Wetenschap
De afbeeldingen tonen de positie van de vijf grootste Uranische manen en hun banen rond Uranus op 12 juli 2011, zoals gezien door Herschel. Links:Berekende posities en banen van de manen. De linkerkant van het baanvlak wijst naar ons toe. De grootte van de objecten is niet op schaal weergegeven. Rechts:Valse kleurenkaart van de infrarode helderheid bij een golflengte van 70 µm na verwijdering van het signaal van de planeet Uranus, gemeten met het PACS-instrument van het Herschel Space Observatory. De karakteristieke vorm van de signalen, die lijkt op een klavertje drie, is een artefact gegenereerd door de telescoop. Credit:T. Müller (HdA)/Ö. H. Detre et al./MPIA
Meer dan 230 jaar geleden ontdekte astronoom William Herschel de planeet Uranus en twee van zijn manen. Met behulp van de Herschel Space Observatory, een groep astronomen onder leiding van Örs H. Detre van het Max Planck Instituut voor Astronomie is er nu in geslaagd de fysieke eigenschappen van de vijf belangrijkste manen van Uranus te bepalen. De gemeten infraroodstraling, die wordt gegenereerd door de zon die hun oppervlakken verwarmt, suggereert dat deze manen lijken op dwergplaneten zoals Pluto. Het team ontwikkelde een nieuwe analysetechniek die de zwakke signalen van de manen naast Uranus, die meer dan duizend keer helderder is. De studie is vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Astronomie en astrofysica .
Om de buitenste regionen van het zonnestelsel te verkennen, ruimtesondes zoals Voyager 1 en 2, Cassini-Huygens en New Horizons werden op lange expedities gestuurd. Nu een Duits-Hongaarse onderzoeksgroep, onder leiding van Örs H. Detre van het Max Planck Instituut voor Astronomie (MPIA) in Heidelberg, laat zien dat met de juiste technologie en vindingrijkheid, Ook met waarnemingen van veraf zijn interessante resultaten te behalen.
De wetenschappers gebruikten gegevens van het Herschel Space Observatory, die tussen 2009 en 2013 werd ingezet en bij de ontwikkeling en exploitatie ook MPIA sterk betrokken was. Vergeleken met zijn voorgangers die een vergelijkbaar spectraal bereik bestreken, de waarnemingen van deze telescoop waren beduidend scherper. Het is vernoemd naar de astronoom William Herschel, die in 1800 infraroodstraling vond. Een paar jaar eerder, hij ontdekte ook de planeet Uranus en twee van zijn manen (Titanië en Oberon), die nu samen met drie andere manen (Miranda, Ariël en Umbriël).
"Werkelijk, we hebben de waarnemingen gedaan om de invloed van zeer heldere infraroodbronnen zoals Uranus op de cameradetector te meten, " legt co-auteur Ulrich Klaas uit, die aan het hoofd stond van de werkgroep van de PACS-camera van het Herschel Space Observatory bij MPIA waarmee de beelden zijn gemaakt. "We ontdekten de manen alleen bij toeval als extra knooppunten in het extreem heldere signaal van de planeet." De PACS-camera, die werd ontwikkeld onder leiding van het Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) in Garching, was gevoelig voor golflengten tussen 70 en 160 µm. Dit is meer dan honderd keer groter dan de golflengte van zichtbaar licht. Als resultaat, de beelden van de Hubble-ruimtetelescoop van vergelijkbare grootte zijn ongeveer honderd keer scherper.
Beelden van de vijf grootste Uranian manen Miranda, Ariël, Umbriël, Titania en Oberon. De ruimtesonde Voyager 2 maakte deze beelden tijdens een fly-by op 24 januari 1986. De diameters van de manen zijn op schaal weergegeven. Krediet:NASA/JPL/MPIA
Koude objecten stralen zeer helder uit in dit spectrale bereik, zoals Uranus en zijn vijf hoofdmanen, die - opgewarmd door de zon - temperaturen bereiken tussen ongeveer 60 en 80 K (-213 tot -193 ° C).
"De timing van de observatie was ook een meevaller, " legt Thomas Müller van MPE uit. De rotatie-as van Uranus, en dus ook het baanvlak van de manen, ongewoon geneigd is naar hun baan rond de zon. Terwijl Uranus tientallen jaren om de zon draait, het is voornamelijk het noordelijk of het zuidelijk halfrond dat wordt verlicht door de zon. "Tijdens de observaties echter, de ligging was zo gunstig dat de equatoriale gebieden profiteerden van de zonnestraling. Zo konden we meten hoe goed de warmte in een oppervlak wordt vastgehouden als het door de draaiing van de maan naar de nachtzijde beweegt. Dit heeft ons veel geleerd over de aard van het materiaal, " legt Muller uit, die de modellen voor dit onderzoek heeft berekend. Hieruit ontleende hij thermische en fysieke eigenschappen van de manen.
