To planeter i Solsystemet er noget oversete

Vi hører ofte, at rumsonder nu har besøgt alle planeter i Solsystemet, og det er da også sandt.

Men to planeter er kun besøgt en enkelt gang og kan derfor med en vis rimelighed anses for at være noget oversete.

De to planeter er Uranus og Neptun, som kun er besøgt ganske kort, da rumsonden Voyager 2 fløj forbi Uranus i 1986 og Neptun i 1989.

Så de fleste af de data, vi har, er i virkeligheden indsamlet i løbet af få timer. Det var imponerende, hvad Voyager 2 nåede at se, men det er klart, at vi er efterladt med en masse ubesvarede spørgsmål.

Men det er nu ved at ændre sig med nye planer om at sende rumsonder til de to planeter.

Interessen er steget, ikke mindst fordi den mest almindelige type exoplaneter er af den type, som kaldes ’Neptun-lignende’.

Så for at forstå exoplaneterne er det vigtigt, at vi også forstår planeter som Uranus og Neptun, der er en helt særlig type af planeter, der ikke er opbygget på samme måde som gasplaneterne Jupiter og Saturn.

Solsystemet bliver større

Uranus blev opdaget nærmest ved et tilfælde i 1781 af William Herschel, som var en tyskfødt musiker, der var flyttet til England, hvor han blev optaget af astronomi.

Han så bare Uranus som en svag stjerne, der langsomt bevægede sig blandt stjernerne på himlen.

Han troede meget naturligt, at han havde fundet en ny komet, og det tog flere måneder at bestemme banen så godt, at han kunne se, at banen var så cirkulær, at den lille lysprik i virkeligheden var ny planet langt uden for Saturns bane.

I de følgende år fulgte astronomerne naturligvis Uranus nøje, og man opdagede at den nye planet tilsyneladende ikke helt fulgte Newtons tyngdelov.

Men i 1840'erne var to videnskabsmænd uafhængigt af hinanden kommet på den tanke, at Uranus var påvirket af tyngdekraften fra en ukendt planet endnu længere ude i solsystemet.

Det var englænderen John Adams og franskmanden Le Verrier.

Ved hjælp af Newtons tyngdelov beregnede de uafhængigt af hinanden, hvor man skulle lede efter en ny planet for at kunne forklare afvigelserne i Uranus' bane.

Det blev så Le Verriers beregninger, som førte til opdagelsen af Neptun i september 1846, men i mange år skændtes man om, hvem der skulle have æren for opdagelsen. I dag deler man æren mellem Adams og Le verrier.

Men i alle tilfælde førte opdagelsen af først Uranus og så Neptun til, at det kendte solsystem var blevet tre gange større, end dengang man troede, at den yderste planet var Saturn.

To fjerne verdener

Selv i ret store teleskoper kan man kun se Uranus og Neptun som ganske små blågrønne skiver, hvor det var næsten umuligt at se nogen detaljer.

Man havde dog allerede 17 dage efter opdagelsen af Neptun opdaget en måne, den vi kender som Triton.

Det er meget vanskeligt at observere planeter så langt ude i solsystemet, så forskerne så meget frem til, at rumsonden Voyager 2 skulle flyve forbi både Uranus og Neptun – her var der endelig mulighed for at se nogle detaljer.

Derfor blev de første nærbilleder af Uranus lidt af en skuffelse. Uranus er fire gange større end Jorden – men det eneste vi kunne se, var det øverste af en blålig atmosfære.

Der var ingen skyer at se, og det viste at Uranus i hvert fald ikke ligner hverken Jupiter eller Saturn, hvor man selv i kikkert her fra Jorden kan se enorme skybælter i atmosfæren.

Meget bedre blev det ikke med Neptun, som også er omkring fire gange større end Jorden.

Ganske vist var farven flottere blå, og der var da også nogle enkelte skyer og endda en mørk plet, men igen var der ikke meget at se.

Det var dog muligt at måle vindhastigheden højt oppe i atmosfæren, som kunne komme op på 2.000 km i timen.

Det er ganske godt gået af en planet langt fra Solen, hvor temperaturen i atmosfæren ligger omkring -220 grader, så spørgsmålet blev straks stillet: Hvor kommer energien fra til så kraftige storme?

Voyagers ganske gode nærbilleder gjorde os ikke så meget klogere på de to fjerne kloder.

Men heldigvis er der andre metoder til at studere planeter.

Massefylden er nøglen

Et af de tal, som siger mest om en planet, er massefylden, der på mange måder er nøglen til at forstå, hvordan planeten er opbygget.

Vand har som bekendt en massefylde på 1 g/cm³, og til sammenligning har Jorden, som er opbygget af metal og klippe, en ganske høj massefylde på 5,5 g/cm³.

