Jeden z prvních snímků Uranu z programu OPAL, který Hubble pořídil v roce 2014, sedm let po jarní rovnodennosti na severu, kdy Slunce svítilo přímo nad rovníkem planety. Nad azurově zbarvenými spodními vrstvami atmosféry planety se ve středních severních šířkách objevují četné bouře s metanovými oblaky tvořenými ledovými krystaly. Hubble vyfotografoval systém prstenců na okraji v roce 2007, ale na tomto snímku jsou vidět prstence, které se začínají otevírat o sedm let později. V té době se na planetě vyskytovalo několik malých bouří a dokonce i slabé oblačné pásy. Uran je zbarven převážně do azurové barvy. Planeta vypadá jako plochý kruh ohraničený narůžovělým šedým koncem. Slabé růžovošedé pruhy a šmouhy se táhnou téměř svisle napříč Uranem, zatímco skvrny bílých mraků lemují pravou polovinu povrchu planety. Pravá třetina planety se zdá být převážně bílá a růžovošedá, jako by tato část atmosféry byla hustě pokryta mraky. Autor, kredit: NASA, ESA, STScI, A. Simon (NASA-GSFC), M. H. Wong (UC Berkeley), J. DePasquale (STScI)

Ledový obr, známý svým unikátním sklonem osy rotace, díky němuž se zdá, že se "kutálí" po své oběžné dráze, skrývá další, hlubší tajemství: své vnitřní teplo, respektive jeho zdánlivý nedostatek. Na rozdíl od svých plynných bratranců Jupitera a Saturnu, a dokonce i svého téměř dvojčete Neptunu, Uran vyzařuje do vesmíru jen velmi málo tepla pocházejícího z jeho nitra. Zdá se, že téměř veškerá energie, kterou vyzařuje, je pouze odražené a znovu vyzářené sluneční světlo. Proč je Uran tak chladný? Tato otázka trápí planetární vědce už desítky let. Nová studie, vedená Xinyue Wang (University of Houston) a mezinárodním týmem spolupracovníků, nyní přináší dosud nejpodrobnější pohled na energetickou bilanci Uranu a vrhá nové světlo na tuto dlouholetou anomálii.

Sluneční tok, Bondovo albedo a absorbovaná sluneční energie v období oběhu Uranu v letech 1946-2030. (A) Globální průměrný sluneční tok na Uranu. (B) Průměrné Bondovo albedo pro sluneční disk. (C) Globální průměrný absorbovaný sluneční výkon. Na panelu A je pěti modrými svislými čárkovanými čarami vyznačen letní a zimní slunovrat a jarní a podzimní rovnodennost NH. Dvě červené svislé přerušované čáry znázorňují perihelium a afélium Uranu na jeho oběžné dráze kolem Slunce. Tenké svislé plné čáry v panelech B a C označují nejistoty měření. Zdroj: Internal Heat and Energy Imbalance of Uranus. arXiv:2502.20722

Globální průměrný vyzařovaný výkon Uranu. Nejpřesnější měření na základě pozorování Voyageru v roce 1986 (Pearl et al., 1990) je znázorněno červenou tečkou. Nové odhady globálního průměrného vyzařovaného výkonu pro tři roky (2006, 2009 a 2018), odvozené z pozorování teploty jasu zaznamenaných pomocí Very Large Telescope (Orton et al., 2015; Roman et al., 2020), jsou znázorněny modrými čtverci. Průměrný globální vyzařovaný výkon získaný z numerických simulací atmosféry Uranu (Wallace, 1983) je znázorněn zelenou čarou. Svislé čáry pro výsledky Voyageru a VLT označují nejistoty měření. Zdroj: Internal Heat and Energy Imbalance of Uranus. arXiv:2502.20722

Výsledkem je, že Jupiter, Saturn i Neptun vyzařují podstatně více energie, než kolik dostávají od Slunce. Jupiter vydává zhruba 1,7krát více energie, Saturn asi 1,8krát a Neptun dokonce přibližně 2,6krát více. Toto vnitřní teplo pohání dynamické atmosférické procesy – mohutné bouře, rychlé větry a výrazné oblačné pásy, které na těchto planetách pozorujeme.

Pak je tu ale Uran. Již od průletu sondy Voyager 2 v roce 1986 data naznačovala, že Uran je v tomto ohledu podivně odlišný. Měření ukazovala, že množství energie, které pohlcuje ze Slunce, a množství energie, které vyzařuje, jsou si pozoruhodně blízké. Jeho vnitřní "motor" jako by byl téměř vypnutý. To vedlo k otázkám: Jsou měření přesná? Nebo je Uran skutečně tak anomálně chladný, a pokud ano, proč?

Pečlivá reanalýza dat: Nový pohled na stará měření

Právě na tyto otázky se zaměřil tým vedený Xinyue Wang. Jejich přístup spočíval v pečlivé a komplexní reanalýze všech dostupných relevantních dat s využitím nejmodernějších atmosférických modelů. Vědci nespoléhali pouze na jeden zdroj informací, ale zkombinovali:

1. Data ze sondy Voyager 2: Klíčová byla data z přístroje IRIS (Infrared Interferometer Spectrometer), který měřil tepelné vyzařování planety, a také unikátní data z experimentu RSS (Radio Science Subsystem). Během rádiové okultace, kdy sonda proletěla za planetou z pohledu Země, signály procházející atmosférou Uranu byly ovlivněny její hustotou a teplotou. Precizní analýza těchto změn signálu umožnila odvodit detailní vertikální profil teploty v atmosféře s vysokou přesností – což je kritický údaj pro výpočet celkové vyzařované energie. Hodnota těchto archivních dat, analyzovaných pomocí současných metod, je nevyčíslitelná.
2. Pozemní pozorování: Data z Voyageru byla doplněna a ověřena pomocí pozorování z velkých pozemních teleskopů, jako je Very Large Telescope (VLT) s přístrojem VISIR nebo teleskop Subaru s přístrojem COMICS, které jsou schopny měřit tepelné záření Uranu v infračervené oblasti spektra.
3. Pokročilé modelování: Samotná data nestačí. Pro výpočet celkové energie vyzářené planetou do všech směrů a na všech vlnových délkách je nutné použít sofistikované modely radiačního přenosu. Tyto modely simulují, jak se energie šíří atmosférou planety, a umožňují převést měření z konkrétních směrů a vlnových délek na celkovou energetickou bilanci.

Tento systematický a multi-instrumentální přístup umožnil týmu získat dosud nejpřesnější a nejspolehlivější odhad energetické bilance Uranu.

Výsledky: Uran zůstává chladný, záhada trvá

Co tedy nová studie odhalila? Potvrdila a zpřesnila to, co předchozí, méně komplexní analýzy naznačovaly: Uran skutečně disponuje mimořádně nízkým vnitřním tepelným tokem. Vyzařuje jen nepatrně více energie, než kolik přijímá od Slunce. Jeho energetická bilance je téměř vyrovnaná, s vnitřním teplem tvořícím jen velmi malý zlomek celkového energetického rozpočtu. Zatímco u Neptunu vnitřní zdroj energie výrazně převyšuje pohlcenou sluneční energii, u Uranu je tento příspěvek minimální, možná až zanedbatelný v rámci nejistot měření.

Tato precizní kvantifikace dále prohlubuje záhadu. Nejde tedy o chybu v měření. Uran je skutečně fundamentálně odlišný od ostatních obřích planet v naší soustavě.

Důsledky a otevřené otázky: Proč je Uran jiný?

Potvrzení nízkého vnitřního tepla má významné důsledky pro naše chápání Uranu a ledových obrů obecně:

• Atmosférická dynamika: Nedostatek silného vnitřního tepelného toku pravděpodobně omezuje vertikální promíchávání atmosféry (konvekci). To může být klíčem k vysvětlení, proč atmosféra Uranu vypadá navenek tak klidně a bez výrazných rysů, na rozdíl od bouřlivé atmosféry Neptunu, která je poháněna silným vnitřním teplem. Uran je sice ledový, ale zdá se být i atmosféricky "línější".
• Scénáře vzniku a vývoje: Jak mohl Uran takto "vychladnout" nebo si nikdy nevytvořit silný vnitřní zdroj tepla? Jedna z hypotéz uvažuje o gigantické srážce v rané historii planety (která by mohla vysvětlit i její extrémní sklon osy). Taková událost mohla narušit vnitřní strukturu planety, promíchat materiály a vytvořit vrstvy, které brání efektivnímu transportu tepla z hlubokého nitra k povrchu. Jiné teorie zvažují odlišné složení nebo strukturu jádra oproti Neptunu.
• Srovnání Uran vs. Neptun: Záhada se prohlubuje, když Uran srovnáme s Neptunem. Tyto planety jsou si velmi podobné velikostí, hmotností i celkovým složením. Proč se tedy jejich vnitřní energetické rozpočty tak dramaticky liší? Odpověď musí ležet v jemných rozdílech v jejich složení nebo historii.
• Exoplanetární kontext: Planety velikosti Uranu a Neptunu (tzv. sub-Neptuny nebo ledoví obři) jsou ve známém vesmíru mimořádně běžné. Porozumění našim vlastním ledovým obrům a jejich diverzitě je proto klíčové pro interpretaci pozorování těchto vzdálených světů a pro pochopení formování a evoluce planetárních systémů obecně.

Závěr: Uran stále čeká na své plné odhalení

Studie týmu Xinyue Wang představuje významný krok vpřed v našem úsilí porozumět Uranu. Díky pečlivé práci s daty a sofistikovanému modelování máme nyní jasnější představu o jeho zvláštní energetické bilanci. Paradoxně, potvrzení jeho "chladného srdce" činí planetu ještě zajímavější a záhadnější. Zostřuje to otázky po příčinách tohoto stavu a zdůrazňuje potřebu dalšího výzkumu.

Plné rozluštění tajemství Uranu si pravděpodobně vyžádá budoucí kosmickou misi – specializovaný orbiter a atmosférickou sondu, která by prozkoumala jeho nitro, atmosféru a magnetické pole v detailech, jež nejsou ze Země ani z krátkého průletu dosažitelné. Do té doby zůstává Uran fascinujícím připomenutím toho, jak málo toho ještě víme o vnějších končinách naší vlastní Sluneční soustavy a jak důležitá je trpělivá a systematická vědecká práce při odhalování jejích tajemství.

Zdroj: Wang, X., Li, L., Roman, M., Zhang, X., et al. (2025). Internal Heat and Energy Imbalance of Uranus. arXiv:2502.20722 [astro-ph.EP].