نپتون و اورانوس پایین‌ترین دماها را دارند، اما اینکه کدامیک سردترین سیاره است، بستگی به این دارد که سردترین را چگونه تعریف کنیم.
به گزارش دیجیاتو، پاسخ این سؤال به این بستگی دارد که سردترین سیاره منظومه شمسی را چگونه تعریف کنیم. پیش‌ازآن، باید بررسی کنیم که دمای چه لایه‌ای از ساختار سیاره‌ها را در نظر داریم. برای سیاره‌های سنگی داخل منظومه شمسی، تعریف دمای سطح کار سختی نیست. دمای این سیاره‌ها روی پوسته سنگی را «دمای سطح» می‌نامیم.
درمورد سیاره‌های گازی غول‌پیکر منظومه شمسی هیچ پوسته‌ای ندارند که بتوانیم دمای آن را دمای سطح سیاره در نظر بگیریم. اخترشناسان دمای سطح این سیاره‌ها را در ارتفاعی از اتمسفر اندازه‌گیری می‌کنند که فشارش برابر با فشار اتمسفر زمین روی سطح دریاست. مقدار این فشار ۱ بار یا صد هزار پاسکال است. ما نیز این قسمت از اتمسفر سیاره‌های گازی را در این مقاله «سطح» می‌نامیم.
براساس این دما، می‌توانیم ۲ تعریف از سردترین سیاره ارائه کنیم. طبق تعریف اول، سردترین سیاره آن است که سردترین دما روی آن اندازه‌گیری شده است. تعریف دوم این است که کمترین دمای میانگین را داشته باشد.
در منظومه شمسی، اورانوس طبق تعریف اول سردترین سیاره است و نپتون نیز کمترین دمای میانگین را دارد. در ادامه با ما همراه باشید تا نگاهی عمیق‌تر به دمای این ۲ غول یخی منظومه شمسی بیندازیم.
دمای میانگین اورانوس منفی ۱۹۵ درجه سانتی‌گراد است. اما این غول آبی‌رنگ رکورد سردترین دمای ثبت‌شده روی یک سیاره در منظومه ما را نیز در اختیار دارد که منفی ۲۲۴ درجه سانتی‌گراد است.
اورانوس یکی از شدیدترین تغییرات فصلی در منظومه شمسی را تجربه می‌کند؛ زیرا اختلاف زاویه‌ای میان مدار آن با خورشید نسبتاً زیاد است. به بیان دقیق‌تر، زاویه انحراف محوری اورانوس ۱۷.۷۷ درجه است.
دانشمندان عقیده دارند این انحراف شدید و غیرعادی اورانوس به این علت به وجود آمده که این سیاره در گذشته‌ای دور برخوردی شدید با سیاره‌ای دیگر داشته است. البته برای اثبات قطعی این نظریه نیاز است ماهواره‌ای به مدار اورانوس ارسال شود و میدان مغناطیسی آن را بررسی کند.
درهرصورت، برای تقریباً یک فصل، یا یک-چهارم سال اورانوسی، خورشید مستقیم به یکی از قطب‌های این سیاره می‌تابد، درحالیکه قطب دیگر در زمستانی تاریک و طولانی فرومی‌رود. هر سال اورانوسی تقریباً برابر با ۸۴ سال زمینی است؛ پس طول هر فصل حدوداً ۲۱ سال می‌شود که برای سمت تاریک‌تر، زمستان بسیار طولانی‌ای به حساب می‌آید. این یکی از دلایلی است که سردترین دمای سیاره در منظومه شمسی روی این سیاره ثبت شده است.
انحراف غیرعادی اورانوس تغییرات فصلی این سیاره را بسیار شدید می‌کند.
اورانوس در اصطلاح اخترشناسی «غول یخی» است. پس با اینکه این سیاره نیز مانند مشتری و زحل گازی است، اما در دسته‌ای کمی متفاوت قرار می‌گیرد. در حقیقت، اتمسفر بسیار سرد این سیاره از لایه‌های ابر منجمد تشکیل می‌شود. دمای میانگین این ابر‌ها منفی ۱۹۳ درجه سانتی‌گراد است.
اورانوس عمدتاً از هیدروژن، هلیوم و متان تشکیل می‌شود. متان نور آبی را منعکس می‌کند که رنگ سبز-آبی اورانوس نیز به‌خاطر همین گاز است.
