Tajemnicza ciemna plama na Neptunie odkryta po raz pierwszy na Ziemi

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. Po raz pierwszy za pomocą ziemskiego teleskopu zaobserwowano ciemną plamę na planecie. Te okazjonalne cechy na niebieskim tle atmosfery Neptuna stanowią dla astronomów zagadkę, a nowe wyniki dostarczają więcej wskazówek na temat 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 mogą być te krótkotrwałe, nieuchwytne ciemne plamy” – mówi Patrick Irwin, profesor na Uniwersytecie Oksfordzkim w Wielkiej Brytanii i główny badacz badania opublikowanego dzisiaj w czasopiśmie Natura. Astronomia.

Irwin i jego zespół wykorzystali dane z VLT należącego do ESO, aby wykluczyć możliwość, że ciemne plamy powstały w wyniku „przejaśnienia” chmur. Nowe obserwacje wskazują natomiast, że ciemne plamy są prawdopodobnie wynikiem ciemnienia cząstek powietrza w warstwie poniżej głównej widocznej warstwy mgły, gdy lód i mgła mieszają się w atmosferze Neptuna.

Dojście do tego wniosku nie było łatwym zadaniem, ponieważ ciemne plamy nie są trwałymi cechami atmosfery Neptuna i astronomowie nigdy wcześniej nie byli w stanie zbadać ich wystarczająco szczegółowo. Okazja pojawiła się po odkryciu przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a kilku ciemnych plam w atmosferze Neptuna, w tym jednej na półkuli północnej planety, zaobserwowanej po raz pierwszy w 2018 r. Irwin i jego zespół natychmiast zabrali się do badania jej z ziemi – za pomocą instrumentu jest idealny do tych wymagających 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 miejsce bardziej szczegółowo, niż było to wcześniej możliwe. „Jestem absolutnie podekscytowany możliwością nie tylko pierwszego wykrycia ciemnej plamy na ziemi, ale także po raz pierwszy zarejestrowania widma odbicia takiej cechy” – mówi Irwin.

Ponieważ różne długości fal badają różne głębokości atmosfery Neptuna, posiadanie widma pozwoliło astronomom lepiej określić, jak wysoko znajduje się ciemna plama 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. „Przy okazji odkryliśmy rzadki typ głębokiej, jasnej chmury, której nigdy wcześniej nie zidentyfikowano, nawet w przestrzeni kosmicznej” – mówi współautor badania Michael Wong, badacz z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, USA. Ten rzadki typ obłoku pojawił się jako jasny punkt tuż obok większej głównej ciemnej plamy, a dane z VLT pokazują, 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. Zdobyliśmy więc możliwość ich zdalnego wykrywania za pomocą Hubble’a. Wreszcie technologia poszła do przodu, aby umożliwić to z ziemi” – podsumowuje Wong, po czym żartobliwie dodaje: „To mogłoby pozbawić mnie pracy jako obserwatora Hubble’a!”

Klas

[1] MUSE to spektrograf 3D, który umożliwia astronomom jednoczesną obserwację całego obiektu astronomicznego, takiego jak Neptun. W każdym pikselu instrument mierzy intensywność światła jako funkcję jego koloru lub długości fali. Uzyskane dane tworzą tablicę 3D, w której każdy piksel obrazu ma pełne spektrum światła. W sumie MUSE mierzy ponad 3500 kolorów. Instrument zaprojektowano tak, aby wykorzystywał optykę adaptacyjną, która koryguje turbulencje w atmosferze ziemskiej, co skutkuje ostrzejszymi obrazami, niż byłoby to możliwe w innym przypadku. Bez tej kombinacji cech badanie ciemnej plamy na Neptunie z ziemi nie byłoby możliwe.

Więcej informacji

Badania te zostały zaprezentowane w artykule pt. „Struktura chmur ciemnych plam i burz w atmosferze Neptuna” pojawi się w Nature Astronomy (doi: 10.1038/s41550-023-02047-0).

W skład zespołu wchodzi Patrick GJ Irwin (Uniwersytet Oksfordzki, Wielka Brytania [Oxford]), Jack Dobinson (Oxford), Arjuna James (Oxford), Michael H. Wong (Uniwersytet Kalifornijski, USA [Berkeley]), Leigh N. Fletcher (Uniwersytet w Leicester, Wielka Brytania [Leicester]), Michael T. Roman (Leicester), Nicholas A. Teanby (Uniwersytet w Bristolu, Wielka Brytania), Daniel Toledo (Narodowy Instytut Technik Lotniczych, Hiszpania), Glenn S. Orton (Laboratorium Napędów Odrzutowych, USA), Santiago Pérez-Hoyos ( Uniwersytet Kraju Basków, Hiszpania) [UPV/EHU]), Agustin Sánchez Lavega (UPV/EHU), Lawrence Sromovsky (Uniwersytet Wisconsin, USA), Amy Simon (Dział Eksploracji Układu Słonecznego, Centrum Lotów Kosmicznych NASA Goddard, USA), Raúl Morales-Juberias (Instytut Nowych Technologii Meksyk, USA) . ), Imke de Pater (Berkeley) i Statia L. Cook (Uniwersytet Columbia, USA).

Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) umożliwia naukowcom z całego świata odkrywanie tajemnic Wszechświata z korzyścią dla wszystkich. Projektujemy, budujemy i obsługujemy światowej klasy obserwatoria naziemne, które astronomowie wykorzystują do rozwiązywania ciekawych problemów i szerzenia fascynacji astronomią, a także promujemy międzynarodową współpracę w dziedzinie astronomii. Założone jako organizacja międzyrządowa w 1962 r., ESO jest obecnie wspierane przez 16 państw członkowskich (Austria, Belgia, Czechy, Dania, Francja, Finlandia, Niemcy, Irlandia, Włochy, Holandia, Polska, Portugalia, Hiszpania, Szwecja, Szwajcaria i Stany Zjednoczone Królestwo), wraz z państwami goszczącymi Chile i Australią jako partner strategiczny. Siedziba ESO oraz jej centrum dla zwiedzających i planetarium ESO Supernova znajdują się w pobliżu Monachium w Niemczech, natomiast chilijska pustynia Atakama, wspaniałe miejsce z wyjątkowymi warunkami do obserwacji nieba, jest domem dla naszych teleskopów. ESO obsługuje trzy punkty obserwacyjne: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO obsługuje Bardzo Duży Teleskop i jego interferometr Bardzo Duży Teleskop, a także teleskopy badawcze, takie jak VISTA. Również w Paranal ESO będzie gospodarzem i operatorem Cherenkov Telescope Array South, największego i najbardziej czułego obserwatorium promieniowania gamma na świecie. Wraz z międzynarodowymi partnerami ESO obsługuje ALMA na Chajnantor, obiekcie obserwującym niebo w zakresie milimetrowym i submilimetrowym. W Cerro Armazones, niedaleko Paranal, budujemy „największe na świecie oko skierowane w stronę nieba” – Ekstremalnie Wielki Teleskop ESO. Z naszych biur w Santiago w Chile wspieramy nasze działania w kraju i współpracujemy z partnerami i chilijskim społeczeństwem.