Τα παράξενα του Ουρανού

Ο «ξαπλωμένος γίγαντας» του ηλιακού μας συστήματος αποκαλύπτει τις ιδιαιτερότητές του. Τόσο το καλύτερο, γιατί φαίνεται ότι «εκεί έξω» υπάρχουν πολλοί εξωπλανήτες που του μοιάζουν

Είναι ένας πλανήτης που βρίσκεται στη γειτονιά μας - αν και λίγο μακριά, προς τα «εξωτερικά προάστιά» της -, όμως γνωρίζουμε πολύ λίγα για αυτόν. Τα όσα έχουμε μάθει ωστόσο μέχρι τώρα αρκούν για να καταλάβουμε ότι είναι ιδιαίτερος. Ο Ουρανός είναι ο «ξαπλωμένος» πλανήτης του ηλιακού μας συστήματος, ο μόνος που αντί να περιστρέφεται σχεδόν όρθιος, όπως η Γη, «κυλάει» πλαγιασμένος σαν μπάλα, καθώς περιφέρεται γύρω από τον Ηλιο. 

 

Επιπλέον, έχει μια παράξενη γεωμετρία στο μαγνητικό πεδίο του η οποία το αναγκάζει να κάνει «τούμπες». Σαν να μην έφθαναν όλα αυτά, τώρα ανακαλύφθηκε ότι η μαγνητόσφαιρά του ανοιγοκλείνει καθημερινά σαν να γυρίζει κάποιος έναν διακόπτη, αφήνοντας τον ηλιακό άνεμο να μπαίνει και να «ανάβει» ένα εντυπωσιακό σέλας. Το πιο ενδιαφέρον ωστόσο είναι ότι, όσο και αν για εμάς είναι πραγματικά μοναδικός, οι τελευταίες παρατηρήσεις δείχνουν ότι ο Ουρανός αποτελεί ένα «μοντέλο» πολύ διαδεδομένο στον γαλαξία μας. Αυτό σημαίνει ότι μαθαίνοντας τα μυστικά του θα μπορέσουμε να εξερευνήσουμε καλύτερα τους πλανήτες που ανακαλύπτουμε σε άλλα αστρικά συστήματα. Περισσότερα στις σελίδες που ακολουθούν.

Ο Ουρανός δεν είναι από τους πιο διάσημους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος. Αντιθέτως, ίσως να είναι ο τελευταίος που θα σας έρθει στο μυαλό αν κάποιος σας ζητήσει να τους απαριθμήσετε. Παρ' όλα αυτά είναι πραγματικά ξεχωριστός. Μαζί με τον Ποσειδώνα αποτελούν τους δύο παγωμένους γίγαντες στο σύστημά μας - είναι οι δυο πιο μακρινοί από τον Ηλιο, με τον Ουρανό προτελευταίο καθώς βγαίνουμε προς το Διάστημα. Αυτό από μόνο του είναι κάτι ιδιαίτερο, όμως ο Ουρανός έχει μία παραπάνω ιδιαιτερότητα. Είναι ο μοναδικός πλανήτης στο Ηλιακό Σύστημα που είναι «πλαγιασμένος»: ο άξονας περιστροφής του είναι σχεδόν οριζόντιος, έχει κλίση 97,7 μοίρες και είναι σχεδόν παράλληλος με το επίπεδο της τροχιάς του. Ετσι φαίνεται να «κυλάει» σαν μια μπάλα καθώς περιφέρεται γύρω από το άστρο μας, με τον βόρειο και τον νότιο πόλο του να βρίσκονται εκεί όπου στους άλλους πλανήτες βρίσκεται ο ισημερινός.