بالای سطح اورانوس لایه تروپوسفر قرار دارد که دمای آن از منفی ۱۵۳ تا منفی ۲۱۸ درجه سانتی‌گراد متغیر است. تروپوسفر پایین‌ترین لایه اتمسفر است.
در تروپوسفر که از ۳۰۰ کیلومتر پایین‌تر سطح تا ۵۰ کیلومتر بالاتر از آن ادامه دارد، لایه‌های ابر براساس ماده شکل‌دهنده خود مرتب شده‌اند. پایین‌تر از همه، ابر‌های آب قرار دارند و بعدازآن‌ها ابر‌های آمونیوم هیدروسولفید یافت می‌شوند. سپس ابر‌های آمونیاک و هیدروژن سولفید قرار گرفته‌اند. در آخر هم، ابر‌های متان بالاتر از همه قرار دارند.
در بالای تروپوسفر، استراتوسفر قرار دارد که از مه‌دود اتان تشکیل می‌شود. این مه‌دود احتمالاً ظاهر رنگ‌پریده این سیاره را شکل می‌دهد. ارتفاع استراتوسفر ۴۰۰۰ کیلومتر است و بالاتر از آن ترموسفر و تاج سیاره قرار دارد.
جالب اینکه دمای این لایه که هزاران کیلومتر ارتفاع دارد، به ۵۷۷ درجه سانتی‌گراد می‌رسد که بسیار گرم‌تر از غول‌های گازی، مانند زحل، است. دانشمندان هنوز نمی‌دانند چرا این لایه این‌قدر گرم می‌شود؛ فاصله این سیاره با خورشید بسیار زیاد است و تابش‌های خورشیدی‌ای که به آن می‌رسند، برای گرم‌کردن این لایه کافی نیستند.
اورانوس از نگاه تلسکوپ فضایی جیمز وب
برخلاف غول‌های گازی دیگر، اورانوس به احتمال زیاد هسته‌ای سنگی دارد. دمای داخل هسته احتمالاً به ۴۹۸۲ درجه سانتی‌گراد می‌رسد. گرچه این دما در مقایسه با لایه‌های اتمسفر اورانوس بسیار زیاد است، هسته این سیاره خیلی سردتر از دیگر سیاره‌هاست. برای مقایسه، دمای هسته مشتری تقریباً به ۲۴ هزار درجه سانتی‌گراد می‌رسد.
مقدار بسیار کمی از این گرمای درونی وارد فضا می‌شود. وقتی فضاپیمای وویجر ۲ به اورانوس رسید، متوجه شد این غول یخی منبع گرمای درونی قوی ندارد. شناساگر‌های فروسرخ این فضاپیما نشان می‌دادند انرژی تابیده‌شده از اورانوس تقریباً با انرژی‌ای که از خورشید دریافت می‌کند، برابر است.
برای مقایسه، مشتری و زحل تقریباً ۲ برابر انرژی‌ای که از خورشید می‌گیرند، به فضا می‌تابانند. نداشتن منبع گرمایش درونی قوی دلیلی است که اورانوس را به سردترین سیاره منظومه شمسی تبدیل کرده است؛ به همین علت است که اورانوس اتمسفری آرام و غیرفعال دارد.
نپتون از نگاه تلسکوپ فضایی جیمز وب
بااینکه سردترین دمای سیاره در اورانوس ثبت شده است، نپتون به‌طور میانگین سردترین سیاره منظومه شمسی است. میانگین دمای سطح این غول گازی به منفی ۲۰۱ درجه سانتی‌گراد می‌رسد.
نپتون هشتمین سیاره منظومه شمسی و دورترین سیاره از خورشید است، اما به‌رغم فاصله بسیار زیادی که با ستاره ما دارد، فصل‌های آن تقریباً مشابه زمین هستند؛ به همین علت نواحی نسبتاً گرمی روی آن وجود دارد.
نپتون نیز مانند اورانوس غول یخی است و بیشتر از ابر‌های یخی تشکیل شده است.
اتمسفر نپتون عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل می‌شود و کمی متان نیز دارد. ترکیب اتمسفر نپتون و اورانوس تقریباً مشابه زمانی است که این ۲ سیاره شکل گرفتند؛ برخلاف سیاره‌های سنگی مانند زمین که ترکیب اتمسفر آن‌ها طی زمان کاملاً متحول شده است.
