해왕성의 상위 대기에는 태양계에서 가장 빠른 바람이 포함되어 있으며 400m/s (900mph) 이상의 속도에 도달합니다. 이러한 흐릿한 바람이 지속되는 방법은 행성 과학자들에게 미스터리입니다. 해왕성은 지구보다 태양에서 30 배 더 멀리 떨어져 있습니다. 즉, 지구는 지구보다 900 배 적은 플럭스를받습니다. 따라서 들어오는 방사선만으로도 해왕성의 극한 바람에 힘을 줄 수는 없습니다.
Voyager 2는 해왕성이 태양의 침해만으로받을 수있는 두 배 이상의 에너지를 방출한다는 것을 발견 했으므로 [1], 일부 내부 힘은 해왕성 내 에너지를 유도해야한다는 것을 발견했다. 최근 논문 [2]에서 과학자들은 지구상의 상부 대기의 구조와 역학을 유추하기 위해 Keck 망원경으로 해왕성에서 밝은 구름 특징을 관찰했습니다. 이 구름의 속도와 위치는 대기 온도, 조성 및 대류 운동과 관련이 있습니다. 결과적으로, 이러한 특성은 해왕성의 형성 역사와 진화에 대한 단서를 제공하고 해왕성의 힘이 어떻게 구동되는지 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.
Neptune의 풍속은 지구 주위를 압축 할 때 밝은 구름 기능을 추적하여 도출됩니다 (그림 1). 각 클라우드 프레임의 위치를 추적하여 속도를 결정할 수 있습니다. 이 속도는 거의 순전히 동서 방향으로 사용됩니다. Neptune의 상당히 빠른 회전 속도 (해왕성의 하루는 16 시간)로 인해 Coriolis Force는 이러한 특징을 위도에서 고정시킵니다. 매우 빠르게 회전하는 동안 팔을 잡고 있으면 팔을 올리거나 내리는 방법과 비슷합니다. "구역 풍력 프로파일"이라는 글로벌 풍속 프로파일은 다른 위도에서 클라우드 기능의 속도를 결합하여 형성됩니다.
Voyager 2는 해왕성의 구역 바람 프로파일을 첫 번째로 측정했습니다. Keck 망원경으로 해왕성의 후속 관찰은 최신 구역 풍 측정을 제공했습니다. 해왕성의 적도에서 상이한 필터에서 취한 구역 바람 프로파일 사이에서 최대 100m/s (225mph)의 상당한 풍속 차이가 관찰되었다. 이러한 풍속 차이는 지구가 시간이 지남에 따라 변하거나 다른 스펙트럼 창에서 관찰하기 때문일 수 있습니다.
처음으로 과학자들은 이전의 설명을 배제 할 수있었습니다. 두 필터로 해왕성을 관찰하여 하룻밤 동안 둘 사이의 앞뒤로 번갈아 가면서 각 필터의 프레임 사이의 클라우드 동작을 최소화하는 두 필터에 이미지 세트를 구성 할 수있었습니다. 각 필터는 해왕성에 대한 뚜렷한 고도를 조사하기 때문에 연구원들은 풍속이 깊이에 따라 변하기 때문에 그들이 본 100m/s의 차이가 있어야한다고 결론 지었다.
.풍속의 이러한 수직 차이는 주변 대기의 구조와 역학을 유발하는 것에 대한 많은 단서를 제공합니다. 위도 온도 또는 조성 변화로 인한 압력 구배는 바람을 유도하기 위해 필요합니다. 수직 풍속 차이의 크기는 이러한 변화의 강도와 수학적으로 연결되어 있습니다. 구름은 Neptune의 중간 위에서 가장 두드러지며, 그 지역은 적도보다 훨씬 차갑고 응축 가능한 메탄이 풍부하다는 것을 시사합니다. 과학자들은이 그림이 해왕성의 분위기 전체에서 수직으로 확장되었다고 가정했습니다. 그러나 관찰 된 100 m/s 수직 풍속 차이는이 발견과 모순되는 것으로 보입니다.
최근 논문에서 저자들은 관찰 된 구름 데크 아래에서 위의 그림이 반전 될 수 있다고 주장합니다. 그들은 적도가 행성의 중간 충돌 관찰과 일치하는 중간 부각물보다 따뜻하다면, 메탄은 적도에 비해 중간 위에서 4 배나 고갈되어야한다고 결론 지었다. 이 발견은 또한 대기가 에너지를 순환하고 분배하는 방법에도 영향을 미칩니다. 메탄이 풍부한 체제는 공기가 상승하는 것과 일치하며, 이는 단열 적으로 팽창하고 응축 된 구름 미립자로 냉각됩니다. 반대로, 메탄이 부족한 위치는 다운 웰링 동작을 암시합니다. 지구의 해들리 세포와 마찬가지로, 이것은 해왕성의 대기를위한 전 세계 순환 모델을 형성합니다. 그러나이 연구는 해왕성의 분위기가 구조적으로 복잡하다고 주장합니다. 순환 세포가 서로 위에 쌓인 경우 얼마나 많은 세포가 있는지, 그리고 그들이 얼마나 깊이 들어가는지는 확실하지 않습니다.
지상 기반 관찰과 허블 우주 망원경은 1980 년대 후반 Voyager가 날아간 이후로 Neptune의 흐린 분위기를 연구하는 일반적인 방법이었습니다. 최근 해왕성은 특이한 폭풍우가 많은 활동이었습니다. Neptune의 일반적으로 어둡고 조용한 적도 지역의 거대한 폭풍은 Keck [3]과 함께 2017 년 여름에 발견되었으며, 5 번째로 본 새로운 어두운 곳은 2015 년 9 월에 허블 우주 망원경으로 발견되었습니다 [4].
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이러한 특징을 형성하는 것은 무엇이며, 얼마나 깊이 확장되고, 무엇인지는 현재 알려져 있지 않습니다. NASA는 천왕성과 해왕성을 향후 수십 년 동안 새로운 주력 우주선 임무의 잠재적 목표로 확인했습니다. Neptune의 또 다른 클로즈업은 이러한 흥미로운 클라우드 시스템에서 고해상도를 엿볼 수 있고 이러한 답이없는 질문을 해결하는 데 도움이됩니다.
이러한 결과는 Neptune의 상위 대기의 수직 바람 전단이라는 제목의 기사에 설명되어 있으며 최근 Icarus 저널에 발표 된 수정 된 열풍 방정식으로 설명됩니다. 이 작품은 Joshua Tollefson, Imke de Pater, Philip S. Marcus 및 University of California, Berkeley, 미국 자연사 박물관의 Statia Luszcz-Cook, Lawrence A. Sromovsky 및 Patrick M. Fry, Wisconsin University, Madison 대학의 Leigh N. Fry에 의해 수행되었습니다.
참조 :
- J.C. Pearl, B.J. Conrath., Albedo, 유효 온도 및 Neptune의 에너지 균형, Voyager 데이터에서 결정. JGR Space Physics 96, S01. pp. 18921-18930 (1991). https://doi.org/10.1029/91ja01087
- j. Neptune의 상위 대기의 수직 바람 전단은 수정 된 열풍 방정식으로 설명했습니다. Icarus 311, 1. pp. 317-339 (2018). https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/s001910351630210x
- http://www.keckobservatory.org/new_storm_makes_surprise_appearance_on_neptune/
- Wong et al., 해왕성의 새로운 어두운 소용돌이. 천체 물리학 저널 155, 3. pp. 117-125 (2018). https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/s001910351630210x