Επιπλέον η μαγνητόσφαιρα του Ουρανού, η περιοχή δηλαδή της επιρροής του μαγνητικού πεδίου του, η οποία τον προστατεύει από τον ηλιακό άνεμο, τα φορτισμένα σωματίδια που εκπέμπει ο Ηλιος, είναι και αυτή παράξενη, μοναδική σε σχέση με όσες γνωρίζουμε. Τώρα η ήδη παράξενη μαγνητόσφαιρα αποδεικνύεται ακόμη πιο αλλόκοτη από ό,τι πίστευαν οι επιστήμονες. Οπως έδειξε μια νέα μελέτη, καθημερινά «ανοιγοκλείνει», σαν κάποιος να γυρίζει έναν διακόπτη, αφήνοντας τον ηλιακό άνεμο να περάσει άπλετος μέσα στην ατμόσφαιρα του πλανήτη. Η νέα ανακάλυψη έγινε δεκτή με ιδιαίτερο ενδιαφέρον, και αυτό όχι μόνο επειδή έρχεται να προσθέσει ένα ακόμη ιδιαίτερο χαρακτηριστικό σε αυτόν τον τόσο ξεχωριστό πλανήτη του ηλιακού μας συστήματος. Οι ερευνητές θεωρούν ότι οι νέες γνώσεις που αποκομίζουμε για τον παγωμένο γίγαντα αερίων της γειτονιάς μας μπορούν να βοηθήσουν και να κατευθύνουν καλύτερα την εξερεύνησή μας σε άλλα αστρικά συστήματα, στα οποία οι «αέρινοι» πλανήτες στο μέγεθος του Ουρανού φαίνονται να αφθονούν.

Το στιγμιότυπο του Voyager 2

Το πόσο ασυνήθιστη είναι η μαγνητόσφαιρα του Ουρανού έγινε γνωστό τη δεκαετία το 1986, όταν το Voyager 2 πέρασε δίπλα από τον πλανήτη και έκανε τις πρώτες κοντινές παρατηρήσεις και μετρήσεις του. Μέχρι τότε οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι το μαγνητικό πεδίο του παγωμένου γίγαντα αερίων ήταν ευθυγραμμισμένο με τον ηλιακό άνεμο και άρα δεν άφηνε τα φορτισμένα σωμάτια που εκπέμπει το μητρικό άστρο μας να περάσουν στην ατμόσφαιρά του. Τα δεδομένα που έστειλε ο διαστημικός εξερευνητής αποκάλυψαν ωστόσο μια εικόνα εντελώς διαφορετική. «Με το πέρασμα του Voyager στη δεκαετία του 1980 μάθαμε ότι το μαγνητικό πεδίο του Ουρανού είναι εξαιρετικά κεκλιμένο σε σχέση με τον άξονα περιστροφής του» λέει στο «Βήμα» η Κάρολ Πάτι, αναπληρώτρια καθηγήτρια στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Τζόρτζια (Georgia Tech) στην Ατλάντα των ΗΠΑ και μία εκ των δύο συγγραφέων της νέας μελέτης που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Journal of Geophysical Research». «Και όχι μόνο είναι εξαιρετικά κεκλιμένο, περίπου 60 μοίρες σε σχέση με τον άξονα περιστροφής, αλλά επιπλέον είναι έκκεντρο, το κέντρο του μαγνητικού πεδίου απέχει από το κέντρο του πλανήτη. Αυτό σημαίνει ότι το μαγνητικό δίπολο είναι εξαιρετικά ασύμμετρο, η μία πλευρά του είναι ισχυρότερη επειδή το κέντρο του δεν συνδέεται με το κέντρο του πλανήτη».