Toen de ruimtesonde Voyager 2 in 1986 Uranus passeerde, het sterrenbeeld was veel minder gunstig. De wetenschappelijke instrumenten konden alleen de zuidpoolgebieden van Uranus en de manen vastleggen.
Müller ontdekte dat deze oppervlakken warmte onverwacht goed opslaan en relatief langzaam afkoelen. Astronomen kennen dit gedrag van compacte objecten met een ruwe, ijzig oppervlak. Dat is de reden waarom de wetenschappers aannemen dat deze manen hemellichamen zijn die lijken op de dwergplaneten aan de rand van het zonnestelsel, zoals Pluto of Haumea. Onafhankelijke studies van enkele van de buitenste, onregelmatige Uranische manen, die ook gebaseerd zijn op waarnemingen met PACS/Herschel, geven aan dat ze verschillende thermische eigenschappen hebben. Deze manen vertonen kenmerken van de kleinere en losjes gebonden Transneptuniaanse objecten, die zich in een zone buiten de planeet Neptunus bevinden. "Dit zou ook passen bij de speculaties over de oorsprong van de onregelmatige manen, ", voegt Müller toe. "Vanwege hun chaotische banen, er wordt aangenomen dat ze pas op een later tijdstip door het Uranische systeem zijn gevangengenomen."
Deze afbeeldingen leggen uit hoe de Uranische manen uit de gegevens werden gehaald. Links:de originele afbeelding bevat de infraroodsignalen van Uranus en zijn vijf hoofdmanen, gemeten bij een golflengte van 70 µm. Uranus is duizenden keren helderder dan een enkele maan. Het beeld wordt gedomineerd door artefacten als gevolg van interferentie van de telescoop en de camera. Titania en Oberon zijn nauwelijks zichtbaar. Center:Met behulp van deze gegevens, een geavanceerde procedure creëerde een model voor de helderheidsverdeling van alleen Uranus. Dit wordt afgetrokken van de originele afbeelding. Rechts:Eindelijk, de signalen van de manen blijven na het aftrekken. Op de locatie van Uranus beïnvloedt de niet helemaal perfecte extractiemethode het resultaat enigszins. Krediet:. H. Detre et al./MPIA
Echter, de vijf belangrijkste manen werden bijna over het hoofd gezien. Vooral, zeer heldere objecten zoals Uranus genereren sterke artefacten in de PACS/Herschel-gegevens, waardoor een deel van het infraroodlicht in de afbeeldingen over grote gebieden wordt verspreid. Dit is nauwelijks merkbaar bij het observeren van vage hemellichamen. Met Uranus, echter, het is nog meer uitgesproken. "De manen, die tussen de 500 en 7400 keer zwakker zijn, bevinden zich op zo'n kleine afstand van Uranus dat ze versmelten met de even heldere artefacten. Alleen de helderste manen, Titania en Oberon, een beetje opvallen door de omringende schittering, " co-auteur Gábor Marton van Konkoly Observatory in Boedapest beschrijft de uitdaging.
Deze toevallige ontdekking spoorde Örs H. Detre aan om de manen beter zichtbaar te maken, zodat hun helderheid betrouwbaar kon worden gemeten. "In vergelijkbare gevallen zoals het zoeken naar exoplaneten, we gebruiken coronagrafen om hun heldere centrale ster te maskeren, Detre legt uit. "Herschel had zo'n apparaat niet. In plaats daarvan, we hebben geprofiteerd van de uitstekende fotometrische stabiliteit van het PACS-instrument." Op basis van deze stabiliteit en na berekening van de exacte posities van de manen op het moment van de waarnemingen, hij ontwikkelde een methode waarmee hij Uranus uit de gegevens kon verwijderen. "We waren allemaal verrast toen er duidelijk vier manen op de beelden verschenen, en we konden zelfs Miranda ontdekken, de kleinste en binnenste van de vijf grootste Uranian manen, ’ besluit Detre.
"Het resultaat toont aan dat we niet altijd uitgebreide planetaire ruimtemissies nodig hebben om nieuwe inzichten in het zonnestelsel te krijgen, " merkt co-auteur Hendrik Linz van MPIA op. "Bovendien het nieuwe algoritme zou kunnen worden toegepast op verdere waarnemingen die in grote aantallen zijn verzameld in het elektronische gegevensarchief van de European Space Agency ESA. Wie weet welke verrassing ons daar nog te wachten staat?"
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com