Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał teleskopy naziemne, w tym teleskop VLT należący do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), do prześledzenia zmian atmosferycznych temperatur Neptuna przez okres 17 lat. Wykryto zaskakujący spadek globalnej temperatury Neptuna i następujące po nim dramatyczne ocieplenie na biegunie południowym.

„Taka zamiana była nieoczekiwana. Obserwowaliśmy Neptuna podczas jego wczesnego lata na półkuli południowej, spodziewaliśmy się, że temperatury będą powoli stawać się cieplejsze, a nie chłodniejsze”

– Michael Roman, University of Leicester, autor badań opublikowanych w The Planetary Science Journal

Składanka zdjęć pokazuje termiczne obrazy Neptuna uzyskane od 2006 do 2020 roku. Pierwsze trzy zdjęcia (2006, 2009, 2018) zostały uzyskane instrumentem VISIR na VLT, należącym do ESO, natomiast obraz z 2020 roku uzyskano instrumentem COMICS na Teleskopie Subaru (VISIR nie działał w drugiej połowie 2020 roku z powodu pandemii). Po stopniowym ochładzaniu planety wygląda na to, że biegun południowy uległ dramatycznemu ociepleniu w ostatnich kilku latach, co widać jako jasną plamę na dole Neptuna na zdjęciach z 2018 i 2020 roku.

Neptuniańskie pory roku

Neptun, podobnie jak Ziemia, doświadcza pór roku, gdy porusza się po orbicie wokół Słońca. Jednak neptuniańska pory roku trwa około 40 lat, a jeden rok na tej planecie to 165 lat ziemskich. Od 2005 roku na południowej półkuli Neptuna panowało lato. Astronomowie chcieli zobaczyć, jak zmieniają się temperatury po przesileniu letnim.

Zaskakujące dane

Astronomowie przeanalizowali prawie 100 obrazów Neptuna w podczerwieni termicznej, uzyskanych przez okres ponad 17 lat, aby bardziej szczegółowo niż do tej pory ustalić ogólne trendy w temperaturze planety.

Dane pokazały, że pomimo nadejścia lata na półkuli południowej, większa część planety odnotowała stopniowe ochłodzenie przez ponad dwie dekady. Uśredniona globalna temperatura Neptuna spadła o 8 °C pomiędzy 2003, a 2018 rokiem.

Astronomowie byli więc zaskoczeni odkryciem dramatycznego ocieplenia na biegunie południowym Neptuna podczas ostatnich dwóch lat prowadzonych obserwacji, kiedy to temperatury gwałtownie wzrosły o 11 °C pomiędzy 2018, a 2020 rokiem. Chociaż ciepły wir polarny Neptuna był znany od wielu lat, to tak gwałtowne polarne ocieplenie nie było nigdy wcześniej obserwowanej w przypadku tej planety.

„Nasze dane pokrywają mniej niż połowę pory roku na Neptunie, więc nikt nie spodziewał się zobaczyć dużych i szybkich zmian”

– wskazuje współautor Glenn Orton, naukowiec z Caltech Jet Propulsion Laboratory (JPL) w Stanach Zjednoczonych

Zdjęcie planety Neptun po lewej zostało uzyskane podczas testowania trybu optyki adaptacyjnej wąskiego pola instrumentu MUSE na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT), należącym do ESO. Zdjęcie po prawej jest porównywalnym obrazem z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, należącego do NASA/ESA. Proszę zwrócić uwagę, że oba zdjęcia nie zostały wykonane w tym samym czasie i nie pokazują identycznych struktur na powierzchni.

Astronomowie zmierzyli temperaturę Neptuna przy pomocy kamer termicznych, które działają, mierząc promieniowanie podczerwone emitowane przez obiekty astronomiczne. W swojej analizie zespół naukowy połączył wszystkie istniejące zdjęcia Neptuna zgromadzone przez ponad dwie dekady przez teleskopy naziemne. Zbadano promieniowanie podczerwone emitowane przez warstwę atmosfery Neptuna zwaną stratosferą. To pozwoliło na utworzenie obrazu temperatury Neptuna i jej zmian podczas części lata panującego na półkuli południowej.

Ponieważ Neptun znajduje się w odległości prawie 4,5 miliarda kilometrów i jest bardzo zimny, ze średnią temperaturą osiągającą około –220°C, wyznaczanie jego temperatury z Ziemi nie jest łatwym zadaniem. „Ten rodzaj badań jest możliwy tylko przy pomocy czułych obrazów podczerwonych z wielkich teleskopów, takich jak VLT, które mogą wyraźnie obserwować Neptuna. Tego typu dane są dostępne dopiero od około ostatnich 20 lat” mówi współautor Leigh Fletcher, profesor na University of Leicester.

Zmiany temperatury Neptuna były tak nieoczekiwane, że astronomowie nie wiedzą, co mogło je spowodować. Przyczyną mogą być zmiany w stratosferycznej chemii Neptuna albo losowe zjawiska pogodowe, a nawet cykl słoneczny. Potrzebne jest więcej obserwacji w kolejnych latach, aby ustalić przyczyny tych fluktuacji. Przyszłe teleskopy naziemne, takie jak Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT), który jest budowany przez ESO, będą mogły bardziej szczegółowo obserwować zmiany temperatury, takie jak opisywana. Z kolei Kosmiczny Teleskop James Webba dostarczy bezprecedensowych nowych map chemii i temperatury atmosfery Neptuna.

„Myślę, że Neptun sam w sobie jest bardzo intrygujący dla wielu z nas, ponieważ ciągle wiemy o nim tak niewiele. Wszystko wskazuje na bardziej skomplikowany obraz atmosfery Neptuna i jej zmienności w czasie”

– mówi Michael Roman

Autor

Szymon Ryszkowski

Redaktor Naczelny Portalu Astronomicznego AstroNET, członek Klubu Astronomicznego Almukantarat. Autor gry planszowej Solar System Voyager.