Αυτό το εξαιρετικά δυναμικό μαγνητοσφαιρικό περιβάλλον του Ουρανού που αποκάλυψε το Voyager 2 προβλημάτιζε τους επιστήμονες. Ωστόσο, καθώς το διαστημόπλοιο απλώς πέρασε δίπλα από τον πλανήτη χωρίς να τεθεί σε τροχιά γύρω του ώστε να κάνει περισσότερες παρατηρήσεις, οι ερευνητές είχαν στη διάθεσή τους λίγα στοιχεία - «ένα απλό στιγμιότυπο», όπως μας λέει η κυρία Πάτι. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα του Voyager 2 η καθηγήτρια και ο φοιτητής της, Σιν Κάο, ανέπτυξαν ένα μοντέλο προκειμένου να διερευνήσουν πώς ακριβώς λειτουργεί αυτή η τόσο «μπερδεμένη» γεωμετρικά μαγνητόσφαιρα του παγωμένου γίγαντα. Η υποψία τους ήταν ότι τα πράγματα στον Ουρανό θα πρέπει, και από τη «μαγνητική» άποψη, να είναι διαφορετικά από ό,τι στη Γη. Και η υποψία αυτή επιβεβαιώθηκε.

Μαγνητικά... βαρελάκια

Στη Γη οι δύο πόλοι του μαγνητικού πεδίου βρίσκονται πολύ κοντά - σχεδόν συμπίπτουν - με τους γεωγραφικούς πόλους. Ετσι η μαγνητόσφαιρα κινείται ουσιαστικά μαζί με τον πλανήτη, καθώς αυτός περιφέρεται γύρω από τον Ηλιο και περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του. «Το μαγνητικό πεδίο της Γης σε σχέση με τον Ηλιο και την κατεύθυνση του Ηλιου φαίνεται μάλλον στατικό, περιστρέφεται αλλά ο ίδιος προσανατολισμός του μαγνητικού πεδίου βλέπει τον Ηλιο και τον ηλιακό άνεμο καθ' όλη τη διάρκεια της περιστροφής» εξηγεί η κυρία Πάτι. Οπως μας λέει, αν φανταστούμε τη μαγνητόσφαιρα της Γης σαν μια μπάλα με κόκκινο το επάνω μέρος της και μπλε το κάτω, όπως περιφέρεται γύρω από τον Ηλιο και περιστρέφεται γύρω από τον άξονά της, το κόκκινο μέρος μένει πάντοτε επάνω και το μπλε κάτω, ακολουθώντας αρμονικά την κίνηση της Γης.

Στον Ουρανό όμως η «μπάλα» της μαγνητόσφαιρας αναποδογυρίζει συνεχώς, το κόκκινο πότε είναι πάνω και πότε κάτω. «Είναι σαν να βλέπετε ένα παιδικό καροτσάκι να κουτρουβαλιάζεται ακυβέρνητο σε μια πλαγιά κάνοντας τούμπες» περιγράφει η ερευνήτρια. «Καθώς ο άξονάς του έχει κλίση 60 μοιρών και είναι έκκεντρο, το μαγνητικό πεδίο αλλάζει προσανατολισμό σε σχέση με την κατεύθυνση του Ηλιου καθημερινά καθώς περιστρέφεται» λέει. «Επειδή λοιπόν ο προσανατολισμός του μαγνητικού πεδίου που "βλέπει" τον ηλιακό άνεμο αλλάζει διαρκώς, σε κάποιες φάσεις τα δύο αυτά πεδία είναι ευθυγραμμισμένα και σε άλλες οι δυναμικές γραμμές τους είναι αντίθετες και συγκρούονται. Στην περίπτωση αυτή έχουμε το φαινόμενο της μαγνητικής επανασύνδεσης, κατά την οποία ο ηλιακός άνεμος μπορεί να αποκτήσει πρόσβαση στη μαγνητόσφαιρα του Ουρανού. Αυτή η διαδικασία προκαλεί έντονο σέλας ή απλώς οδηγεί στην είσοδο ενέργειας από τον ηλιακό άνεμο στα όρια του Ουρανού με το Διάστημα και στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιράς του».

