Korzystając z należącego do ESO Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), astronomowie zaobserwowali dużą ciemną plamę w atmosferze Neptuna wraz z nieoczekiwanie mniejszą, jasną plamą sąsiadującą z nią. To pierwszy przypadek zaobserwowania ciemnej plamy na planecie za pomocą ziemskiego teleskopu. Te okazjonalne cechy na niebieskim tle atmosfery Neptuna pozostają dla astronomów tajemnicą, a nowe wyniki dostarczają dalszych wskazówek co do ich natury i pochodzenia.
Duże plamy są częstym zjawiskiem w atmosferach planet-olbrzymów, z których najsłynniejszą jest Wielka Czerwona Plama na Jowiszu. Na Neptunie ciemna plama została po raz pierwszy odkryta przez należącą do NASA sondę Voyager 2 w 1989 roku, a następnie zniknęła kilka lat później. „Od czasu pierwszego odkrycia ciemnej plamy zawsze zastanawiałem się, czym są te krótkotrwałe i nieuchwytne ciemne plamy” – mówi Patrick Irwin, profesor na Uniwersytecie Oksfordzkim w Wielkiej Brytanii i główny badacz badania opublikowanego dzisiaj w czasopiśmie Nature Astronomia.
Irwin i jego zespół wykorzystali dane z VLT należącego do ESO, aby wykluczyć możliwość, że ciemne plamy są spowodowane „przejaśnieniem” chmur. Nowe obserwacje wskazują zamiast tego, że ciemne plamy są prawdopodobnie wynikiem ciemnienia cząstek powietrza w warstwie poniżej głównej widocznej warstwy mgły, gdy lody i mgły mieszają się w atmosferze Neptuna.
Dojście do tego wniosku nie było łatwym zadaniem, ponieważ ciemne plamy nie są trwałymi cechami atmosfery Neptuna, a astronomowie nigdy wcześniej nie byli w stanie badać ich wystarczająco szczegółowo. Okazja pojawiła się po tym, jak Kosmiczny Teleskop Hubble’a odkrył kilka ciemnych plam w atmosferze Neptuna, w tym jedną na półkuli północnej planety, którą po raz pierwszy zauważono w 2018 roku. Irwin i jego zespół natychmiast zabrali się do badania jej z ziemi – za pomocą instrumentu, który idealnie nadaje się do tych trudnych obserwacji.
Korzystając z wielojednostkowego eksploratora spektroskopowego VLT (MUSE), naukowcom udało się rozdzielić odbite światło słoneczne od Neptuna i jego plamki na składowe kolory, czyli długości fal, i uzyskać widmo 3D [1]. Oznaczało to, że mogli zbadać to miejsce bardziej szczegółowo, niż było to możliwe wcześniej. „Jestem absolutnie podekscytowany możliwością nie tylko pierwszego wykrycia ciemnej plamy z ziemi, ale także po raz pierwszy zarejestrowania widma odbicia takiej cechy” – mówi Irwin.
Ponieważ różne długości fal badają różne głębokości atmosfery Neptuna, posiadanie widma umożliwiło astronomom lepsze określenie wysokości, na której ciemna plama znajduje się w atmosferze planety. Widmo dostarczyło również informacji na temat składu chemicznego różnych warstw atmosfery, co dało zespołowi wskazówki, dlaczego plama wydawała się ciemna.
Obserwacje również przyniosły zaskakujący wynik. „W trakcie odkryliśmy rzadki, głęboko jasny typ chmury, którego nigdy wcześniej nie zidentyfikowano, nawet z kosmosu” – mówi współautor badania Michael Wong, badacz z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, USA. Ten rzadki typ chmur pojawił się jako jasna plama tuż obok większej głównej ciemnej plamy, a dane z VLT pokazały, że nowa „głęboka jasna chmura” znajdowała się na tym samym poziomie atmosfery co główna ciemna plama. Oznacza to, że jest to zupełnie nowy typ obiektu w porównaniu do obserwowanych wcześniej małych „towarzyszących” chmur lodu metanowego znajdujących się na dużych wysokościach.
Dzięki pomocy VLT należącego do ESO astronomowie mają teraz możliwość badania obiektów takich jak te plamy na Ziemi. „To zdumiewający wzrost zdolności ludzkości do obserwacji kosmosu. Początkowo mogliśmy wykryć te plamy jedynie wysyłając tam statek kosmiczny, taki jak Voyager. Potem zyskaliśmy możliwość zdalnego dostrzegania ich za pomocą Hubble’a. Wreszcie technologia uległa postępowi aby umożliwić to z ziemi” – podsumowuje Wong, po czym żartobliwie dodaje: „To mogłoby pozbawić mnie pracy jako obserwatora Hubble’a!”
Notatka
[1] MUSE to spektrograf 3D, który umożliwia astronomom obserwację całego obiektu astronomicznego, takiego jak Neptun, za jednym razem. W każdym pikselu instrument mierzy intensywność światła jako funkcję jego koloru lub długości fali. Uzyskane dane tworzą zbiór 3D, w którym każdy piksel obrazu ma pełne spektrum światła. W sumie MUSE mierzy ponad 3500 kolorów. Przyrząd zaprojektowano tak, aby wykorzystywał optykę adaptacyjną, która koryguje turbulencje w atmosferze ziemskiej, co zapewnia ostrzejsze obrazy, niż byłoby to możliwe w innym przypadku. Bez tej kombinacji cech badanie ciemnej plamy Neptuna z ziemi nie byłoby możliwe.