Tag: Neptun

Tajemnicza ciemna plama na Neptunie wykryta z Ziemi po raz pierwszy

Radosław B. AMBROŻY

Korzystając Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), z należącego do ESO, astronomowie zaobserwowali dużą ciemną plamę w atmosferze Neptuna. Nieoczekiwanie przylega do niej mniejsza jasna plama. Jest to pierwszy raz, gdy udało się zaobserwować ciemną plamę na tej planecie prowadząc obserwacje teleskopem naziemnym. Tego rodzaju tymczasowe struktury na tle niebieskiego tła atmosfery Neptuna są zagadką dla astronomów, a nowe wyniki dostarczą kolejnych wskazówek odnośnie ich natury i pochodzenia.

Duże plamy występują powszechnie w atmosferach planet olbrzymów. Najsłynniejszą z nich jest Wielka Czerwona Plama na Jowszu. W przypadku Neptuna, ciemna plama została po raz pierwszy odkryta przez amerykańską sondę Voyager 2 w 1989 roku. Plama ta zniknęła po kilku latach. “Od momentu pierwszego odkrycia ciemnej plamy zawsze zastanawiałem się czy są te krótkotrwałe i ulotne ciemne struktury” mówi Patrick Irwin, Profesor z University of Oxford w Wielkiej Brytanii, kierownik badań opublikowanych dzisiaj w Nature Astronomy.

Irwin i jego zespół użyli danych z należącego do ESO teleskopu VLT, aby wykluczyć możliwość, że ciemne plany są powodowane przez „przejaśnienia” w chmurach. Nowe obserwacje wskazały, że zamiast tego ciemne plany sa przypuszczalnie efektem cząstek powietrza ciemniejących w warstwie poniżej głównej widocznej warstwy mgły, gdy lody i mgły mieszają się w atmosferze Neptuna.

Dojście do tej konkluzji nie było proste, ponieważ ciemne plany nie są stałymi strukturami atmosfery Neptuna i nigdy wcześniej astronomowie nie mieli okazji zbadać ich wystarczająco szczegółowo. Okazja pojawiła się poty, gdy Kosmiczny Teleskop Hubble’a, należący do NASA/ESA, odkrył kilka ciemnych plam w atmosferze Neptuna, w tym plamę na północnej półkuli planety po raz pierwszy dostrzeżoną w 2018 roku. Irwin i jego zespół natychmiast przystąpili do pracy, analizując ją z powierzchni Ziemi – przy pomocy instrumentu, który idealnie pasuje do tego typu wyzwania obserwacyjnego.

Korzystając z Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) na teleskopie VLT, badacze byli w stanie rozdzielić światło słoneczne odbijane przez Neptuna i jego plamę na składowe kolory (czyli długości fali), uzyskując trójwymiarowe widmo [1]. Dzięki temu mogli zbadać plamę dokładniej niż to było wcześniej możliwe.

Jestem niesamowicie podekscytowany, że mogłem nie tylko dokonać pierwszego wykrycia ciemnej plamy przy pomocy obserwacji naziemnych, ale też po raz pierwszy zarejestrować widmo odbiciowe tej struktury.wskazuje Irwin.

Ponieważ różne długości fali pozwalają próbkować różne głębokości atmosfery Neptuna, dysponując widmem astronomowie mogę lepiej ustawić wysokość, na której rezyduje ciemna plama. Widmo dostarczyło także informacji o składzie chemicznym różnych warstw atmosfery, co dało zespołowi wskazówki dotyczące tego, dlaczego plama wydaje się ciemna.

Obserwacje dały także zaskakujący wynik:

W trakcie tego procesu odkryliśmy rzadki rodzaj głębokiej, jasnej chmury nigdy wcześniej nie zidentyfikowanej, nawet z kosmosu.tłumaczy Michael Wong, współautor badań, naukowiec na University of California (Berkeley, USA).

Ten rzadki typ chmury wydaje się jasną plamą tuż obok wiekszej ciemnej plamy. Dane z VLT pokazują, że nowa “głęboka jasna Chmura” znajdowała się na tym samym poziomie atmosfery, co ciemna . Oznacza to, że jest to zupełnie nowy typ struktury w porównaniu do małych chmur towarzyszących lodom metanu na dużych wysokościach, które były obserwowane wcześniej.

