورانوسية (بدءًا من خمسينيات القرن الماضي) تباينًا منتظمًا في سطوع نطاقين طيفيين ، حيث تبلغ ذروتها عند الانقلابين الشمسيين ، بينما تبلغ أدنى مستوياتها عند الاعتدالين . [ 16 ] كما لوحظ تباين دوري مماثل، مع ذروة عند الانقلابين الشمسيين، في قياسات الموجات الميكروية للتروبوسفير العميق التي بدأت في ستينيات القرن الماضي. [ 17 ] وأظهرت قياسات درجة حرارة الستراتوسفير، التي بدأت في سبعينيات القرن الماضي، قيمًا قصوى قرب انقلاب عام 1986. [ 18 ]

تُظهر صور تلسكوب هابل الفضائي تغيرات في غلاف أورانوس الجوي مع اقترابه من الاعتدال الربيعي (الصورة على اليمين).

يُعتقد أن معظم هذا التباين ناتج عن تغيرات في هندسة الرؤية . أورانوس كوكب كروي مفلطح ، مما يجعل مساحته المرئية أكبر عند رؤيته من القطبين . وهذا يفسر جزئيًا مظهره الأكثر سطوعًا في الانقلابين الشمسيين. [ 16 ] من المعروف أيضًا أن أورانوس يُظهر اختلافات قوية في البياض بين المناطق (انظر أعلاه). [ 10 ] على سبيل المثال، تكون المنطقة القطبية الجنوبية لأورانوس أكثر سطوعًا بكثير من المناطق الاستوائية . [ 3 ] بالإضافة إلى ذلك، يُظهر كلا القطبين سطوعًا مرتفعًا في الجزء الميكروي من الطيف، [ 19 ] في حين أن طبقة الستراتوسفير القطبية معروفة بأنها أبرد من طبقة الستراتوسفير الاستوائية. [ 18 ] لذا يبدو أن التغير الموسمي يحدث على النحو التالي: يظهر القطبان، وهما ساطعان في كل من نطاقات الطيف المرئي والميكروي، في الأفق عند الانقلابين الشمسيين، مما يؤدي إلى كوكب أكثر سطوعًا، بينما يكون خط الاستواء المظلم مرئيًا بشكل رئيسي بالقرب من الاعتدالين، مما يؤدي إلى كوكب أكثر قتامة. [ 10 ] بالإضافة إلى ذلك، فإن الاحتجابات في الانقلابات الشمسية تكشف عن طبقات الستراتوسفير الاستوائية الأكثر سخونة. [ 18 ]

القدر المرئي لكوكب أورانوس في نطاقين طيفيين (الرسم البياني العلوي) [ 16 ] مُعدّلًا وفقًا للمسافة، ودرجة حرارة الموجات الميكروية الفعّالة (الرسم البياني الأوسط)، ودرجة حرارة الستراتوسفير (الرسم البياني السفلي). [ 17 ] يتركز النطاق الأزرق عند 470  نانومتر، والأصفر عند 550  نانومتر.