همان‌طورکه درمورد اورانوس نیز اشاره شد، متان ماده‌ای است که رنگ نپتون را آبی می‌کند. نپتون در تصاویر بسیار آبی‌تر از اورانوس به نظر می‌رسد، اما باید بدانیم که تصاویر نپتون از لحاظ رنگ دستکاری شده‌اند و این غول گازی روشن‌تر از چیزی است که در تصاویر آن می‌بینیم. علت دستکاری رنگ تصاویر این بوده است که جزئیات سطح سیاره با وضوح بیشتری مشخص شوند.
در حقیقت، رنگ نپتون و اورانوس بسیار شبیه به یکدیگر است و نپتون فقط کمی آبی‌تر است؛ زیرا، همان‌طور که گفتیم، مه‌دود اتان باعث می‌شود تا اورانوس کمی رنگ‌پریده بشود.
بالای سطح نپتون نیز لایه تروپوسفر وجود دارد که در آن هرچقدر بالاتر برویم، دما کاهش می‌یابد. دمای میانگین در بالای ابر‌های نپتون به منفی ۲۱۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد.
برعکس، در لایه بالایی، استراتوسفر، دما با افزایش ارتفاع افزایش می‌یابد. پس از این ۲ لایه نیز لایه‌های ترموسفر و اگزوسفر قرار دارند که دمای آن‌ها مانند دیگر سیاره‌های گازی بالاست.
مقایسه رنگ نپتون در تصاویر متداول با رنگ واقعی آن (راست).
مانند سیاره‌های دیگر منظومه شمسی نپتون نیز انحراف محوری با خورشید دارد. محور استوای این سیاره ۲۸.۳ درجه است. این انحراف باعث ایجاد فصول مختلف می‌شود.
البته فاصله نپتون با ستاره گرمابخش خورشید بسیار زیاد است (میانگین، ۴.۵ میلیارد کیلومتر)؛ درنتیجه، قطبی که سمت خورشید است، یک‌چهارم سال نپتونی (حدود ۴۰ سال زمینی) دمای بیشتری نسبت به باقی سطح سیاره خواهد داشت.
سال ۲۰۰۷ که قطب جنوب نپتون به‌سمت خورشید بود، دانشمندان دریافتند لایه بالایی ابر در ناحیه قطبی حدود ۱۰ درجه سانتی‌گراد گرم‌تر از بقیه سیاره است. این امر باعث می‌شد مقداری از متان موجود در اتمسفر به فضا نشت کند.
بیش از ۸۰ درصد جرم اورانوس از جریان‌های گرم و متراکم مواد یخی تشکیل می‌شود؛ عمدتاً یخ‌های آب، متان و آمونیاک. به همین علت، نپتون میان سیاره‌های گازی منظومه شمسی از همه چگال‌تر است. اما مانند اورانوس زیر این گوشته یخی هسته سنگی کوچکی وجود دارد.
اخترشناسان گمان می‌کنند اقیانوسی از آب بسیار داغ زیر لایه‌های ابر سرد نپتون وجود داشته باشد. البته این اقیانوس نمی‌جوشد و آب آن وارد ابر‌ها نمی‌شود؛ زیرا فشار بسیار زیاد داخل سیاره اجازه تبخیر آب را نمی‌دهد.
همان‌طور که گفتیم، سیاره‌های نپتون و اورانوس گرمای بسیار کمی از خورشید می‌گیرند. بااینکه نپتون نسبت به اورانوس بسیار از خورشید دورتر است، دمای این دو سیاره به هم نزدیک است، حتی دیدیم که در برخی نقاط، اورانوس از نپتون سردتر است؛ زیرا دمای نپتون به‌علت حرکاتی که در داخلش وجود دارد، بالا می‌رود، اما به نظر می‌رسد سیاره اورانوس این جنبش درونی را ندارد.
پلوتو
غیر از زهره که اتمسفری بسیار سوزان و مملو از گاز‌های گلخانه‌ای دارد و میانگین دمای سطح آن ۴۶۴ درجه سانتی‌گراد است، بقیه سیاره‌های منظومه شمسی مناطقی دارند که دمای آن‌ها به سردترین نقاط منظومه شمسی نزدیک می‌شود.
جالب اینکه میان سیاره‌های سنگی منظومه شمسی درونی، سردترین دما در عطارد پیدا می‌شود که نزدیک‌ترین سیاره به خورشید است. علت این پدیده این است که عطارد هیچ اتمسفری ندارد و ۱۷۶ روز زمینی طول می‌کشد تا یک بار دور خودش بچرخد؛ درنتیجه، شب‌های این سیاره بسیار طولانی‌اند و نقاطی روی سطح آن وجود دارند که مدت‌ها هیچ نوری به آن نمی‌رسد. به این دلایل، دمای سطح عطارد ممکن است حتی از منفی ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد هم کمتر شود.
