Vichřice na planetách Uran a Neptun

Přestože jsou Uran a Neptun mnohem větší než Země, jsou probádané jen velmi málo. Důvodem je jejich velká vzdálenost od Slunce, která dosahuje 20 a 30 násobku vzdálenosti Země. Za celou éru kosmonautiky tak obě planety prozkoumala jenom jedna sonda, která navíc jen prolétala kolem a měla na všechna měření velmi málo času. Byla to americká sonda Voyager 2.

Informace z jediné sondy
Odstartovala roku 1977 a k Uranu se dostala v lednu 1986, když předtím navštívila planety Jupiter a Saturn. Voyager 2 kolem planety pouze prolétával, takže dlouhodobé podrobné pozorování bylo nemožné. Přibližování a vzdalování sice trvalo několik měsíců, ale nejbližší přiblížení k Uranu, kdy bylo moci fotografovat v největším rozlišení, probíhalo jen několik dní. Nastalo 24. ledna 1986, kdy se sonda nacházela 81 500 km nad atmosférou planety. Přesto za poměrně krátkou dobu o Uranu a jeho měsících získala důležité a často překvapivé informace. Druhou planetu, Neptun, sonda pozorovala od června do října 1989. Nejbližší přiblížení nastalo 25. srpna 1989 blízko severního pólu planety ve vzdálenosti 5000 km nad pólem. Neptun tak byl prozkoumán ze 16krát menší vzdálenosti, než Uran.

Kosmická sonda Voyager 2|foto: NASA

Uran a Neptun plní překvapení
Každá první sonda přinese celou řadu zcela překvapujících objevů a stejně tomu bylo i u Uranu a Neptunu. Hmotnost Uranu se ukázala o několik desetin procenta vyšší, než se do té doby předpokládalo, na měsíci Miranda vědci spatřili prapodivné rýhy, údolí a hřebeny občas se spojující ve tvaru písmene V. Mezi prstenci sonda navíc objevila 10 malých měsíčků, o kterých do té doby neměl nikdo ani tušení. Svět měsíců planet se ukázal být daleko rozmanitější, než se očekávalo. Také se ukázalo, že na rozdíl od Saturnových, jsou Uranovy prstence podstatně tmavší, jakoby tmavě šedé – neodráží zkrátka příliš světla a proto jsou špatně vidět. Šokem bylo zjištění, že rotační osa Uranu je k jeho oběžné rovině skloněna skoro o 90 stupňů. To znamená, že po své dráze kolem Slunce jakoby „válí sudy“. Je jedinou planetou, která se takto chová. Pravděpodobně dostal Uran v minulosti velmi silný zásah jiným kosmickým tělesem. Sonda také poprvé přesně určila dobu otáčení Uranu kolem své osy na 17 hodin a 14 minut. Objevy pokračovaly za tři roky i u Neptunu. Sonda Voyager 2 pomohla objevit tři prstence - jsou velmi nevýrazné a tenké. Kromě Tritonu a dalšího původně známého měsíce Nereida, byly všechny ostatní objeveny sondou Voyager 2. Dalších 5 dosud nepojmenovaných měsíců bylo objeveno v letech 2002 a 2003. Celkem jich je tedy známo 13. V oblasti pólu Neptunu sonda pozorovala polární záři a celkem zaslala na Zemi okolo 10 000 fotografií.

Vichřice na ledových obrech
Zcela zásadní objevy se týkaly atmosfér obou planet, což je ostatně to jediné, co je z nich vidět. Díky tomu, že je Uran zvláštně skloněn a míří jednou polokoulí řadu let ke Slunci, vědci očekávali, že tato přivrácená polokoule, trvale osvětlená Sluncem, bude teplejší. Ale není. Voygaer 2 naměřil stejnou teplotu v celé atmosféře. Zdá se tedy, že na Uranu je silné atmosférické proudění a teplota se tím vyrovnává. Voyager 2 ovšem v roce 1986 v atmosféře planety žádné větší množství mračen a bouřkových systémů nepozoroval. Silný vítr o rychlosti až 900 km/h potvrdila až následná pozorování jinými dalekohledy. Neptun je svým vzhledem, velikostí a hmotností jakýmsi dvojníkem Uranu. Ale atmosféra Neptuna je o mnoho bouřlivější a proměnlivější než atmosféra Uranu. Mraky různé výšky jsou v něm unášeny rychlostí více než 1 000 km/h. Zajímavým jevem je velká tmavá skvrna, široká jako naše Země. Je to obrovský vír, otáčející se rychlostí více než 600 km/h. V největší výšce obrovskou rychlostí prolétají malé jasné obláčky, o kterých se vědci domnívají, že jsou tvořeny ledovými krystaly metanu.

Planeta Uranje silně skloněna|foto: NASA

Co pohání vítr?
Od začátku vzbuzuje velké otazníky, co stojí za tak rychlými větry na obou planetách. Na Zemi větru o rychlosti 120 km/hod říkáme hurikán a je velmi vzácný, na obou plynných planetách vane vítr asi osmkrát rychleji a nepřetržitě. Musí tedy existovat nějaký zdroj, který ho pohání, zdroj, který udržuje atmosféru v permanentním pohybu. Je to tedy čistě záležitost atmosférická, nebo je vítr poháněn nějakým neznámým zdrojem z nitra planet? Pro najití odpovědi použil americko-izraelský tým vědců stará data z Voyageru 2 a přidal k nim měření ze současných velkých dalekohledů. Vědce při tom nezajímalo nic jiného, než gravitační pole planet. Je to trochu překvapivé, ale právě toto vedlo k úspěšnému nalezení odpovědi.

Jen tenká vrstva větrů
Na tvar gravitačního pole planety má vliv řada faktorů včetně zploštění díky rotaci planety. Vše vzali vědci do úvahy a zjistili, že hmota přenášená silnými větry atmosférou, se pohybuje jenom ve velmi tenké vrstvě. Pohybuje se jen atmosféra od viditelného povrchu do hloubky nepřesahující 1000 kilometrů. To je asi pětadvacetina poloměru planety. Platí to jak pro Uran tak Neptun, protože obě planety mají poloměr asi 25 000 km. Sílu vrstvy dokázali vědci vypočítat z toho, že celková hmotnost plynu pohybujícího se v atmosféře je jen 0,15 % celkové hmotnosti Uranu a 0,2 % hmotnosti Neptunu. Z toho vyplývá, že větry musí pohánět jen procesy v horní vrstvě atmosféry a nikoli z nitra planet. Toto zjištění teď pomůže při dalším modelování atmosfér obou planet. Astronomové si od tohoto objevu mimo jiné slibují, že nový přístup, kdy lze studovat proudění v atmosféře z gravitačních dat, najde v budoucnu uplatnění také při výzkumu planet jiných hvězd.

Planeta Neptun ze sondy Voyager 2|foto: NASA