Insights into Uranus’ atmosphere from HST FUV observations and radiative transfer modelling

QC 20260114

Abstract

Uranus är en av de mest extrema planeterna i solsystemet. Dess stora axellutning på 98^o och omloppstid på 84 jordår leder till unika årstider. Planeten har endast besökts av rymdsonden Voyager 2 och är alltjämt en av de planeter i solsystemet vi vet minst om. Uranus atmosfär består huvudsakligen av atomärt och molekylärt väte (H och H₂, respektive), helium (He) och metan (CH₄). Den starka Lyman-alfa-strålningen (Lyα, 1215.67 Å) från solen sprids effektivt av H och H₂ och absorberas av kolväten (mestadels CH₄). Detta gör fjärranalysobservationer via Lyα och relaterade våglängder till ett utmärkt verktyg för att studera Uranus övre atmosfär. På jätteplaneter spelar den övre atmosfären en nyckelroll i olika processer såsom fotokemi, växelverkanmed plasmamiljön och solvinden, kopplingen mellan magnetosfären och jonosfären, atmosfärsflykt och växelverkan med partiklar från planetens ringar. I denna avhandling studerade vi Uranus neutrala övre atmosfär med hjälp av observationer gjorda av Hubbleteleskopet (HST) vid våglängderna Lyα och 1280 Å. Vi gjorde även simuleringar av strålningstransport där vi tog hänsyn till resonansspridning av H, Rayleigh-Raman-spridning av H₂ och absorption av CH₄. Våra resultat presenteras i en serie artiklar.

Våra analyser av de första rumsligt upplösta bilderna av Lyα emissioner från 1998 och 2011 avslöjade en utsträckt exosfär av gravitationsbundet hett väte, vars förekomst varierade med tiden och inte kan förklaras av produktionsmekanismer som enbart involverar solens UV-strålning, vilket pekar på att ytterligareenergetiska processer påverkar systemet (Paper I). Vidare analyserade vi Uranus Ramanspridda Lyα-emissioner vid 1280 Å, som förekommer unikt vid Uranus bland solsystemets jätteplaneter. Med hjälp av den observerade styrkan hos dessa emissioner begränsade vi den vertikala fördelningen av metan i Uranus övre atmosfär, vilket gav viktiga indataför fotokemisk modellering (Paper II). Våra HST observationer från 2024 avslöjade en signifikant ökning av förekomsten av exosfäriskt hett väte jämfört med 1998 och 2011, vilket indikerar en ökad betydelse av de energiska processer som skapar detta heta väte. Vi upptäckte också en beständig azimutal variation i de exosfäriska Lyα-emissionerna kring Uranus. Vi presentera preliminära belägg för att energiska partiklar från Uranus magnetosfär spelar en roll i produktionen av det heta väte som observeras i exosfären (Paper III).

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-375363