دما در نقاط تاریک عطارد ممکن است تا ۱۸۰- درجه سلسیوس کاهش یابد.
روی زمین، اتمسفر سیاره ما اجازه نمی‌دهد نوسانات دمایی به اندازه عطارد شدید باشد. میانگین دمای سطح سیاره ما ۱۵ درجه سانتی‌گراد است، اما دما‌های بسیار سرد برای ساکنان بسیاری از مناطق نزدیک به نیم‌کره شمالی پدیده‌ای عادی است. سردترین دمای ثبت‌شده روی زمین متعلق به ایستگاه «ووستوک» در قطب جنوب است که دمای آن در ۲۱ جولای ۱۹۸۳ به منفی ۸۹.۲ درجه سانتی‌گراد رسید.
میانگین دمای سطح مریخ منفی ۶۵ درجه سانتی‌گراد است. اتمسفر این سیاره به غلظت اتمسفر زمین نیست و نوسان دما در آن بسیار بیشتر است. گاهی طوفان‌های شن بسیار بزرگی در این سیاره ایجاد می‌شوند که ماه‌ها در هوا می‌مانند و مانع رسیدن نور خورشید به سطح می‌شود. درنتیجه، دمای سطح مریخ ممکن است تا منفی ۱۵۳ درجه سانتی‌گراد پایین برود.
همچنین دمای سطح ۲ غول گازی منظومه شمسی، مشتری و زحل، به‌ترتیب منفی ۱۱۰ و منفی ۱۴۰ درجه سانتی‌گراد است.
کشف سیاره‌های بسیار سرد کار ساده‌ای نیست؛ زیرا اخترشناسان معمولاً سیاره‌ها را با کمک گرمایی که منتشر می‌کنند، می‌شناسند. سردترین سیاره‌ای که به این روش شناسایی‌شده، سیاره «Epsilon Indi Ab» است. وجود این سیاره سال ۲۰۱۸ تأیید شد، اما سال ۲۰۲۳ تلسکوپ فضایی جیمز وب از آن مستقیم عکس‌برداری کرد.
دمای سیاره Epsilon Indi Ab دو درجه سانتی‌گراد است. بااینکه این دما حتی سیاره‌ای مانند مریخ هم بسیار بیشتر است، تابه‌حال دانشمندان نتوانسته‌اند سیاره‌ای از این سردتر را مستقیم مشاهده کنند.
اما روش‌های غیرمستقیمی برای شناسایی سیاره‌های سردتر وجود دارد. سردترین سیاره‌هایی که کشف شده‌اند، دمایی تقریباً برابر با غول‌های یخی منظومه شمسی داشته‌اند.
سردترین سیاره فراخورشیدی کشف‌شده (به‌روش غیرمستقیم) سیاره «OGLE-۲۰۰۵-BLG-۳۹۰L» است که سال ۲۰۰۶ با روش بررسی «ریزهمگرایی گرانشی» شناسایی شد. این سیاره که به مرکز کهکشان راه شیری نزدیک است، یکی از دورترین سیاره‌های فراخورشیدی به حساب می‌آید. دمای OGLE-۲۰۰۵-BLG-۳۹۰L منفی ۲۲۳ درجه سانتی‌گراد است که تقریباً با دمای سردترین ناحیه اورانوس برابری می‌کند.
تصویر تلسکوپ فضایی جیمز وب از سیاره Epsilon Indi Ab
در این مقاله با سردترین سیاره‌های منظومه شمسی آشنا شدیم. دیدیم که اگر دمای میانگین را در نظر بگیریم، نپتون سردترین سیاره منظومه شمسی است، اما سردترین دمای روی سیاره در اورانوس ثبت شده است؛ زیرا فعالیت‌های درونی نپتون باعث می‌شوند این سیاره منبع گرمای اضافی داشته باشد، درحالیکه گرمای درونی اورانوس در مقایسه با دیگر سیاره‌های گازی بسیار کم است.
همچنین دیدیم که به‌جز زهره که اتمسفری سوزان دارد و زمین که اتمسفرش از نوسان‌های دمایی بسیار شدید جلوگیری می‌کند، در دیگر سیاره‌های منظومه شمسی نیز دما ممکن است تا نزدیک سردترین نقاط منظومه شمسی پایین برود.