Sammenlignet med Jorden har både Uranus og Neptun en meget lille massefylde:

• Uranus: 1,2 g/cm³
• Neptun: 1,6 g/cm³

De tal viser, at begge planeter er opbygget af meget lettere stoffer end Jorden.

De modeller, som bedst kan forklare massefylden, viser, at de to planeter ikke ligner de store gasplaneter Jupiter og Saturn, som næsten helt er opbygget af brint og helium.

Uranus og Neptun tilhører en særlig type af planeter, som er uhyre almindelig blandt exoplaneter. De kaldes for isplaneter eller ’Neptun-lignende planeter’.

Fælles for dem er, at de er mindre end de store gasplaneter, men langt større end Jorden.

De moderne modeller for opbygningen af Uranus og Neptun beskriver, at der inderst er en mindre kerne, måske af klipper.

Denne kerne er så omgivet af et meget dybt hav af vand og ammoniak, og øverst følger så et lag af brint og helium iblandet noget metan.

Det er metanen, der giver Uranus og Neptun deres blålige farve, fordi metan absorberer det langbølgede røde lys, så det er de blå farver med en kort bølgelængde, der kastes tilbage.

At metan indgår i opbygningen af de to planeter, har muligvis en ganske overraskende konsekvens.

En regn af diamanter

Dybt nede i de tætte atmosfærer, som omgiver Uranus og Neptun, er der metan under enormt tryk på mere end 10 millioner gange atmosfæretrykket her på Jorden og ved temperaturer på op mod 30.000 grader.

Det tryk og den temperatur kan metan-molekylerne, som består af kulstof og brint (formel CH₄), ikke klare.

De går i stykker, og kulstoffet synker længere ned som en regn af diamanter.

Det er ikke ren teori, for i 2017 lykkedes det forskere at udsætte kulstof for det tryk og den temperatur, som findes dybt nede i Uranus og Neptun.

Man så, at der blev dannet små diamanter, som flød rundt som isbjerge på en sø af flydende kulstof.

Men som man kan se, skal vi ikke regne med at åbne diamantminer på Uranus og Neptun – og godt det samme: Hvis vi uden besvær kunne importere ubegrænsede mængder af diamanter fra rummet, ville diamantmarkedet jo bryde sammen.

Gåder og problemer

Der er mange ting, vi ikke forstår om Uranus og Neptun. En af dem er Uranus' mærkelige rotation.

Planeten har en rotationsakse, der danner en vinkel på ikke mindre end 98^o med baneplanet.

Til sammenligning danner Jordens akse en vinkel på 23,5^o med Jordens baneplan – hvilket giver os en behagelig vekslen mellem årstiderne.

Uranus ligger bogstavelig talt ned, så nordpolen og sydpolen på skift vender mod Solen.

Således vil Solen i flere år stå næsten lodret på himlen ved nordpolen, og det vil følges af en mange år lang periode om vinteren, hvor Solen står langt under horisonten, fordi Solen i stedet lyser over sydpolen.

Der bliver tale om både en meget lang ’polarsommer’ og en tilsvarende lang ’polarvinter’, fordi Uranus er hele 84 år om et omløb om Solen.

Der er iskoldt på Uranus, selv om sommeren.

Den bedste forklaring på den mærkelige rotation er, at Uranus engang i en fjern fortid er stødt sammen med en klode på størrelse med Jorden, som bogstavelig talt har væltet Uranus, så rotationsaksen nu ’ligger ned’.

Den mest overraskende forskel mellem Uranus og Neptun er nok, at Neptun udsender mere energi, end planeten modtager fra Solen, og det gør Uranus ikke.

Forskellen kan sandsynligvis forklares ved, at Neptun ikke er helt færdig med at trække sig sammen, hvilket fører til en vis energiproduktion.

Så sandsynligvis kommer energien til de meget voldsomme storme på Neptun fra Neptuns indre.

Der er naturligvis meget mere at fortælle: For eksempel om de mærkelige mørke ringe omkring begge planeter og deres omfattende systemer af måner.

Således har Uranus 27 kendte måner og Neptun 14 kendte måner.

De er alle kolde ismåner, men alligevel kan man flere steder finde fantastiske landskaber.

Et enestående eksempel er Uranus' måne Miranda, der udmærker sig ved at have solsystemets højeste lodrette isklipper med en højde på ikke mindre end 20 km!

Tilbage til Uranus og Neptun

Der er altså mange grunde til igen at sende rumsonder til Uranus og Neptun, men der er to problemer:

• Det er meget dyrt – flere milliarder dollar
• Det er ikke muligt at have en rumsonde fremme ved enten Uranus eller Neptun før efter 2040

Når vi taler om projekter i milliard-dollar-klassen, så er de ganske svære at få vedtaget i de kommissioner, som indstiller til rumagenturer som NASA og ESA, hvilke projekter man skal støtte. Der er altid mange flere gode forslag til rumsonder og satellitter, end der er penge til.