Dzięki pomocy należącego do ESO teleskopu VLT, astronomowie mogą teraz badać z powierzchni Ziemi struktury takie, jak opisywane plamy.

To zdumiewający wzrost zdolności ludzkości do obserwowania kosmosu. Początkowo mogliśmy jedynie wykrywać te plamy wysyłając sondy kosmiczne takie jak Voyager. Następnie uzyskaliśmy możliwość robienia tego zdalnie przy pomocy Teleskopu Hubble’a. W końcu technologia uległa takiemu zaawansowaniu, że możemy to robić z powierzchni Ziemi. To może zakończyć moją karierę jako obserwatora Teleskopem Hubble’a.podsumowuje Wong.

Chmura Neptuna na przestrzeni trzech dekad

Radosław B. AMBROŻY

Astronomowie odkryli związek między zmieniającą się obfitością chmur Neptuna a 11-letnim cyklem słonecznym, w którym rosną i zanikają splątane pola magnetyczne Słońca napędzają aktywność słoneczną. Odkrycie opiera się na trzech dekadach obserwacji Neptuna wykonanych przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a i Obserwatorium W. M. Kecka na Hawajach, a także dane z Lick Observatory w Kalifornii.

Związek między Neptunem a aktywnością słoneczną jest zaskakujący dla planetologów, ponieważ Neptun jest najdalszą główną planetą naszego Układu Słonecznego i otrzymuje światło słoneczne z około 0,1% intensywności otrzymywanej przez Ziemię. Jednak globalna pochmurna pogoda Neptuna wydaje się być napędzana przez aktywność słoneczną, a nie cztery pory roku planety, z których każda trwa około 40 lat. Obecnie zasięg chmur widoczny na Neptunie jest ekstremalnie niski, z wyjątkiem niektórych chmur unoszących się nad południowym biegunem olbrzymiej planety. Zespół astronomów kierowany przez University of California (UC) w Berkeley odkrył, że obfitość chmur zwykle obserwowanych na średnich szerokościach geograficznych lodowego olbrzyma zaczęła zanikać w 2019 roku.

Byłem zaskoczony tym, jak szybko chmury zniknęły na Neptunie. Zasadniczo zaobserwowaliśmy spadek aktywności chmur w ciągu kilku miesięcy.powiedział Imke de Pater, emerytowany profesor astronomii na UC Berkeley i główny autor badań.

Nawet teraz, cztery lata później, najnowsze zdjęcia, które zrobiliśmy w czerwcu, nadal pokazują, że chmury nie wróciły do swoich poprzednich poziomów. To niezwykle ekscytujące i nieoczekiwane, zwłaszcza, że poprzedni okres niskiej aktywności chmur na Neptunie nie był tak dramatyczny i długotrwały.mówi Erandi Chavez, absolwent w Center for Astrophysics | Harvard-Smithsonian (CfA) w Cambridge, Massachusetts, która prowadziła badania, gdy była studentką astronomii na UC Berkeley.

Aby monitorować ewolucję wyglądu Neptuna, Chavez i jej zespół przeanalizowali zdjęcia z Obserwatorium Kecka wykonane w latach 2002-2022, archiwalne obserwacje Kosmicznego Teleskopu Hubble’a od 1994 roku oraz dane z Obserwatorium Licka w Kalifornii w latach 2018-2019. W ostatnich latach obserwacje Kecka zostały uzupełnione zdjęciami wykonanymi w ramach Strefa mroku oraz przez program Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL) Hubble’a.

Zdjęcia ujawniają intrygujący wzór między sezonowymi zmianami w pokrywie chmur Neptuna a cyklem słonecznym – okresem, w którym pole magnetyczne Słońca zmienia się co 11 lat, gdy staje się bardziej splątane jak kula przędzy. Jest to widoczne w rosnącej liczbie plam słonecznych i rosnącej aktywności rozbłysków słonecznych. W miarę postępu cyklu burzliwe zachowanie Słońca wzrasta do maksimum, aż pole magnetyczne opadnie i odwróci polaryzację. Następnie Słońce osiada z powrotem do minimum, tylko po to, aby rozpocząć kolejny cykl.

Kiedy na Słońcu panuje burzowa pogoda, bardziej intensywne promieniowanie ultrafioletowe (UV) zalewa układ słoneczny. Zespół odkrył, że dwa lata po szczycie cyklu słonecznego na Neptunie pojawia się coraz więcej chmur. Ponadto zespół odkrył pozytywną korelację między liczbą chmur a jasnością lodowego olbrzyma od odbijającego się od niego światła słonecznego.

