Ο Ποσειδώνας βρίσκεται περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα από τον Ήλιο και δέχεται μόλις ένα μικρό κλάσμα της ηλιακής ενέργειας που φτάνει στη Γη. Κι όμως, αυτός ο παγωμένος και σκοτεινός κόσμος εκπέμπει στο διάστημα πάνω από διπλάσια συνολική ενέργεια από όση λαμβάνει από τον Ήλιο.
Αυτό σημαίνει ότι σημαντικό μέρος της θερμότητας του Ποσειδώνα δεν προέρχεται από τον Ήλιο, αλλά από το εσωτερικό του. Το φαινόμενο αποτελεί ένα από τα χαρακτηριστικά που κάνουν τον όγδοο πλανήτη ιδιαίτερα ενδιαφέρον για τους επιστήμονες που προσπαθούν να καταλάβουν πώς σχηματίστηκαν, ψύχθηκαν και εξελίχθηκαν οι γιγάντιοι πλανήτες.
Πόσο λίγη ενέργεια δέχεται ο Ποσειδώνας από τον Ήλιο;
Ο Ποσειδώνας είναι ο όγδοος και πιο απομακρυσμένος πλανήτης του Ηλιακού Συστήματος. Περιφέρεται κατά μέσο όρο περίπου 30 φορές πιο μακριά από τον Ήλιο απ’ ό,τι η Γη και δέχεται περίπου το 1/900 του ηλιακού φωτός που φτάνει στον πλανήτη μας.
Δεν έχει στερεή επιφάνεια όπως η Γη. Είναι ένας παγωμένος γίγαντας με βαθιά ατμόσφαιρα και εσωτερικά στρώματα πλούσια σε νερό, αμμωνία και μεθάνιο σε ακραίες πιέσεις και θερμοκρασίες.
Σε επίπεδο πίεσης περίπου 1 bar στην ατμόσφαιρά του, η θερμοκρασία είναι περίπου 72 Kelvin, δηλαδή γύρω στους −201°C. Παρά αυτή την ακραία ψυχρότητα, από βαθύτερα στρώματα ανεβαίνει σημαντική εσωτερική ενέργεια.
Πόση περισσότερη ενέργεια εκπέμπει;
Οι μετρήσεις δείχνουν ότι ο Ποσειδώνας εκπέμπει συνολικά περισσότερο από δύο φορές την ενέργεια που απορροφά από τον Ήλιο. Η διαφορά δεν μπορεί επομένως να εξηγηθεί μόνο από την ηλιακή θέρμανση.
Αυτό δεν σημαίνει ότι ο Ποσειδώνας είναι «ζεστός» με την καθημερινή έννοια. Τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιράς του παραμένουν εξαιρετικά ψυχρά. Σημαίνει ότι διαθέτει μια σημαντική εσωτερική ροή θερμότητας, η οποία τελικά μεταφέρεται προς τα έξω και ακτινοβολείται στο διάστημα.
Από πού προέρχεται η εσωτερική θερμότητα;
Δεν υπάρχει μία απλή και πλήρως επιβεβαιωμένη απάντηση. Οι σημερινές θεωρίες συνδέουν μεγάλο μέρος της εσωτερικής θερμότητας των γιγάντιων πλανητών με την ενέργεια που απέκτησαν κατά τον σχηματισμό τους και με τη μακροχρόνια ψύξη και εξέλιξη του εσωτερικού τους.
Όταν ένας πλανήτης σχηματίζεται, τεράστιες ποσότητες ύλης συσσωρεύονται υπό την επίδραση της βαρύτητας. Μέρος αυτής της βαρυτικής ενέργειας μετατρέπεται σε θερμότητα. Ένας μεγάλος πλανήτης μπορεί να χρειαστεί δισεκατομμύρια χρόνια για να αποβάλει πλήρως αυτή την ενέργεια.
Η αργή βαρυτική συστολή μπορεί επίσης να συμβάλλει στη θερμική εξέλιξη ενός γιγάντιου πλανήτη. Ωστόσο, οι λεπτομέρειες του εσωτερικού του Ποσειδώνα και ο τρόπος με τον οποίο η ενέργεια μεταφέρεται από τα βαθιά στρώματα προς την ατμόσφαιρα δεν έχουν εξηγηθεί πλήρως.
