Uranus en Neptunus hebben ongelofelijk veel met elkaar gemeen. Alleen hun kleurtje is, om tot voor kort onverklaarbare redenen, net wat anders. En wetenschappers hebben nu – ook enigszins tot hun eigen verrassing – ontdekt hoe dat komt.

Aan de rand van ons zonnestelsel bevinden zich de twee ijsreuzen: Uranus en Neptunus. En dat zouden tweelingbroertjes van elkaar kunnen zijn; ze hebben ongeveer dezelfde massa, ongeveer dezelfde omvang en ook de samenstelling van hun atmosfeer is vrijwel identiek. Maar opvallend genoeg zijn ze uiterlijk juist heel anders; Uranus is wat ‘bleker’ dan de helderblauwe Neptunus.

Nevel
Lang was onduidelijk hoe dat kleurverschil te verklaren is. Maar in het Journal of Geophysical Research: Planets komen onderzoekers nu met een passende verklaring op de proppen. Volgens de wetenschappers is in de atmosfeer van zowel Uranus als Neptunus een laag te vinden die uit een dikke nevel bestaat. In het geval van Uranus is die nevel echter net wat dikker, waardoor de planeet op zichtbare golflengten wat bleker oogt.

Model
De onderzoekers trekken die conclusie op basis van een model dat ontwikkeld is om de verschillende lagen van de atmosfeer van Neptunus en Uranus te beschrijven. En wat dit model – ten opzichte van eerdere, vergelijkbare modellen – uniek maakt, is dat het rekening houdt met hoe die lagen op een breed scala aan golflengten tot uiting komen. “Dit is het eerste model dat overeenkomt met waarnemingen van gereflecteerd zonlicht op ultraviolet tot nabij-infrarode golflengtes,” stelt onderzoeker Patrick Irwin. “Het is ook het eerste model dat het zichtbare verschil in kleur tussen Uranus en Neptunus kan verklaren.”

Hoe werkt het?
Met behulp van modellen testen onderzoekers in feite ideeën of voorspellingen omtrent bepaalde fenomenen die niet gemakkelijk op een andere manier getoetst kunnen worden. In dit geval moest het model de onderzoekers een beter beeld geven van de atmosferen van Uranus en Neptunus. En dan met name de wolken en nevels die daarin voorkomen. Met het model probeerden de onderzoekers een atmosfeer te simuleren die er op verschillende golflengtes net zo uitzag als telescopen die op overeenkomstige golflengtes observeren, deze waarnemen. In dit geval was het model gestoeld op waarnemingen van de Gemini North Telescope, de NASA Infrared Telescope Facility en de Hubble Space Telescope.

Kleurverschil
En de onderzoekers slaagden er met het model dus in om de atmosfeer van Neptunus en Uranus zo te beschrijven dat deze op verschillende golflengten identiek was aan wat de hierboven genoemde telescopen zagen. En het model beschrijft de atmosferen als bestaande uit drie met aerosolen gevulde lagen die zich op verschillende hoogtes in die atmosfeer bevinden. Het kleurverschil zou daarbij in de middelste laag ontstaan, in het onderzoeksartikel aangeduid als de ‘Aerosol-2-laag’. Op beide planeten zouden in deze laag aerosolen te vinden zijn, waarop methaanijs condenseert, waarna de deeltjes zwaarder worden en als methaansneeuw dieper de atmosfeer in getrokken worden. Omdat Neptunus een veel actievere en turbulentere atmosfeer heeft dan Uranus zou Neptunus veel beter (en sneller) in staat zijn om methaandeeltjes naar die middelste laag in de atmosfeer te transporteren en als methaansneeuw naar beneden te laten vallen. Hierdoor is de nevel in deze atmosferische laag op Neptunus dunner dan die op Uranus. En dat leidt tot het kleurverschil dat we zien, zo stellen de onderzoekers.

Zoals gezegd zijn Neptunus en Uranus op zichtbare golflengtes allebei blauw. Dat komt doordat hun atmosfeer rijk is aan methaan dat vooral rood licht van de zon absorbeert en blauw licht van de zon juist reflecteert. Uranus’ atmosfeer beschikt echter over een aanzienlijk dikkere nevellaag die de helderblauwe kleur ‘dempt’. “De Aerosol-2-laag in Uranus’ atmosfeer is een factor twee dikker dan die van Neptunus,” zo schrijven de onderzoekers. “En aangezien deze deeltjes (waaruit die nevel is opgebouwd, red.) ultraviolet licht absorberen, kan dat verklaren waarom Uranus voor het menselijk oog een lichtblauwere kleur heeft dan Neptunus.” Want het licht dat deze deeltjes reflecteren, is – opnieuw in onze ogen – wat witter. En zo maakt de nevel Uranus wat lichter blauw. Als de nevel op Uranus – net als die van Neptunus – de helft dunner was geweest, zou de planeet net zo helderblauw zijn geweest als Neptunus. Afbeelding: NASA / JPL-Caltech / B. Jónsson.

Bonus
Het is een ietwat verrassende ontdekking, zo stelt onderzoeker Mike Wong. “We hoopten dat dit model ons zou helpen om de wolken en nevels in de atmosferen van ijsreuzen beter te begrijpen. Het verklaren van het verschil in kleur tussen Uranus en Neptunus was een onverwachte bonus!”

En daarmee lijkt de pipse Uranus nu één van zijn geheimen prijs te hebben gegeven. Maar er zijn er nog veel meer; er is ontzettend veel wat we niet weten van deze planeet. En daarom spoorden wetenschappers de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA enkele maanden geleden nog aan om een missie naar Uranus op poten te zetten. Dat zou een schat aan informatie over de ijsreus op moeten leveren en ook ons begrip over soortgelijke planeten rondom andere sterren moeten vergroten.