Οι επιστήμονες περιγράφουν αυτή τη διαδικασία σαν ένα είδος διακόπτη που ανά τακτά χρονικά διαστήματα «ανοίγει» τη μαγνητόσφαιρα αφήνοντας να περάσουν τα φορτισμένα σωματίδια του ηλιακού ανέμου και μετά την ξανακλείνει, με αποτέλεσμα να λειτουργεί και πάλι σαν προστατευτική ασπίδα. Το φαινόμενο της μαγνητικής επανασύνδεσης παρατηρείται και στη Γη, κοντά στους πόλους - στην περίπτωση αυτή έχουμε συνήθως στον πλανήτη μας ενίσχυση στο σέλας. Στη Γη όμως, όπως επισημαίνει η κυρία Πάτι, «υπεύθυνος» γι' αυτό είναι ο ηλιακός άνεμος, ο οποίος ορισμένες φορές αλλάζει προσανατολισμό ή είναι πιο ισχυρός και έρχεται να συγκρουστεί με το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη. Αντιθέτως, στον Ουρανό ο «ένοχος» είναι η ίδια η μαγνητόσφαιρα με την κίνησή της και την αλλαγή του προσανατολισμού της. «Εκεί έχουμε περιοδική επανασύνδεση κάθε φορά που το πεδίο βρίσκεται αντιπαράλληλο με τον ηλιακό άνεμο». Αυτό συμβαίνει καθημερινά, και η ημέρα στον Ουρανό διαρκεί περίπου 17 ώρες και 14 λεπτά.

«Οδηγός» για εξωπλανήτες

Πέρα από το γεγονός ότι το σέλας θα πρέπει να δημιουργεί καθημερινά εντυπωσιακές εικόνες στον ουρανό του Ουρανού ή το ότι τα πράγματα θα πρέπει να είναι εξαιρετικά τεταμένα μαγνητικά στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιράς του, το μοντέλο των επιστημόνων δεν μπορεί να μας πει πολλά πράγματα γι' αυτόν καθαυτόν τον πλανήτη και την εξέλιξή του. «Δεν ξέρουμε ακόμη τι σημαίνει αυτό για την εξέλιξη του Ουρανού στον χρόνο» λέει η κυρία Πάτι. «Η ανακάλυψή μας ωστόσο, εκτός του ότι προσφέρει μια νέα εικόνα, μπορεί να έχει ενδιαφέρον όταν εξετάζουμε πλανήτες σε άλλα αστρικά συστήματα. Στατιστικά, όπως έχει δείξει μια μελέτη για τους εξωπλανήτες, πολλοί από αυτούς έχουν μέγεθος παρόμοιο με του Ουρανού και του Ποσειδώνα» λέει η κυρία Πάτι.

Το ίδιο ακριβώς επισημαίνει και ο συνεργάτης της, Σιν Κάο, ο έτερος συγγραφέας της μελέτης. «Και οι δύο παγωμένοι γίγαντες του ηλιακού μας συστήματος έχουν διαφορετικές μαγνητόσφαιρες σε σχέση με τους "γήινους" πλανήτες» μας λέει. «Μπορεί τέτοιου είδους μαγνητόσφαιρες να είναι συνηθισμένες στον Γαλαξία, οι γνώσεις μας όμως γι' αυτές είναι περιορισμένες». Ο ερευνητής πιστεύει ότι η μελέτη της μαγνητόσφαιρας του Ουρανού μπορεί να συμβάλει στην καλύτερη κατανόηση των εξωπλανητών που ανακαλύπτουμε. «Σύμφωνα με τη μελέτη μας ο Ουρανός φαίνεται να αλληλεπιδρά με τον ηλιακό άνεμο πολύ πιο ενεργά από ό,τι η Γη. Η μαγνητόσφαιρά του ανοίγει και κλείνει σε καθημερινή βάση εξαιτίας των μοναδικών γεωμετριών της περιστροφής και του μαγνητικού πεδίου του, ακόμη και όταν ο ηλιακός άνεμος παραμένει αμετάβλητος. Αυτό το σύνθετο φαινόμενο ίσως θα πρέπει να μας κάνει να σκεφτούμε περισσότερο την επιρροή που μπορεί να έχει μια τέτοια μαγνητόσφαιρα στο κατά πόσον ένας εξωπλανήτης είναι κατοικήσιμος ή όχι».