Te niezwykłe dane dają nam najsilniejszy jak dotąd dowód na to, że pokrywa chmur Neptuna koreluje z cyklem Słońca. Nasze odkrycia potwierdzają teorię, że promienie UV Słońca, gdy są wystarczająco silne, mogą wywoływać reakcję fotochemiczną, która wytwarza chmury Neptuna.mówi de Pater.

Naukowcy odkryli związek między cyklem słonecznym a pochmurnym wzorcem pogody Neptuna, patrząc na 2,5 cyklu aktywności chmur zarejestrowanych w ciągu 29 lat obserwacji Neptuna. W tym czasie współczynnik odbicia planety wzrósł w 2002 roku, a następnie przyciemnił się w 2007 roku. Neptun ponownie stał się jasny w 2015 roku, a następnie pociemniał w 2020 roku do najniższego poziomu, jaki kiedykolwiek zaobserwowano, czyli wtedy, gdy większość chmur zniknęła.

Zmiany jasności Neptuna spowodowane przez Słońce wydają się wznosić i opadać względnie zsynchronizowane z pojawianiem się i odchodzeniem chmur na planecie. Istnieje jednak dwuletnie opóźnienie między szczytem cyklu słonecznego a obfitością chmur widocznych na Neptunie. Zmiany chemiczne są spowodowane fotochemią, która zachodzi wysoko w górnych warstwach atmosfery Neptuna i potrzebuje czasu, aby utworzyć chmury.

To fascynujące móc używać teleskopów na Ziemi do badania klimatu świata oddalonego od nas o ponad 2,5 miliarda mil. Postęp technologiczny i obserwacje pozwoliły nam ograniczyć modele atmosferyczne Neptuna, które są kluczem do zrozumienia korelacji między klimatem lodowego olbrzyma a cyklem słonecznym.powiedział Carlos Alvarez, astronom z Keck Observatory i współautor opracowania.

Potrzeba jednak więcej pracy. Na przykład, podczas gdy wzrost światła słonecznego UV może wytworzyć więcej chmur i zamglenia, może również je przyciemnić, zmniejszając w ten sposób ogólną jasność Neptuna. Burze na Neptunie wznoszące się z głębokiej atmosfery wpływają na pokrywę chmur, ale nie są związane z chmurami wytwarzanymi fotochemicznie, a zatem mogą komplikować badania korelacji z cyklem słonecznym. Potrzebne są również dalsze obserwacje Neptuna, aby zobaczyć, jak długo potrwa obecny prawie brak chmur.

Zespół badawczy nadal śledzi aktywność chmur Neptuna.

Widzieliśmy więcej chmur na najnowszych zdjęciach Kecka, które zostały wykonane w tym samym czasie, gdy Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba obserwował planetę; chmury te były w szczególności widoczne na północnych szerokościach geograficznych i na dużych wysokościach, zgodnie z oczekiwaniami zaobserwowanym wzrostem strumienia UV Słońca w ciągu ostatnich około 2 lat. mówi de Pater.

Połączone dane z Hubble’a, Kosmicznego Teleskopu Webba, Obserwatorium Kecka i Obserwatorium Licka umożliwią dalsze badania fizyki i chemii, które doprowadzą do dynamicznego wyglądu Neptuna, co z kolei może pomóc astronomom pogłębić zrozumienie nie tylko Neptuna, ale także egzoplanety, ponieważ uważa się, że wiele planet poza naszym Układem Słonecznym ma cechy podobne do Neptuna.

info: HubbleSite

Czy Tryton w końcu odpowie na pytanie: „Czy jesteśmy sami?”

Radosław B. AMBROŻY

Niedawno zbadaliśmy, jak i dlaczego lodowy księżyc Saturna, Enceladus, może odpowiedzieć na odwieczne pytanie: “Czy jesteśmy sami?”. Dzięki wewnętrznemu oceanowi i gejzerom lodu wodnego, które wystrzeliwują dziesiątki kilometrów w przestrzeń kosmiczną, która rzekomo zawiera składniki życia, ten mały księżyc może być głównym celem przyszłych misji astrobiologicznych. Ale Enceladus nie jest jedynym miejscem w naszym Układzie Słonecznym z aktywnymi gejzerami, ponieważ inny mały księżyc w pobliżu krawędzi Układu Słonecznego również ma podobne cechy. To największy księżyc Neptuna, Tryton, który tylko raz odwiedziła sonda Voyager 2 należąca do NASA w 1989 roku. Ale czy gejzery Trytona to jedyne cechy, które czynią go dobrym celem dla astrobiologii i wyszukiwania życia poza Ziemią?

