Mnogo se toga promijenilo otkad je NASA-ina misija Galileo ispustila sondu u Jupiterovu atmosferu da bi istražila, između ostalog, i toplinski motor koji upravlja atmosferskom cirkulacijom plinskog diva.

NASA-in znanstvenik i njegov tim u centru „Goddard Space Flight“  (Greenbelt, Maryland) iskorištavaju taj napredak da bi stvorili manji, sposobniji radiometar fluksa. Ova vrsta instrumenta govori znanstvenicima gdje se grijanje i hlađenje odvija u atmosferi planeta i definira uloge solarnih i unutarnjih izvora topline koji doprinose atmosferskim kretanjima. Radiometar nove generacije posebno je razvijen za proučavanje atmosfere Urana ili Neptuna, ali se može koristiti na bilo kojoj meti s atmosferom, doznajemo od NASA-e.

Samo su Uran i Neptun neistraženi planeti

Od svih planeta u Sunčevom sustavu, samo Uran i Neptun – koji se nazivaju ledeni divovi jer su sastavljeni uglavnom od leda – ostaju relativno neistraženi. Dok je Voyager 2 snimao fotografije sedmog i osmog planeta, nije dobio detalje koji oduzimaju dah, a misije Galilea i Cassinija okupile su se oko Jupitera i Saturna. Čak i daleki Pluton stvorio je bliski pogled s misijom New Horizons 2015. godine.

Mnogo toga još treba otkriti, kaže Shahid Aslam, koji vodi tim za razvijanje instrumenta nove generacije – financiranjem iz NASA-inih Planetarnih koncepata za promicanje promatranja Sunčevog sustava ili programa PICASSO.

Ne zna se što Neptunu daje tamniju plavu boju

Znanstvenici znaju da i Uran i Neptun, domaćini bljuzgavog plašta vode, amonijaka i ledenog metana, dok se njihova atmosfera sastoji od molekularnog vodika, helija i metana. Međutim, razlike postoje u ovim hladnim vanjskim svjetovima.

FOTO/Wikimedia Commons, Neptun

Kako temperature padaju ispod -333,7 stupnjeva Celzijusa, plin amonijak se zamrzava u kristalima leda i ispada iz atmosfere obaju planeta. Metan – plavi plin – postaje dominantan. Dok je atmosfersko-metanski sadržaj sličan kod oba planeta, oni izgledaju drugačije.

„Uran se pojavljuje kao mutna, plavo-zelena boja, dok Neptun poprima mnogo dublju plavu boju. Smatra se da neki nepoznati atmosferski sastojak doprinosi tamnijoj plavoj boji Neptuna“, kaže Aslam za NASA-u.

Uranu nedostaje unutarnje topline. Zbog toga su njegovi oblaci hladni i ne prelijevaju se iznad gornjeg sloja neprozirnosti. Neptun, s druge strane, zrači onoliko energije koliko dobiva od Sunca. Ta unutarnja energija daje Neptunu aktivnu, dinamičnu atmosferu, koju odlikuju tamni pojasevi i svijetli oblaci metanskog leda i ciklonske oluje.

„Budući da NASA nikada nije imala misiju posvećenu ledenim divovima, detalji fizike u vožnji tim atmosferskim uvjetima, ostaju nedostižni“, kaže Aslam.

Novi instrumenti bi mogli dati odgovore

Stvorili bi tzv. nasljednika instrumenta sličnog onomu koji je prikupio podatke o Jupiterovim atmosferskim uvjetima prije nego ga je slomio Jupiterov atmosferski tlak u prosincu 1995. godine.

Mjerenja tlaka sondom na vrhu i na dnu, pomogla su znanstvenicima da izračunaju razliku između ta dva – mjerenje koje se naziva neto fluks. Osim pojedinosti o atmosferskom grijanju i hlađenju, podaci o neto protoku otkrivaju informacije o slojevima oblaka i njihovom kemijskom sastavu.

“Zapravo, možete mnogo naučiti od podataka o neto protoku, posebno o izvorima i odvodima planetarnog zračenja”, dodaje Aslam.

FOTO/NASA-Voyager 2

Kao i njegov prethodnik, Aslamov instrument bi trebao izvršiti „samoubilački pad“ kroz atmosferu Urana ili Neptuna.

„Padanjem bi prikupljao informacije o tim slabo shvaćenim regijama s većom preciznošću i učinkovitošću“ kaže Aslam. “Dostupni materijali, filteri, elektronički detektori, računalno letenje i upravljanje i obrada podataka su se poboljšali. Iskreno, imamo bolju tehnologiju. Jasno je da je sada vrijeme da se razvije sljedeća generacija ovog instrumenta za ulazak budućih sondi u atmosferu ”, dodaje za NASA-u.

Prednost uporabe termo senzora

Primjerice, umjesto uporabe piroelektričnih detektora koji se koriste na Galileu, Aslam razmatra upotrebu termo senzora koji pretvaraju toplinsku ili infracrvenu valnu duljinu ili toplinu u električne signale. Prednost je u tome što su termo-energetski sklopovi manje podložni smetnjama i električnim šumovima.

Aslamov tim također dodaje dva dodatna infracrvena kanala za mjerenje topline, čime se ukupni do sedam i dva dodatna kuta gledanja s kojima se prikupljaju te valne duljine pomažu modelu raspršenja svjetlosti. Kada se svjetlost rasprši u jednom vidnom polju zbog interakcije s aerosolima i ledenim česticama, raspršivanje može kontaminirati mjerenja u drugom vidnom polju. To daje znanstvenicima iskrivljenu sliku o tome što se događa kada analiziraju podatke.

„Štoviše, strože vidno polje instrumenta otkrit će više detalja o planetarnim palubama oblaka i atmosferskim slojevima dok ga instrument spušta. Jednako važno, instrument je manji i njegovi senzori koriste suvremene integrirane sklopove specifične za aplikaciju koji podržavaju brzo uzorkovanje podataka“ zaključuje Aslam.