Για αυτό είναι πιο σωστό να μιλάμε για συνδυασμό υπολειμματικής θερμότητας από τον σχηματισμό, μακροχρόνιας ψύξης και εσωτερικών φυσικών διεργασιών και όχι για έναν μοναδικό, αποδεδειγμένο μηχανισμό.
Τι υπάρχει μέσα στον Ποσειδώνα;
Το όνομα «παγωμένος γίγαντας» μπορεί να δημιουργήσει λάθος εικόνα. Δεν σημαίνει ότι το εσωτερικό του είναι απλώς μια τεράστια μάζα παγωμένου νερού.
Κάτω από την ατμόσφαιρα υδρογόνου, ηλίου και μεθανίου θεωρείται ότι υπάρχει ένα βαθύ στρώμα πλούσιο σε νερό, αμμωνία και μεθάνιο. Οι τεράστιες πιέσεις στο εσωτερικό δημιουργούν καταστάσεις της ύλης πολύ διαφορετικές από εκείνες που συναντάμε στην επιφάνεια της Γης.
Ακόμη βαθύτερα εκτιμάται ότι βρίσκεται ένας πυκνότερος πυρήνας που αποτελείται κυρίως από βαρύτερα υλικά. Ωστόσο, κανένα διαστημόπλοιο δεν έχει εισέλθει στο εσωτερικό του Ποσειδώνα και αρκετές λεπτομέρειες βασίζονται σε μοντέλα, βαρυτικές μετρήσεις και παρατηρήσεις της ατμόσφαιρας.
Η ατμόσφαιρα δεν «φυλακίζει» απλώς τη θερμότητα
Η ατμόσφαιρα του Ποσειδώνα αποτελείται κυρίως από μοριακό υδρογόνο και ήλιο, ενώ το μεθάνιο αποτελεί πολύ μικρότερο ποσοστό. Το μεθάνιο απορροφά έντονα συγκεκριμένα μήκη κύματος του φωτός και συμβάλλει στην μπλε εμφάνιση του πλανήτη.
Η μεταφορά της ενέργειας μέσα σε αυτή την ατμόσφαιρα είναι πολύπλοκη. Η θερμότητα που ανεβαίνει από το εσωτερικό μπορεί να μεταφέρεται μέσω κινήσεων της ατμόσφαιρας και τελικά να εκπέμπεται ως υπέρυθρη ακτινοβολία προς το διάστημα.
Επομένως δεν είναι ακριβές να φανταζόμαστε τα νέφη μεθανίου ως μια απλή «κουβέρτα» που εμποδίζει τη θερμότητα να φύγει. Το ενδιαφέρον για τους επιστήμονες βρίσκεται ακριβώς στο πώς η ενέργεια κινείται μέσα από τα διάφορα στρώματα και καταλήγει τελικά στο διάστημα.
Τι σχέση έχει η εσωτερική θερμότητα με τους ακραίους ανέμους;
Ο Ποσειδώνας είναι ο πιο ανεμοδαρμένος πλανήτης που γνωρίζουμε στο Ηλιακό Σύστημα. Έχουν μετρηθεί άνεμοι με ταχύτητες πάνω από 2.000 χιλιόμετρα την ώρα.
Αυτό είναι εντυπωσιακό, επειδή ο πλανήτης δέχεται ελάχιστη ηλιακή ενέργεια. Η ισχυρή εσωτερική ροή θερμότητας θεωρείται σημαντικό στοιχείο για την κατανόηση της δυναμικής ατμόσφαιράς του, αν και η ακριβής σύνδεση ανάμεσα στη θερμική ροή, την κυκλοφορία και στους εξαιρετικά γρήγορους ανέμους παραμένει ενεργό πεδίο έρευνας.
Ο Ποσειδώνας παρουσιάζει επίσης μεγάλα συστήματα καταιγίδων και σκοτεινές δίνες. Η Μεγάλη Σκοτεινή Κηλίδα που φωτογράφισε το Voyager 2 το 1989 εξαφανίστηκε αργότερα, ενώ άλλα σκοτεινά συστήματα καταιγίδων έχουν εμφανιστεί σε διαφορετικές εποχές.