Το μοντέλο που ανέπτυξαν οι επιστήμονες αποτελεί, όπως μας λέει η κυρία Πάτι, μόνο μια «πρώτη ματιά» στη δυναμική της μαγνητόσφαιρας του Ουρανού. «Είναι μια πολύ θεωρητική προσέγγιση, χρησιμοποιήσαμε προσομοιώσεις βασισμένες στη Φυσική για να κατανοήσουμε τη δυναμική του συστήματος. Τώρα ασχολούμαστε με το να περιγράψουμε αναλυτικά πώς το σύστημα εξελίσσεται στον χρόνο. Και ελπίζουμε ότι αυτό ίσως θα είναι χρήσιμο για να κατανοήσουμε καλύτερα τον Ουρανό. Μπορεί επίσης να αποβεί χρήσιμο αν στο μέλλον υπάρξει κάποια αποστολή εκεί» λέει η κυρία Πάτι. «Ξέρετε, πρόσφατα δημοσιεύθηκε η μελέτη της Ομάδας Προσδιορισμού της Επιστήμης του Ουρανού σχετικά με το τι απαιτείται για μια αποστολή στον Ουρανό. Το να έχουμε μοντέλα που περιγράφουν πώς το σύστημα εξελίσσεται στον χρόνο αποτελεί κρίσιμο βήμα για τον σχεδιασμό μιας αποστολής».


Ατελείωτες και αλλόκοτες εποχές

Ο Ουρανός χρειάζεται 84 γήινα χρόνια για να ολοκληρώσει μια περιφορά γύρω από τον Ηλιο. Η τόσο μεγάλη διάρκεια του έτους του σε συνδυασμό με την κλίση του άξονα περιστροφής του κάνουν τις εποχές στον παγωμένο γίγαντα αλλόκοτες και... ατελείωτες. Κάθε εποχή διαρκεί 21 γήινα έτη ενώ κατά το θερινό ή το χειμερινό ηλιοστάσιο ο βόρειος και ο νότιος πόλος του πλανήτη αντίστοιχα έχουν διαρκώς ημέρα ή νύχτα. Τον Δεκέμβριο του 2007 το νότιο ημισφαίριο του Ουρανού μπήκε στο φθινόπωρο. Για τα 40 χρόνια που ακολουθούν ο βόρειος πόλος του πλανήτη θα έχει ημέρα ενώ ο νότιος πόλος θα είναι βυθισμένος στο σκοτάδι.

«Κατά τη διάρκεια της περιφοράς του γύρω από τον Ηλιο οι εποχές του είναι τόσο δραματικές» μας λέει η Κάρολ Πάτι. «Ξέρετε, κατά τη διάρκεια των εποχών των ηλιοστασίων, το καλοκαίρι και τον χειμώνα, ο άξονας περιστροφής του Ουρανού ουσιαστικά δείχνει προς τον Ηλιο και έτσι το ένα ημισφαίριο έχει ήλιο συνεχώς ενώ το άλλο δεν έχει ήλιο. Στις εποχές των ισημεριών, το φθινόπωρο και την άνοιξη, ο άξονας περιστροφής γίνεται σχεδόν κάθετος σε σχέση με την προηγούμενη θέση του καθώς ο Ουρανός περιφέρεται γύρω από τον Ηλιο, οπότε έχουμε ήλιο στον ισημερινό, αλλά ο πλανήτης εξακολουθεί να περιστρέφεται πλαγιασμένος». Οπως επισημαίνει η καθηγήτρια, οι γνώσεις μας για το τόσο ιδιαίτερο και δυναμικό σύστημα του Ουρανού έχουν εμπλουτιστεί τα τελευταία χρόνια. «Εχουμε πλέον παρατηρήσεις που δείχνουν ότι ο Ουρανός έχει επίσης ενδιαφέροντα ατμοσφαιρικά συστήματα και όμορφα νέφη, καθώς και ωραίους, διακριτικούς δακτυλίους. Επιπλέον έχει πάρα πολλούς δορυφόρους. Είναι ένας πλανήτης πραγματικά πολύ διαφορετικός, ενδιαφέρων και συναρπαστικός».