Tryton może być ‘światem oceanów’, księżycem, który ma stałą skorupę lodową nad płynną wodą podpowierzchniową oceanu. Jeśli tak jest i jeśli pewnego dnia będziemy w stanie dotrzeć do tego oceanu i znaleźć życie, rozszerzyłoby to strefę nadającą się do zamieszkania do Pasa Kuipera, a nie tylko do wewnętrznego Układu Słonecznego. Ma to głębokie implikacje, zarówno w naszym Układzie Słonecznym, jak i na egzoplanetach.powiedziała dr Candice Hansen-Koharchek, która jest planetologiem i była przedstawicielem zespołu ds. Misje Voyagera.

Ze względu na swoje gejzery, które Voyager 2 zidentyfikował jako ciemne smugi, Tryton jest dopiero trzecim znanym ciałem planetarnym w Układzie Słonecznym, które jest aktywne wulkanicznie, poza Ziemią i najbardziej wewnętrznym księżycem galileuszowym Jowisza, Io. W przeciwieństwie do gejzerów na Enceladusie, które uważa się za spowodowane ogrzewaniem pływowym, gejzery Trytona są wynikiem ogrzewania słonecznego, gdzie słabe światło słoneczne docierające do księżyca powoduje powolne topnienie zamrożonego azotu na powierzchni i ostatecznie erupcję. Aktywna geologia wyjaśnia również brak kraterów na jego powierzchni i okazuje się, że Tryton posiada inną cechę podobną do Ziemi.

Tryton ma atmosferę azotu, która sezonowo zamarza w czapy polarne. Ziemia ma również głównie azotową atmosferę – czy możesz sobie wyobrazić, co by było, gdyby nasza atmosfera zamarzła na ziemię w zimie?! Chociaż atmosfera Trytona jest rzadka, wieją wiatry i rozrzucają cząsteczki po powierzchni.powiedział dr Hansen-Koharchek.

Jak wspomniano, Voyager 2 jest jedynym statkiem kosmicznym, który odwiedził Trytona, ale inna misja NASA, znana jako TRIDENT, została wybrana jako finalista w 2020 roku, aby zbadać Trytona z bliska po raz pierwszy od 1989 roku, ale ostatecznie została pominięta w końcowej rundzie selekcji przez NASA w 2021 r.

Trójząb ustaliłby istnienie podpowierzchniowego oceanu – to pierwszy krok w rozpoznaniu oceanicznego świata. Trident posiadał spektrometr bliskiej podczerwieni, który pozwoliłby nam po raz pierwszy zmapować rozkład lodu (N2, CH4, CO, CO2 i H2O) na jego powierzchni (Voyager nie posiadał spektrometru bliskiej podczerwieni, więc wszystko, co wiemy o składzie, to to, co możemy zebrać z Ziemi).powiedział dr Hansen-Koharchek.

Na razie Tryton krąży wokół Neptuna w pobliżu krawędzi Układu Słonecznego z jego aktywnymi gejzerami, azotową atmosferą i prawdopodobnie wewnętrznym oceanem. Kiedy odwiedzimy go ponownie i czy ten aktywny księżyc jest siedliskiem życia, jakie znamy dzięki swoim unikalnym cechom? Wtedy odpowiemy na pytanie dotyczące Trytona: „Czy jesteśmy sami w Układzie Słonecznym?”

Nowy obraz Webba uchwycił najczystszy widok pierścieni Neptuna od dziesięcioleci

Radosław B. AMBROŻY

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba NASA pokazuje swoje możliwości bliżej domu dzięki swojemu pierwszemu obrazowi Neptuna. Webb nie tylko uchwycił najczystszy obraz pierścieni tej odległej planety od ponad 30 lat, ale jego kamery ukazują lodowego olbrzyma w zupełnie nowym świetle. Najbardziej uderzający na nowym zdjęciu Webba jest wyraźny obraz pierścieni planety – niektóre z nich nie zostały wykryte od czasu, gdy NASA Voyager 2 stał się pierwszym statkiem kosmicznym, który zaobserwował Neptuna podczas przelotu w 1989 roku . Oprócz kilku jasnych, wąskich pierścieni, obraz Webba wyraźnie pokazuje słabsze pasma pyłowe Neptuna.

