Nowe badania prowadzone przez kosmologów z Uniwersytetu w Leicester ujawniły, w jaki sposób temperatury w atmosferze Neptuna zmieniały się nieoczekiwanie w ciągu ostatnich dwóch dekad.
W badaniu, opublikowanym dzisiaj (poniedziałek) w Planetary Science Journal, wykorzystano obserwacje w zakresie fal termicznych w podczerwieni poza widmem światła widzialnego, skutecznie wykrywając ciepło emitowane z atmosfery planety.
Międzynarodowy zespół naukowców, w tym naukowcy z Leicester i NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), połączył wszystkie istniejące termiczne obrazy Neptuna w podczerwieni, zebrane z wielu obserwatoriów przez prawie dwie dekady. Obejmują one Bardzo Duży Teleskop Europejskiego Obserwatorium Południowego i teleskop Gemini South w Chile, wraz z Teleskopem Subaru, Teleskopem Keck i teleskopem Gemini North, wszystkie na Hawajach, a także widma z Kosmicznego Teleskopu Spitzera.
Analizując dane, naukowcy byli w stanie ujawnić pełniejszy obraz trendów w temperaturach Neptuna niż kiedykolwiek wcześniej.
Jednak ku zaskoczeniu naukowców te zbiorcze zbiory danych pokazują spadek jasności termicznej Neptuna od czasu, gdy w 2003 roku rozpoczęto wiarygodne obrazowanie termiczne, wskazując, że uśrednione globalnie temperatury w stratosferze Neptuna – warstwie atmosfery tuż nad jej aktywną warstwą pogodową – spadła o około 8 stopni Celsjusza (14 stopni Fahrenheita) w latach 2003-2018.
Dr Michael Roman, doktor habilitowany na Uniwersytecie w Leicester i główny autor artykułu, powiedział:
„Ta zmiana była nieoczekiwana. Ponieważ obserwowaliśmy Neptuna podczas jego wczesnego południowego lata, spodziewalibyśmy się, że temperatury będą powoli rosły, a nie zimniejsze”.
Neptun ma nachylenie osiowe, więc doświadcza pór roku, tak jak Ziemia. Jednak biorąc pod uwagę dużą odległość od Słońca, Neptun potrzebuje ponad 165 lat, aby okrążyć swoją gwiazdę macierzystą, a więc jego pory roku zmieniają się powoli, trwając ponad 40 lat ziemskich.
Dr Glenn Orton, starszy naukowiec w JPL i współautor badania, zauważył:
„Nasze dane obejmują mniej niż połowę sezonu Neptuna, więc nikt nie spodziewał się dużych i szybkich zmian”.
Jednak na biegunie południowym Neptuna dane ujawniają inną i zaskakująco dramatyczną zmianę. Połączenie obserwacji z Gemini North w 2019 r. i Subaru w 2020 r. ujawnia, że polarna stratosfera Neptuna ociepliła się o około 11 stopni Celsjusza (~20 stopni Celsjusza) w latach 2018-2020, odwracając poprzedni uśredniony globalnie trend ochładzania. Takiego ocieplenia biegunowego nigdy wcześniej nie zaobserwowano na Neptunie.
Przyczyna tych nieoczekiwanych zmian temperatury w stratosferze jest obecnie nieznana, a wyniki podważają zrozumienie przez naukowców zmienności atmosferycznej Neptuna.
Dr Roman kontynuował:
„Wahania temperatury mogą być związane z sezonowymi zmianami w chemii atmosfery Neptuna, co może zmienić skuteczność ochładzania atmosfery.
„Ale losowa zmienność wzorców pogodowych, a nawet reakcja na 11-letni cykl aktywności słonecznej, może również mieć wpływ”.
Wcześniej sugerowano, że 11-letni cykl słoneczny (naznaczony okresowymi zmianami aktywności Słońca i plam słonecznych) wpływa na widoczną jasność Neptuna, a nowe badanie ujawnia możliwą, ale niepewną korelację między aktywnością słoneczną, temperaturami stratosferycznymi i liczba jasnych chmur widocznych na Neptunie.
Potrzebne są dalsze obserwacje wzorców temperatury i chmur, aby dalej ocenić wszelkie możliwe powiązania w nadchodzących latach.
Odpowiedzi na te i inne tajemnice dostarczy Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), który ma obserwować oba lodowe olbrzymy, Urana i Neptuna, jeszcze w tym roku.
Leigh Fletcher, profesor nauk planetarnych na Uniwersytecie w Leicester, poprowadzi takie obserwacje z wyznaczonym czasem zestawu instrumentów JWST. Profesor Fletcher, również współautor tego badania, powiedział:
„Wyjątkowa czułość instrumentu MIRI w średniej podczerwieni teleskopu kosmicznego zapewni bezprecedensowe nowe mapy chemii i temperatur w atmosferze Neptuna, pomagając lepiej zidentyfikować naturę tych ostatnich zmian”.
Badanie to zostało sfinansowane z grantu Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych dla Uniwersytetu w Leicester, znanego jako GIANTCLIMES. Projekt ten wcześniej odkrył długoterminowe zmiany temperatury atmosferycznej i chmur na gazowych olbrzymach, Jowiszu i Saturnie, i dostarczył pierwszych map stratosferycznych temperatur Urana. GIANTCLIMES utorował drogę do nowych odkryć na wszystkich czterech gigantycznych planetach JWST w nadchodzących latach.
Dodatkowymi współautorami tej pracy są Thomas Greathouse (Southwest Research Institute), Julianne Moses (Space Science Institute), Naomi Rowe-Gurney (Howard University / NASA Goddard Space Flight Center), Patrick Irwin (Oxford), Arrate Antuñano (UPV/ EHU), James Sinclair (JPL), Yasumasa Kasaba (Uniwersytet Tohoku), Takuya Fujiyoshi (Teleskop Subaru), Imke de Pater (UC Berkeley) i Heidi Hammel (Stowarzyszenie Uniwersytetów na rzecz Badań Astronomicznych).
W Planetary Science Journal opublikowano “Subsezonową zmienność emisji Neptuna w średniej podczerwieni”.