Den lange ventetid til efter 2040 hænger sammen med, at Uranus og Neptun er så langt borte, at det er nødvendigt, at rumsonderne undervejs får et godt skub af Jupiters tyngdekraft.

Det kræver blot, at Jupiter skal stå i en bestemt stilling i forhold til enten Uranus eller Neptun.

For Uranus sker det først efter 2030, og hertil kommer så en rejsetid på omkring 10 år.

Man kan nemlig ikke have alt for meget fart på, for denne gang vil man gerne bremse rumsonden ned, så den kan gå i bane om Uranus.

En hurtig forbiflyvning er både billigere og meget lettere at gennemføre, men giver ikke så mange videnskabelige data.

Et studieprojekt for en sonde til Uranus har følgende flyveplan:

Der findes flere af disse studieprojekter, men tiderne her er ganske typiske.

Man vil meget gerne gå et skridt videre end at observere Uranus og dens måner på afstand. Derfor vil forskerne gerne have 1-2 sonder sendt direkte ned i den tætte atmosfære for at kunne gennemføre en grundig kemisk analyse af atmosfæren, inden sonden knuses af det høje tryk.

Neptun er på grund af sin større afstand naturligvis vanskeligere at udforske end Uranus.

Men der er en stor ekstragevinst ved at besøge Neptun, nemlig den store måne Triton, som kan sammenlignes med Pluto.

Da Voyager 2 fotograferede gejsere på Triton, blev man klar over, at Triton ikke bare er en død isklode, men at der stadig foregår en vis geologisk aktivitet.

En af de ting, man meget gerne vil vide, er, om Triton er en såkaldt ’Ocean World’ med et hav gemt dybt under et lag af is – med de muligheder det giver for liv.

Der er endnu ingen faste planer om en ny rumsonde til Neptun.

Det nærmeste, vi har, er et projekt ved navn Trident, som er nået til at blive en af tre finalister i det såkaldte Discovery-program, hvor dog kun én vil blive udvalgt i sommeren 2021.

For at holde prisen nede, skal Trident kun flyve forbi Neptun og Triton, men man regner med en observationsperiode på næsten to uger, hvilket skulle give mulighed for at kortlægge hele overfladen på Triton.

Opsendelsen skulle ske i 2025, forbiflyvningen af Jupiter i 2032 og ankomst til Neptun og Triton i 2038.

Uranus, Neptun og exoplaneterne

Det er bestemt ikke noget tilfælde, at et af de projekter, der nu overvejes med en rumsonde til Uranus, hedder OCEANUS, der står for Origins and Composition of the Exoplanet Analog Uranus System.

Selv om målet er Uranus, er det virkelige formål at se, om Uranus kan lære os noget om den måske mest hyppige type af exoplaneter.

Ser vi på NASA's oversigt over de kendte exoplaneter, så er der fire hovedtyper, som i september fordelte sig således:

Superjorde har en opbygning som Jorden, men er bare en del større – og det gør dem lettere at opdage end de jordlignende exoplaneter.

Men tilbage står, at den mest almindelige type af exoplaneter menes at være planeter, der i opbygning minder meget om Uranus og Neptun.

Alene af denne grund er det vigtigt at udforske de to planeter nærmere, for det er en type planeter, vi i virkeligheden ved meget lidt om.

En anden hyppig type er superjorde med masser på 2-10 gange Jordens masse, men desværre findes denne type planeter ikke i vores solsystem.

Mange af de planeter, vi kalder for Neptun-lignende, er mindre end både Neptun (17 gange Jordens masse) og Uranus (14,5 gange Jordens masse), og dermed af en type vi ikke helt kender fra vores solsystem.

Det har i øvrigt ført til en diskussion om, hvor grænsen går mellem superjorde og Neptun-lignende planeter - et spørgsmål som stadig ikke er helt afklaret.

Målinger tyder på, at planeter med en masse mindre end seks gange Jordens masse har en høj massefylde, og dermed sandsynligvis ligner Jorden i opbygning.

Tilsvarende ser det ud til, at planeter med masser over seks gange Jordens masse har en mindre massefylde end Jorden, hvilket tyder på, at de har meget dybe og tætte atmosfærer og består af lettere stoffer som is – ganske som Uranus og Neptun.

Men det er et område, der forskes meget i, og hvor en bedre forståelse af Uranus og Neptun vil kunne hjælpe forskningen godt frem.

Så den dag, vi vender tilbage til Uranus og Neptun, er det ikke bare vores eget solsystem, vi udforsker – vi vil forhåbentlig også få en bedre forståelse af exoplaneterne.