Minęły trzy dekady, odkąd ostatni raz widzieliśmy te słabe, zakurzone pierścienie, a po raz pierwszy widzimy je w podczerwieni.zauważa Heidi Hammel, ekspert ds. systemów Neptuna i interdyscyplinarny naukowiec z firmy Webb.

Niezwykle stabilna i precyzyjna jakość obrazu Webba pozwala na wykrycie tych bardzo słabych pierścieni tak blisko Neptuna. Neptun fascynuje naukowców od czasu jego odkrycia w 1846 roku. Położony 30 razy dalej od Słońca niż Ziemia Neptun krąży w odległym, ciemnym regionie zewnętrznego Układu Słonecznego. W tej ekstremalnej odległości Słońce jest tak małe i słabe, że w samo południe na Neptunie przypomina mroczny zmierzch na Ziemi.

Ta planeta jest scharakteryzowana jako lodowy olbrzym ze względu na chemiczny skład jej wnętrza. W porównaniu do gazowych gigantów, Jowisza i Saturna, Neptun jest znacznie bogatszy w pierwiastki cięższe niż wodór i hel. Jest to łatwo widoczne w charakterystycznym niebieskim wyglądzie Neptuna na zdjęciach z Teleskopu Kosmicznego Hubble’a przy widzialnych długościach fal, spowodowanym przez niewielkie ilości gazowego metanu.

Webb’s Near-Infrared Camera (NIRCam) obrazuje obiekty w zakresie bliskiej podczerwieni od 0,6 do 5 mikronów, więc Neptun nie wydaje się Webb niebieski. W rzeczywistości gaz metanowy tak silnie pochłania światło czerwone i podczerwone, że planeta jest całkiem ciemna na tych długościach fal w bliskiej podczerwieni, z wyjątkiem miejsc, w których występują chmury na dużych wysokościach. Takie chmury lodu metanowego są widoczne jako jasne smugi i plamy, które odbijają światło słoneczne, zanim zostaną wchłonięte przez metan. Obrazy z innych obserwatoriów, w tym Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i Obserwatorium WM Kecka, zarejestrowały te szybko ewoluujące cechy chmur na przestrzeni lat.

Bardziej subtelnie, cienka linia jasności okrążająca równik planety może być wizualną sygnaturą globalnej cyrkulacji atmosferycznej, która napędza wiatry i burze Neptuna. Atmosfera opada i ogrzewa się na równiku, a zatem świeci w podczerwieni bardziej niż otaczające, chłodniejsze gazy. 164-letnia orbita Neptuna oznacza, że ​​jego biegun północny, u góry tego zdjęcia, jest po prostu niewidoczny dla astronomów, ale zdjęcia Webba wskazują na intrygującą jasność w tym obszarze. Znany wcześniej wir na biegunie południowym jest widoczny z punktu widzenia Webba, ale po raz pierwszy Webb ujawnił otaczający go ciągły pas chmur na dużych szerokościach geograficznych.

Webb uchwycił także siedem z 14 znanych księżyców Neptuna. Nad portretem Neptuna Webbem dominuje bardzo jasny punkt świetlny z charakterystycznymi skokami dyfrakcyjnymi widocznymi na wielu zdjęciach Webba, ale to nie jest gwiazda. Jest to raczej duży i niezwykły księżyc Neptuna, Tryton.

Pokryty zamarzniętym połyskiem skondensowanego azotu, Triton odbija średnio 70 procent padającego na niego światła słonecznego. Na tym zdjęciu znacznie przewyższa on Neptuna, ponieważ atmosfera planety jest zaciemniona przez absorpcję metanu na tych długościach fal bliskiej podczerwieni. Tryton okrąża Neptuna po niezwykłej orbicie wstecznej (wstecznej), co prowadzi astronomów do spekulacji, że księżyc ten był pierwotnie obiektem pasa Kuipera, który został grawitacyjnie schwytany przez Neptuna. W nadchodzącym roku planowane są dodatkowe badania Webba zarówno Trytona, jak i Neptuna.

info: NASA