Egy nemzetközi csillagász kutatócsoport 17 éven át követte nyomon a Neptunusz légkörének hőmérséklet-változásait földi és űrtávcsövekkel, köztük az Európai Déli Obszervatórium Nagyon Nagy Távcsövével (European Southern Observatory’s Very Large Telescope – ESO VLT). A megfigyelési időszakban először az egész bolygó hőmérsékletének meglepően erős csökkenését regisztrálták, amit egy erőteljes felmelegedés követett az égitest déli pólusának környékén.

„Váratlan események voltak ezek” – fog mondandójába Michael Roman, az Egyesült Királyság Leicesteri Egyetemének posztdoktor kutatója, a The Planetary Science Journal című folyóiratban frissen megjelent tudományos közlemény vezető szerzője. – „Mivel végigészleltük a Neptunusz déli féltekének kora nyarát, azt vártuk, hogy a légkör lassan melegedni fog, nem pedig hűlni.”

A Neptunusz hőmérsékletét mutató kompozitfelvételek a 2006 és 2020 közötti időszakból. Az első három kép (2006, 2009 és 2018) az ESO Nagyon Nagy Távcsövének VISIR műszerével készült, míg a 2020-as fotót a Subaru teleszkóp COMICS műszere rögzítette (a VISIR 2020 közepén és végén a járványhelyzet miatt nem üzemelt). A bolygó fokozatos hűlését követően a déli pólus az elmúlt években jelentős mértékben felmelegedett, amit a 2018-as és 2020-as felvételeken a bolygó korongjának alján megjelenő fényes folt jelez. Forrás: ESO/M. Roman, NAOJ/Subaru/COMICS.

A Földhöz hasonlóan a Neptunuszon is váltakoznak az évszakok a bolygó Nap körüli keringése során. Ám ezen a távoli égitesten minden egyes évszak nagyjából 40 év hosszúságú, hiszen egyetlen Neptunusz-év 165 földi évnek felel meg. A bolygó déli félgömbjén 2005 óta van nyár. A csillagászok tudni szerették volna, hogy miként változik a hőmérséklet a bolygó déli félgömbjének nyári napfordulóját követően.

A kutatók több mint 17 év alatt közel 100 felvételt rögzítettek a bolygóról infravörös tartományban, hogy minden korábbinál részletesebben állapíthassák meg a légköri hőmérséklet-változások trendjeit.

Az adatok azt mutatták, hogy az elmúlt két évtized során a bolygó nagy része a déli nyár beköszönte ellenére is egyre csak hűlt. A Neptunusz légkörének átlaghőmérséklete 2003 és 2018 között 8 °C-kal csökkent.

A csillagászok meglepve tapasztalták azt is, hogy a déli pólus környéke az elmúlt két év során hirtelen jelentősen felmelegedett. 2018 és 2020 között az átlagos hőmérséklet itt 11 °C-os növekedést mutatott. Noha a Neptunusz meleg poláris örvényéről évek óta tudnak a kutatók, ilyen gyors felmelegedést soha azelőtt nem észleltek a bolygó sarkvidékein.

„Az adataink a teljes évszaknak kevesebb mint a felét fedik csak le, ez idő alatt pedig senki sem várt ilyen erős és gyors változásokat” – hangsúlyozza Glenn Orton, a tanulmány társszerzője, az Amerikai Egyesült Államokbeli Kaliforniai Műszaki Egyetem Jet Propulsion Laboratóriumának (JPL/Caltech) tudományos főmunkatársa.

A csillagászok a Neptunusz hőmérsékletét hőkamerákkal mérték meg. Ezek a műszerek az égitest által az infravörös hullámhossztartományban kibocsátott hősugárzást észlelik. A program keretében a kutatók összegyűjtötték a Neptunuszról az elmúlt két évtizedben rögzített összes földi megfigyelést. A vizsgálat során a Neptunusz felsőlégköre, a sztratoszféra által kibocsátott infravörös fényt tanulmányozták. Így tudták a csillagászok rekonstruálni a Neptunusz légköri hőmérsékletét és annak a déli nyár egy része során mutatott változásait.

Minthogy a Neptunusz mintegy 4,5 milliárd km távolságra van tőlünk, és nagyon hideg, az átlaghőmérséklete mindössze –220 °C körül alakul, így a bolygó légkörének hőmérsékletét nem könnyű megmérni. „Ez a fajta vizsgálat csak érzékeny infravörös felvételek révén, a VLT-hez hasonló óriástávcsövekkel lehetséges, amik tisztán képesek észlelni a Neptunuszt. Ez pedig csak az elmúlt mintegy 20 évben vált lehetővé” – húzza alá a tanulmány egy másik társszerzője, Leigh Fletcher, a Leicesteri Egyetem professzora.

A Neptunusz a VLT és a Hubble-űrtávcső felvételein. A bal oldali felvétel az ESO Nagyon Nagy Távcsövén (VLT) működő MUSE műszerrel, a GALACSI adaptív optikai rendszer használatával, míg a jobb oldali a NASA/ESA Hubble-űrtávcsövével készült. Láthatjuk, hogy a VLT a csúcstechnológiás adaptív optikai rendszerének köszönhetően ma már élesebb képeket készít a Hubble-űrtávcsőnél is. Mivel a két felvétel különböző időpontokban készült, a bolygó felhőmintázatai eltérőek rajtuk. Forrás: ESO/P. Weilbacher (AIP)/NASA, ESA, és M.H. Wong és J. Tollefson (UC Berkeley).

Az összes felvétel mintegy harmada készült a chilei Atacama-sivatagban működő Nagyon Nagy Távcső közép-infravörös képalkotó és spektroszkópiai műszerével (VLT Imager and Spectrometer for mid-InfraRed – VISIR). A távcső nagy méretű tükrének és nagy tengerszint feletti működési magasságának köszönhetően a műszer nagyon jó minőségben szolgáltat nagy felbontású adatokat, és ez a műszeregyüttes készíti az elérhető legélesebb képeket a Neptunusz bolygóról. A kutatók továbbá a NASA Spitze- űrtávcsövével, a chilei Gemini South teleszkóppal, valamint a Hawai’i szigetén működő Subaru, Keck és Gemini North távcsövekkel készített felvételeket is felhasználtak munkájuk során.

A csillagászok egyelőre nem tudják megmagyarázni váratlan megfigyelési eredményeiket. Elképzelhető, hogy a Neptunusz sztratoszférájának kémiai változásai, esetleg véletlenszerű időjárási események, vagy akár a napfoltciklus áll a jelenségek hátterében. A hőmérséklet-változások okainak megfejtéséhez minden bizonnyal még éveken, évtizedeken keresztül folytatni kell a megfigyelési programot. A jövőbeli még nagyobb távcsövek, mint amilyen az ESO Rendkívül Nagy Távcsöve (Extremely Large Telescope – ELT) is lesz, még részletesebben és pontosabban tudják majd észlelni a bolygó hőmérséklet-változásait, míg a NASA/ESA/CSA James Webb-űrtávcsöve a Neptunusz légkörének kémiai összetételét és hőmérsékletét is minden korábbinál pontosabban lesz képes feltérképezni.

„Úgy vélem, hogy a Neptunusz egésze nagyon érdekfeszítő téma, hiszen alig tudunk még valamit róla” – zárja gondolatait Roman. – „Eredményeink egy sokkal bonyolultabb légköri rendszerre és időbeli változásokra utalnak a Neptunusz esetében.”

Forrás: ESO