Összefüggést fedezett fel egy kutatócsoport a Neptunusz változó felhőmennyisége és a 11 éves napciklus között, amelynek során a Nap aktivitása növekszik és csökken. A felfedezés azon a három évtizednyi megfigyelésen alapul, amelyet a Hubble-űrtávcsővel, a hawaii Keck Obszervatóriummal és a kaliforniai Lick Obszervatóriummal a Neptunuszról végeztek.

A Hubble-űrteleszkóp képsorozatán jól látható a Neptunusz felhőtakarójának növekedése és csökkenése. (NASA, ESA, Erandi Chavez (UC Berkeley), Imke de Pater (UC Berkeley))

A planéta és a napciklus közötti kapcsolat azért meglepő, mert a Neptunusz a Naprendszer legkülső bolygója, és a napfény intenzitása ott körülbelül ezredrésze a földinek. Mégis úgy tűnik, hogy a kék óriás globális felhőzetét a naptevékenység irányítja, nem pedig az a négy évszak, amelyek ott nagyjából 40 évig tartanak.

Jelenleg nagyon alacsony felhőfedettség látszik a bolygón, leszámítva a déli pólusnál lebegő felhőket. A Berkeley Egyetem kutatócsoportja felfedezte, hogy a jeges óriás közepes szélességein átlagosan megfigyelhető felhők száma 2019-ben csökkenni kezdett.

„Meglepő volt, hogy milyen gyorsan eltűntek a felhők a Neptunuszról.” – mondta Imke de Pater, az eredményeket ismertető tanulmány vezető szerzője. „Azt tapasztaltuk, hogy a felhőaktivitás néhány hónap alatt lecsökkent.”

„Még most, négy évvel később is azt látjuk a legújabb képeken, amiket tavaly júniusban készítettünk, hogy a felhőzet nem tért vissza az eredeti szintre.” – mondta Erandi Chavez (Harvard-Smithsonian), aki a Berkeley csillagász hallgatójaként a kutatást vezette. „Ez nagyon izgalmas és váratlan, főként azért, mert a Neptunusz korábbi alacsony felhőaktivitása közel sem volt ilyen drámai és hosszan tartó.”

Chavez kutatócsoportja a Keck Obszervatórium 2002 és 2022 közötti, a Hubble-űrtávcső 1994 utáni, valamint a Lick Obszervatórium 2018-as és 2019-es felvételeit elemezte. Az elmúlt években az észleléseket a Twilight Zone Program és a Hubble OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy) programja keretében készült képek is kiegészítették.

A felvételek érdekes összefüggést mutatnak a Neptunusz felhőtakarójának szezonális változásai és a napciklus között. Napciklusnak nevezzük azt az időszakot, amelyben a Nap mágneses tere 11 évente kuszává válik, mint egy fonalgombolyag, majd átfordul. Eközben egyre több a napfolt és a napkitörés. A ciklus előrehaladtával a Nap viharos viselkedése eléri a tetőpontját, míg a mágneses tér polaritása fel nem cserélődik. Ezután csillagunk megnyugszik, és elindul egy újabb ciklus.

Az ábrán a Neptunusz felhőzetének változásait látjuk egy közel 30 éves időszak során. A megfigyeléssorozat azt mutatja, hogy a felhők száma a napaktivitás erősödésének megfelelően növekszik. A függőleges tengelyen látjuk a Nap ultraibolya sugárzásának szintjét. A Hubble-megfigyelések egyértelmű összefüggést mutatnak a felhőbőség és a naptevékenység csúcsértéke között. A kémiai változásokat a fotokémia okozza, amely a Neptunusz felsőlégkörében zajlik, és idővel felhők képződését idézi elő. (NASA, ESA, LASP, Erandi Chavez (UC Berkeley), Imke de Pater (UC Berkeley))

Amikor a Napon viharos az „időjárás”, intenzívebb ultraibolya (UV) sugárzás árasztja el a Naprendszert. A kutatók azt találták, hogy két évvel a napciklus csúcsát követően megnő a felhők száma a Neptunuszon. Emellett összefüggést találtak a felhők száma és a jégóriás fényessége között is, a róla visszaverődő fény alapján.

„Ezek a lenyűgöző adatok határozottan bizonyítják, hogy a Neptunusz felhőtakarója korrelál a napciklussal.” – mondta Imke de Pater. „Az eredményeink alátámasztják azt az elméletet, miszerint a Nap UV-sugárzása, amikor elég erős, fotokémiai reakciókat vált ki, és azok hozzák létre a Neptunusz felhőit.”

A felfedezés alapja a Neptunusz 29 éves megfigyelési időszaka alatt rögzített 2,5 felhőaktivitási ciklus vizsgálata volt. Ezen időszak alatt a bolygóról visszaverődő fény 2002-ben megnőtt, majd 2007-ben lecsökkent. A Neptunusz ezután 2015-ben újra felfényesedett, majd 2020-ben elsötétedett. Ez volt a valaha megfigyelt legalacsonyabb fényesség, amikor a bolygó felhőinek többsége eltűnt.

Úgy tűnik, hogy a Neptunusz fényességének a Nap által okozott változásai nagyjából szinkronban vannak a bolygó felhőinek megjelenésével és eltűnésével. A napciklus csúcsa és a Neptunuszon megfigyelt felhőbőség között azonban két év eltérés van. A kémiai változásokat a Neptunusz felsőlégkörében zajló fotokémiai reakciók okozzák, és időbe telik, míg ezek hatására felhők alakulnak ki.

„Lenyűgöző, hogy képesek vagyunk megfigyelni földi távcsövekkel egy több mint 4 milliárd kilométerre lévő világ időjárását.” – mondta Carlos Alvarez (Keck Observatory), a tanulmány társszerzője. „A technológia és az észlelési lehetőségek fejlődése lehetővé tette, hogy pontosítsuk a Neptunusz légköri modelljeit, amelyek fontosak ahhoz, hogy megértsük a jégóriás klímája és a napciklus közötti összefüggéseket.”

Persze a munka ezzel még nem ért véget. Az UV-sugárzás például amellett, hogy több felhőt és ködöt eredményezhet, el is sötétítheti azokat, csökkentve ezzel a bolygó általános fényességét. A Neptunusz alsó légköréből felemelkedő viharok szintén befolyásolják a felhőtakarót, de nem állnak kapcsolatban a fotokémiai úton létrejött felhőkkel, így bonyolíthatják a napciklussal való korreláció bizonyítását. A Neptunusz további megfigyelései kellenek ahhoz, hogy megtudjuk, meddig tart a jelenlegi felhőhiány.

A kutatócsoport folytatja a Neptunusz felhőzetének vizsgálatát. „A Keck Obszervatórium legújabb képein több felhőt látunk. Ezek akkor készültek, amikor a NASA James Webb-űrtávcsöve is éppen megfigyelte a bolygót. Ezeket a felhőket kifejezetten az északi féltekén, nagy magasságokban figyelték meg, ahogy azt a Nap UV-sugárzásának az elmúlt körülbelül 2 évben megfigyelt növekedése alapján várnánk.” – mondta Imke de Pater.

A Hubble-űrtávcső, a James Webb-űrtávcső, a Keck Obszervatórium és a Lick Obszervatórium együttes adatai segítenek majd a Neptunusz dinamikus megjelenését előidéző fizikai és kémiai folyamatok vizsgálatában, így a kutatók nem csak a Neptunuszt ismerhetik meg jobban, de egyes exobolygókat is, amelyek hozzá hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek.

Az eredményeket közlő tanulmány az Icarus című lapban jelent meg.

Forrás: NASA