W trwających od 17 lat badaniach atmosfery Neptuna astronomowie używają do tego celu teleskopów naziemnych, w tym teleskopu VLT Europejskiego Obserwatorium Południowego. Jakież było ich zaskoczenie, gdy obserwując tę planetę podczas wczesnego lata na jej półkuli południowej nie zobaczyli spodziewanego powolnego ocieplania atmosfery, ale coś całkiem przeciwnego!
Podobnie jak Ziemia, Neptun doświadcza pór roku, gdy krąży wokół Słońca. Ponieważ jednak jeden rok Neptuna trwa 165 lat ziemskich, również pory roku trwają tam dłużej, a konkretnie około 40 lat. Od 2005 roku na południowej półkuli Neptuna trwa lato. Astronomowie chcieli zbadać, jak w tym czasie zmieniała się temperatura tego lodowego olbrzyma.
Ponieważ Neptun znajduje się w odległości około 4,5 miliarda kilometrów od Słońca i jest bardzo zimny (średnia temperatura planety sięga około –220°C) pomiar jej temperatury z Ziemi nie jest łatwym zadaniem. Ten rodzaj badań jest możliwy do wykonania dopiero od około 20 lat, od kiedy to możemy korzystać z bardzo czułych instrumentów obrazujących w podczerwieni, zainstalowanych na dużych teleskopach, takich jak VLT.
Na ilustracji: Obrazy Neptuna w podczerwieni wykonane w latach 2006-2020. Pierwsze trzy zdjęcia (2006, 2009, 2018) zostały uzyskane za pomocą instrumentu VISIR na teleskopie VLT ESO, podczas gdy zdjęcie z 2020 roku zostało zarejestrowane przez instrument COMICS na Teleskopie Subaru (VISIR nie działał pod koniec 2020 roku z powodu pandemii). Po stopniowym ochładzaniu się planety, wydaje się, że biegun południowy znacznie się ocieplił w ciągu ostatnich kilku lat, co pokazuje jasna plama na dole tarczy Neptuna na zdjęciach z 2018 i 2020 roku. Źródło: ESO/M. Roman, NAOJ/Subaru/COMICS
Astronomowie zbadali światło podczerwone emitowane z warstwy atmosfery Neptuna zwanej stratosferą. W tym celu przyjrzeli się prawie 100 zdjęciom Neptuna wykonanym w podczerwieni w ciągu 17 lat, aby szczegółowo przeanalizować charakter zmian temperatury tej planety. Jako że dane te obejmują mniej niż połowę jednej pory roku na Neptunie, nikt nie spodziewał się dużych i szybkich zmian.
Tymczasem dane obserwacyjne pokazały, że pomimo nadejścia południowego lata, większość planety stopniowo ochładzała się w ciągu ostatnich dwóch dekad. W latach 2003-2018 średnia globalna temperatura Neptuna spadła o 8°C. Astronomowie byli też zaskoczeni gwałtownym ociepleniem południowego bieguna Neptuna w latach 2018-2020. W tym czasie temperatura tego rejonu szybko wzrosła o 11°C. Chociaż ciepły wir polarny Neptuna, który może być odpowiedzialny za to zjawisko, znany jest od wielu lat, tak szybkie ocieplenie nigdy wcześniej nie było obserwowane.
Na ilustracji: Obserwowane zmiany jasności Neptuna w podczerwieni, będącej miarą temperatury w atmosferze tej planety. Wykres pokazuje względną zmianę jasności w podczerwieni, a co za tym idzie temperatury stratosfery Neptuna w czasie obejmującym wszystkie przeanalizowane obserwacje naziemne. Jaśniejsze obszary są interpretowane jako cieplejsze. Obrazy w promieniowaniu podczerwonym (u góry) o długości fali około 12 µm pokazują wygląd Neptuna w latach 2006, 2009, 2018 (w tym czasie Neptun był obserwowany przez instrument VISIR należący do Europejskiego Obserwatorium Południowego) i 2020 (w tym czasie Neptun był obserwowany przez instrument COMICS Subaru). Wydaje się, że biegun południowy znacznie się ocieplił w ciągu ostatnich kilku lat. Źródło: Michael Roman/NASA/JPL/Voyager-ISS/Justin Cowart
W opisanym badaniu około jedna trzecia wszystkich wykonanych zdjęć pochodziła z instrumentu Imager and Spectrometer (VISIR) na teleskopie ESO VLT znajdującym się na pustyni Atacama w Chile, który oferuje najczystsze obrazy Neptuna możliwe do uzyskania z Ziemi. Zespół badaczy wykorzystał również dane z Kosmicznego Teleskopu Spitzer NASA oraz zdjęcia wykonane teleskopem Gemini South w Chile, a także teleskopami Subaru, Keck i Gemini North (wszystkie na Hawajach).
Ponieważ wahania temperatury Neptuna były tak nieoczekiwane, astronomowie nie wiedzą jeszcze, co mogło je spowodować. Mogą być one spowodowane zmianami w składzie chemicznym stratosfery Neptuna lub przypadkowymi wzorcami pogodowymi, a nawet cyklem słonecznym.
Do wyjaśnienia tego zjawiska konieczne będą dalsze obserwacje. Przyszłe teleskopy naziemne, takie jak Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT), będą mogły bardziej szczegółowo obserwować zmiany temperatury Neptuna, zaś Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) pozwoli sporządzić dokładne mapy składu chemicznego i temperatury w atmosferze tej słabo poznanej planety.
Więcej informacji:
- Teleskop ESO zarejestrował zaskakujące zmiany temperatur na Neptunie
- Publikacja Sub-Seasonal Variation in Neptune’s Mid-Infrared Emission, Roman M. T. i in. Planetary Science Journal Vol. 3, p. 78 (2022)
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Źródło: ESO
Na ilustracji: Zdjęcie Neptuna zrekonstruowane z dwóch zdjęć wykonanych przez sondę Voyager 2. Źródło: NASA