Πώς συγκρίνεται με τον Δία, τον Κρόνο και τον Ουρανό;
Ο Ποσειδώνας δεν είναι ο μοναδικός γιγάντιος πλανήτης που εκπέμπει περισσότερη ενέργεια από όση λαμβάνει. Ο Δίας και ο Κρόνος παρουσιάζουν επίσης σημαντική εσωτερική θερμική εκπομπή.
Ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα είναι η σύγκριση με τον Ουρανό. Για πολλά χρόνια θεωρούνταν ότι ο Ουρανός εξέπεμπε περίπου όση ενέργεια λάμβανε, σε έντονη αντίθεση με τον Ποσειδώνα. Νεότερες αναλύσεις έδειξαν ότι πιθανότατα εκπέμπει και αυτός λίγη επιπλέον εσωτερική θερμότητα, αλλά πολύ λιγότερη από τον Ποσειδώνα.
Αυτή η διαφορά ανάμεσα σε δύο πλανήτες που έχουν παρόμοιο μέγεθος και συχνά περιγράφονται ως «δίδυμοι παγωμένοι γίγαντες» είναι ένα από τα βασικά ερωτήματα της σύγχρονης πλανητικής επιστήμης.
Πώς γνωρίζουμε ότι ο Ποσειδώνας έχει εσωτερική θερμότητα;
Οι επιστήμονες συγκρίνουν την ηλιακή ενέργεια που φτάνει στον πλανήτη με την ενέργεια που επιστρέφει στο διάστημα ως ανακλώμενο φως και ως θερμική υπέρυθρη ακτινοβολία.
Η μοναδική μέχρι σήμερα διαστημική αποστολή που πέρασε από κοντά ήταν το Voyager 2, στις 25 Αυγούστου 1989. Οι παρατηρήσεις του, μαζί με μεταγενέστερες μετρήσεις από επίγεια και διαστημικά τηλεσκόπια και με θεωρητικά μοντέλα, βοήθησαν σημαντικά στην κατανόηση του ενεργειακού ισοζυγίου του πλανήτη.
Παρόλα αυτά, ο Ποσειδώνας παραμένει πολύ λιγότερο εξερευνημένος από τον Δία ή τον Κρόνο. Μια νέα αποστολή που θα παρέμενε για χρόνια στο σύστημα του Ποσειδώνα θα μπορούσε να δώσει πολύ ακριβέστερες πληροφορίες για την ατμόσφαιρα, το μαγνητικό πεδίο και κυρίως το βαθύ εσωτερικό του.
Γιατί το θερμικό μυστήριο του Ποσειδώνα έχει σημασία;
Η κατανόηση της εσωτερικής θερμότητας του Ποσειδώνα δεν αφορά μόνο έναν μακρινό πλανήτη. Οι παγωμένοι γίγαντες παρόμοιου μεγέθους είναι ιδιαίτερα συνηθισμένοι ανάμεσα στους εξωπλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί γύρω από άλλα άστρα.
Αν καταλάβουμε πώς ένας πλανήτης σαν τον Ποσειδώνα αποθηκεύει και απελευθερώνει ενέργεια για δισεκατομμύρια χρόνια, μπορούμε να βελτιώσουμε τα μοντέλα για τη δημιουργία και εξέλιξη πλανητών πολύ πέρα από το δικό μας Ηλιακό Σύστημα.
Έτσι, το πραγματικά εντυπωσιακό δεν είναι απλώς ότι ο Ποσειδώνας είναι παγωμένος αλλά εξακολουθεί να εκπέμπει θερμότητα. Είναι ότι, περισσότερα από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τον σχηματισμό του, το εσωτερικό του εξακολουθεί να διαθέτει αρκετή ενέργεια ώστε ένας πλανήτης τόσο μακριά από τον Ήλιο να παραμένει ένας από τους πιο δυναμικούς κόσμους που γνωρίζουμε.
Πηγές:
