Vätesulfid, gasen som ger ruttna ägg sin distinkta lukt, genomsyrar den övre atmosfären på planeten Uranus - som har diskuterats länge, men aldrig definitivt bevisat. Baserat på känsliga spektroskopiska observationer med Gemini North-teleskopet, astronomer avslöjade den skadliga gasen som virvlade högt upp i den jättelika planetens molntoppar. Detta resultat löser en envis, långvarigt mysterium om en av våra grannar i rymden.

Även efter årtionden av observationer, och ett besök av rymdfarkosten Voyager 2, Uranus höll fast vid en kritisk hemlighet, sammansättningen av dess moln. Nu, en av nyckelkomponenterna i planetens moln har äntligen verifierats.

Patrick Irwin från University of Oxford, Storbritannien och globala samarbetspartners dissekerade spektroskopiskt det infraröda ljuset från Uranus som fångats av det 8 meter långa Gemini North-teleskopet på Hawaiis Maunakea. De hittade svavelväte, den luktande gasen som de flesta undviker, i Uranus molntoppar. De länge eftersökta bevisen publiceras i 23 april-numret av tidskriften Natur astronomi .

Gemini-data, erhållen med Near-Infrared Integral Field Spectrometer (NIFS), provtagning av reflekterat solljus från en region omedelbart ovanför det huvudsakliga synliga molnskiktet i Uranus atmosfär. "Medan linjerna vi försökte upptäcka var knappt där, vi kunde upptäcka dem entydigt tack vare känsligheten hos NIFS på Gemini, kombinerat med de utsökta förhållandena på Maunakea, ", sa Irwin. "Även om vi visste att de här linjerna skulle vara vid kanten av upptäckt, Jag bestämde mig för att leta efter dem i Gemini-datan vi hade skaffat."

"Detta arbete är en slående innovativ användning av ett instrument som ursprungligen utformats för att studera de explosiva miljöerna runt enorma svarta hål i mitten av avlägsna galaxer, " sa Chris Davis från USA:s National Science Foundation, en ledande finansiär av Gemini-teleskopet. "Att använda NIFS för att lösa ett långvarigt mysterium i vårt eget solsystem är en kraftfull förlängning av dess användning." tillägger Davis.

Astronomer har länge diskuterat sammansättningen av Uranus moln och om svavelväte eller ammoniak dominerar molndäcket, men saknade definitiva bevis åt båda hållen. "Nu, tack vare förbättrad vätesulfidabsorptionslinjedata och de underbara Gemini-spektra, vi har fingeravtrycket som fångade den skyldige, " säger Irwin. De spektroskopiska absorptionslinjerna (där gasen absorberar en del av det infraröda ljuset från reflekterat solljus) är särskilt svaga och utmanande att upptäcka enligt Irwin.

Detekteringen av vätesulfid högt uppe i Uranus molndäck (och förmodligen Neptunus) står i skarp kontrast till de inre gasjätteplaneterna, Jupiter och Saturnus, där ingen svavelväte syns ovanför molnen, men istället observeras ammoniak. Huvuddelen av Jupiter och Saturnus övre moln består av ammoniakis, men det verkar inte vara fallet för Uranus. Dessa skillnader i atmosfärisk sammansättning belyser frågor om planeternas bildning och historia.

Leigh Fletcher, en medlem av forskargruppen från University of Leicester i Storbritannien, tillägger att skillnaderna mellan gasjättarnas molndäck (Jupiter och Saturnus), och isjättarna (Uranus och Neptunus), var sannolikt präglade långt tillbaka under födelsen av dessa världar. "Under vårt solsystems bildning bestämdes balansen mellan kväve och svavel (och därmed ammoniak och Uranus nyupptäckta svavelväte) av temperaturen och platsen för planetens bildning."

En annan faktor i den tidiga bildandet av Uranus är de starka bevisen för att vårt solsystems gigantiska planeter sannolikt migrerade från där de ursprungligen bildades. Därför, att bekräfta denna sammansättningsinformation är ovärderlig för att förstå Uranus födelseplats, evolution och förfining av modeller för planetariska migrationer.

Enligt Fletcher, när ett molndäck bildas genom kondens, den låser in den molnbildande gasen i en djup inre reservoar, gömd under nivåerna som vi vanligtvis kan se med våra teleskop. "Bara en liten mängd finns kvar ovanför molnen som en mättad ånga, ", sade Fletcher. "Och det är därför det är så utmanande att fånga signaturerna av ammoniak och svavelväte ovanför molndäck på Uranus. Tvillingarnas överlägsna förmågor gav oss äntligen det lyckliga avbrottet, avslutar Fletcher.

Glenn Orton, från NASA:s Jet Propulsion Laboratory, och en annan medlem av forskargruppen konstaterar, "Vi har starkt misstänkt att vätesulfidgas påverkade Uranus millimeter och radiospektrum under en tid, men vi kunde inte tillskriva den absorption som behövdes för att identifiera det positivt. Nu, den delen av pusslet faller på plats också."

Medan resultaten sätter en lägre gräns för mängden svavelväte runt Uranus, det är intressant att spekulera i vilka effekterna skulle bli på människor även vid dessa koncentrationer. "Om en olycklig människa någonsin skulle komma ner genom Uranus moln, de skulle mötas av mycket obehagliga och luktande förhållanden." Men den fula stanken skulle inte vara den värsta av det enligt Irwin. "Kvävning och exponering i den negativa 200 grader Celsius-atmosfären som mestadels består av väte, helium, och metan skulle ta ut sin rätt långt innan lukten, avslutar Irwin.

De nya rönen indikerar att även om atmosfären kan vara obehaglig för människor, denna avlägsna värld är fruktbar jord för att undersöka vår solsystems tidiga historia och kanske förstå de fysiska förhållandena på andra stora, isiga världar som kretsar runt stjärnorna bortom vår sol.