مع ذلك، ثمة بعض الأسباب التي تدعو للاعتقاد بحدوث تغيرات موسمية في كوكب أورانوس. فرغم أن أورانوس معروف بوجود منطقة قطبية جنوبية ساطعة، إلا أن قطبه الشمالي خافت نسبياً، وهو ما يتعارض مع نموذج التغير الموسمي المذكور آنفاً. [ 20 ] وخلال انقلابه الشمالي السابق عام 1944، أظهر أورانوس مستويات سطوع مرتفعة، مما يشير إلى أن قطبه الشمالي لم يكن دائماً بهذا القدر من الخفوت. [ 16 ] وتدل هذه المعلومات على أن القطب المرئي يزداد سطوعاً قبل الانقلاب بفترة، ثم يخفت بعد الاعتدال . [ 20 ] وقد كشف تحليل مفصل لبيانات الضوء المرئي والميكروويف أن التغيرات الدورية في السطوع ليست متناظرة تماماً حول الانقلابين، مما يشير أيضاً إلى تغير في أنماط البياض . [ 20 ] إضافة إلى ذلك، أظهرت بيانات الميكروويف زيادة في تباين القطبين وخط الاستواء بعد انقلاب عام 1986. [ 19 ] أخيرًا، في تسعينيات القرن الماضي، ومع ابتعاد أورانوس عن انقلابه الشمسي ، كشف تلسكوب هابل والتلسكوبات الأرضية أن القطب الجنوبي قد خفت بريقه بشكل ملحوظ (باستثناء الطوق الجنوبي الذي ظل ساطعًا)، [ 8 ] بينما أظهر نصف الكرة الشمالي نشاطًا متزايدًا، [ 4 ] مثل تكوّن السحب واشتداد الرياح، مما عزز التوقعات بظهوره ساطعًا قريبًا. [ 11 ] وعلى وجه الخصوص، كان من المتوقع ظهور نظير للطوق القطبي الساطع الموجود في نصف الكرة الجنوبي عند خط عرض -45° في الجزء الشمالي منه. [ 20 ] وقد حدث هذا بالفعل في عام 2007 عندما مر أورانوس بالاعتدال: ظهر طوق قطبي شمالي خافت، بينما أصبح الطوق الجنوبي شبه غير مرئي، على الرغم من أن شكل الرياح المدارية ظل غير متماثل، حيث كانت الرياح الشمالية أبطأ قليلاً من الجنوبية. [ 9 ]

لا تزال آلية التغيرات الفيزيائية غير واضحة. [ 20 ] قرب الانقلابين الصيفي والشتوي ، يقع نصفي أورانوس بالتناوب إما في وهج أشعة الشمس الكامل أو في مواجهة الفضاء السحيق. يُعتقد أن سطوع نصف الكرة المُضاء بنور الشمس ناتج عن زيادة سُمك سحب الميثان وطبقات الضباب الموجودة في طبقة التروبوسفير . [ 8 ] كما يرتبط الطوق الساطع عند خط عرض -45 درجة بسحب الميثان. [ 8 ] ويمكن تفسير التغيرات الأخرى في المنطقة القطبية الجنوبية بتغيرات في طبقات السحب السفلية. [ 8 ] من المحتمل أن يكون تغير انبعاث الموجات الميكروية من أورانوس ناتجًا عن تغيرات في دوران التروبوسفير العميق ، لأن السحب القطبية الكثيفة والضباب قد تُعيق الحمل الحراري. [ 19 ]

لفترة وجيزة في النصف الثاني من عام ٢٠٠٤، ظهرت عدة سحب كبيرة في الغلاف الجوي لأورانوس، مما منحه مظهرًا مشابهًا لكوكب نبتون . [ ١١ ] [ ٢١ ] وشملت الملاحظات سرعات رياح قياسية بلغت ٨٢٤  كم/ساعة وعاصفة رعدية مستمرة أُطلق عليها اسم "ألعاب نارية الرابع من يوليو". [ ٤ ] لا يُعرف سبب هذا الارتفاع المفاجئ في النشاط بشكل كامل، ولكن يبدو أن ميل محور أورانوس الشديد يؤدي إلى تقلبات موسمية حادة في طقسه. [ ١٢ ] [ ٢٠ ]

نماذج الدورة الدموية

صورة التقطها تلسكوب هابل الفضائي لكوكب أورانوس عام 1998 تُظهر السحب في نصف الكرة الشمالي.
يعود اللون الأخضر لغلاف أورانوس الجوي إلى غاز الميثان والضباب الدخاني الكيميائي الضوئي على ارتفاعات عالية. التقطت المركبة الفضائية فوياجر 2 هذه الصورة للكوكب السابع أثناء مغادرتها نظام أورانوس في أواخر يناير 1986. وتُظهر هذه الصورة أورانوس تقريبًا على طول قطبه الدوراني.

طُرحت عدة حلول لتفسير هدوء الطقس على كوكب أورانوس. أحد التفسيرات المقترحة لهذا النقص في السحب هو أن حرارة أورانوس الداخلية تبدو أقل بكثير من حرارة الكواكب العملاقة الأخرى؛ فلكيًا، يتميز بتدفق حراري داخلي منخفض . [ 1 ] [ 13 ] ولا يزال سبب انخفاض تدفق حرارة أورانوس غير مفهوم. يُشع كوكب نبتون ، وهو توأم أورانوس تقريبًا في الحجم والتركيب، طاقةً في الفضاء تفوق 2.61 مرة الطاقة التي يتلقاها من الشمس. [ 1 ] في المقابل، يكاد أورانوس لا يُشع أي حرارة زائدة. تبلغ الطاقة الإجمالية التي يُشعها أورانوس في نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة (أي الحرارة ) من الطيف 1.06  ±  0.08 مرة من الطاقة الشمسية التي يمتصها غلافه الجوي . [ 22 ] [ 23 ] في الواقع، يبلغ تدفق الحرارة على كوكب أورانوس 0.042  ±  0.047  واط/م² فقط ، وهو أقل من تدفق الحرارة الداخلي للأرض الذي يبلغ حوالي 0.075  واط/م² . [ 22 ] أما أدنى درجة حرارة مسجلة في طبقة التروبوبوز على كوكب أورانوس فهي 49  كلفن (-224  درجة مئوية)، مما يجعل أورانوس أبرد كوكب في المجموعة الشمسية، حتى أنه أبرد من نبتون . [ 22 ] [ 23 ]

تفترض فرضية أخرى أنه عندما "انقلب" كوكب أورانوس بفعل النيزك الهائل الذي تسبب في ميله المحوري الشديد، أدى ذلك أيضًا إلى فقدانه معظم حرارته البدائية، مما أدى إلى انخفاض درجة حرارة نواته. وتفترض فرضية أخرى وجود نوع من الحاجز في الطبقات العليا لأورانوس يمنع حرارة النواة من الوصول إلى السطح. [ 24 ] على سبيل المثال، قد تحدث تيارات الحمل الحراري في مجموعة من الطبقات ذات التركيب المختلف، مما قد يعيق انتقال الحرارة إلى الأعلى . [ 22 ] [ 23 ]

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Sromovsky & Fry 2005 .
  2. ↑ بييرومبير، ريموند ت. (2 ديسمبر 2010). مبادئ مناخ الكوكب . مطبعة جامعة كامبريدج . ص  20. ISBN 9781139495066تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 نوفمبر 2014 .
  3. 1 2 3 4 5 سميث سودربلوم وآخرون 1986 .
  4. 1 2 3 4 لاكداوالا 2004 .
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 Hammel Sromovsky et al. 2009 .
  6. ↑ بيروتين، هنري (1 مايو 1884). "مظهر أورانوس" . مجلة نيتشر . 30 : 21. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 نوفمبر 2018 .
  7. 1 2 3 4 5 6 هاميل دي باتر وآخرون. ("أورانوس في عام 2003") 2005 .
  8. 1 2 3 4 5 راجيس هامل وآخرون. 2004 .
  9. 1 2 Sromovsky Fry et al. 2009 .
  10. 1 2 3 كاركوشكا ("أورانوس") 2001 .
  11. 1 2 3 4 هاميل دي باتر وآخرون. ("أورانوس في عام 2004") 2005 .
  12. 1 2 Sromovsky Fry et al. 2006 .
  13. 1 2 هانيل كونراث وآخرون. 1986 .
  14. ^ هامل راجيس وآخرون. 2001 .
  15. ↑ شيبارد، جورج (1861). مناخ إنجلترا . لونغمان، غرين، لونغمان، وروبرتس. ص 28. تاريخ الاطلاع: 19 نوفمبر 2014. يُكمل كوكب أورانوس دورته حول الشمس في 84 عامًا . 
  16. 1 2 3 4 لوكوود و جيرزيكيويتش 2006 .
  17. 1 2 كلاين وهوفستادتر 2006 .
  18. 1 2 3 يونغ 2001 .
  19. 1 2 3 هوفستاتر وباتلر 2003 .
  20. 1 2 3 4 5 6 Hammel & Lockwood 2007 .
  21. ↑ ديفيت 2004 .
  22. 1 2 3 4 بيرل كونراث وآخرون 1990 .
  23. 1 2 3 لونين 1993 .
  24. ^ بودولاك وايزمان وآخرون. 1995 .

مصادر