Ουράνιες ιδιαιτερότητες

Γιατί πίστευαν ότι είναι άστρο;
Ο Ουρανός είναι ο πρώτος πλανήτης που ανακαλύφθηκε με τηλεσκόπιο, το 1871, από τον βρετανό αστρονόμο Ουίλιαμ Χέρσελ. Αν και υπό καλές συνθήκες είναι ορατός με γυμνό μάτι, μέχρι τότε πίστευαν ότι είναι άστρο επειδή είναι σχετικά θαμπός και κινείται πολύ αργά. Σε μια καθαρή νύχτα μπορείτε να τον δείτε και με ένα καλό ερασιτεχνικό τηλεσκόπιο.

Ο μοναδικός με ελληνικό όνομα
Ο Χέρσελ αρχικά θέλησε να τον ονομάσει Γεωργιανό Πλανήτη προς τιμήν του τότε βασιλιά της Αγγλίας Γεωργίου Γ΄, αλλά η ιδέα ναυάγησε. Διάφορα άλλα ονόματα προτάθηκαν, από Υπερκρόνιος και Minerva (το λατινικό για την Αθηνά) μέχρι Χέρσελ. Τελικά επικράτησε το Ουρανός, από τον θεό της ελληνικής μυθολογίας. Είναι μάλιστα ο μοναδικός πλανήτης που η διεθνής ονομασία του - Uranus - έχει ελληνική και όχι λατινική ρίζα.

Γαλάζιο, όπως μεθάνιο
Το γαλαζοπράσινο χρώμα του Ουρανού οφείλεται στο μεθάνιο που υπάρχει στην ατμόσφαιρά του, η οποία αποτελείται κυρίως από υδρογόνο και ήλιο. Αποκαλείται παγωμένος γίγαντας αερίων επειδή το 80% και πλέον της μάζας του αποτελείται από ένα ρευστό μείγμα πάγων νερού, μεθανίου και αμμωνίας.

Γιατί «ξαπλώνει»;
Το «πλάγιασμα» του άξονα περιστροφής του Ουρανού, ο οποίος έχει κλίση 97,7 μοιρών με αποτέλεσμα ο πλανήτης να «κυλάει» σαν μπάλα καθώς περιφέρεται γύρω από τον Ηλιο, αποτελεί ένα άλυτο μυστήριο για τους επιστήμονες. Η επικρατέστερη θεωρία υποστηρίζει ότι κάποιος πρωτοπλανήτης έπεσε κάποτε επάνω στον Ουρανό αναποδογυρίζοντάς τον.

Σαιξπηρικοί δορυφόροι
Ο Ουρανός έχει τουλάχιστον 27 δορυφόρους. Σε αντίθεση με τα φεγγάρια των άλλων πλανητών, που έχουν ονόματα από την ελληνική μυθολογία, οι δορυφόροι του Ουρανού έχουν ονομαστεί
από ήρωες έργων του Ουίλιαμ Σαίξπηρ και του Αλεξάντερ Πόουπ: Μιράντα, Ομπερον, Οφηλία, Πουκ, Ιουλιέτα, Δυσδαιμόνα, Αριελ, Ούμπιρελ, Μπελίντα είναι μερικοί από αυτούς.
http://www.tovima.gr/science/article/?aid=891998

Lemmy