Neptunuksen lämpötilassa yllättäviä muutoksia

eso2206fi — Tutkimustiedote  — 11. huhtikuuta 2022

Kansainvälinen tähtitieteilijöiden ryhmä on seurannut Neptunuksen ilmakehän lämpötiloja 17 vuoden aikana. Havainnoissa on käytetty useita maanpäällisiä teleskooppeja, Euroopan eteläisen observatorion Very Large Telescope (ESO:n VLT) mukaan lukien. He ovat havainneet Neptunuksen yleisessä lämpötilassa yllättävän pudotuksen, jota seurasi etelänavan dramaattinen lämpeneminen.

Tämä yhdistelmäkuva esittää Neptunuksesta vuosina 2006-2020 otettuja lämpökuvia. Kolme ensimmäistä kuvaa (2006, 2009, 2018) on otettu VISIR-instrumentilla ESO:n VLT-teleskoopilla, kun taas vuoden 2020 kuva otettiin COICS-instrumentilla Subaru-teleskoopilla (VISIR ei ollut toiminnassa vuoden 2020 puolivälissä pandemian vuoksi). Planeetan asteittaisen viilenemisen jälkeen etelänapa näyttää lämpenevän dramaattisesti viime vuosina, kuten Neptunuksen alaosassa oleva valopiste osoittaa vuosien 2018 ja 2020 kuvissa. © ESO/M. Roman, NAOJ/Subaru/COMICS.

”Tämä oli odottamaton muutos”, Michael Roman sanoi. Hän on tutkijatohtori Leicesterin yliopistosta, Yhdistyneestä Kuningaskunnasta, ja tänään The Planetary Science Journal -lehdessä julkaistun tutkimuksen pääkirjoittaja. ”Koska havaitsimme Neptunusta sen varhaisen eteläisen alkukesän aikana, odotimme lämpötilojen hitaasti kasvavan, eikä pienentyvän”.

Kuten Maassa, myös Neptunuksessa koetaan vuodenajat planeetan kiertäessä Auringon ympäri. Neptunuksen vuodenaika kestää kuitenkin noin 40 vuotta, ja yksi Neptunuksen vuosi on noin 165 Maan vuotta. Neptunuksen eteläisellä pallonpuoliskolla on ollut kesä vuodesta 2005 lähtien, ja tähtitieteilijät odottivat innokkaina, miten lämpötilat muuttuvat eteläisen kesäpäivänseisauksen jälkeen.

Tähtitieteilijät tarkastelivat lähes sataa Neptunuksen infrapunakuvaa, jotka oli otettu 17 vuoden aikana. Tämän avulla he selvittivät planeetan lämpötilan yleiset muutokset tarkemmin kuin koskaan ennen.

Nämä tiedot osoittivat, että eteläisen kesän alkamisesta huolimatta suurin osa planeetasta oli vähitellen jäähtynyt kahden viime vuosikymmenen aikana. Neptunuksen globaali keskimääräinen lämpötila putosi 8 °C:lla vuosina 2003—2018.

Tähtitieteilijät kuitenkin yllättyivät havaitessaan Neptunuksen etelänavan dramaattisen lämpenemisen havaintojen kahden viime vuoden aikana, jolloin lämpötilat nousivat nopeasti 11°C välillä 2018—2020. Vaikka Neptunuksen lämmin polaarinen pyörre on ollut tiedossa jo vuosia, tällaista nopeaa polaarista lämpenemistä ei olla koskaan aikaisemmin havaittu.

”Havaintomme kattavat alle puolet Neptunuksen vuodenajasta, joten kukaan ei odottanut näkevänsä suuria ja nopeita muutoksia”, yksi tutkimuksen kirjoittajista Glenn Orton, Caltechin Jet Propulsion laboratoriosta (JPL) Yhdysvalloista, sanoi.

Tähtitieteilijät mittasivat Neptunuksen lämpötilaa lämpökameroilla, jotka havaitsevat tähtitieteen havaintokohteista tulevaa infrapunavaloa. Tutkimusryhmä yhdisti analyysissään kaikki Neptunuksen kuvat, jotka on kerätty kahden viime vuosikymmenen aikana maanpäällisten teleskooppien avulla. He mittasivat Neptunuksen stratosfääriksi kutsutun ilmakehän kerroksesta tulevaa infrapunasäteilyä. Tämän ansiosta ryhmä sai muodostettua kuvan Neptunuksen lämpötilajakaumasta ja sen vaihteluista Neptunuksen eteläisen kesän aikana.

Koska Neptunus on noin 4,5 miljardin kilometrin päässä Maasta, se on hyvin kylmä. Planeetan keskilämpötila on noin –220° C, eikä lämpötilan mittaaminen Maasta käsin ole helppo tehtävä. ”Tämän tyyppistä tutkimusta voidaan tehdä vain VLT:n kaltaisten suurten teleskooppien tarkkojen infrapunakuvien avulla, joissa Neptunus erottuu selvästi. Näitä on ollut saatavilla vain viimeisen 20 vuoden ajan”, yksi tutkimuksen kirjoittajista, Leigh Fletcher, joka on Leicesterin yliopiston professori, sanoi.

Noin kolmasosa kaikista otetuista kuvista oli VLT Imager and Spectrometer for Mid-InfraRed (VISIR) -instrumentista, joka on Chilen Atacaman autiomaassa ESO:n VLT-kaukoputkessa. Kaukoputken peilin koon ja sijaintipaikan korkeuden vuoksi teleskoopin kuvien resoluutio ja laatu ovat erittäin korkeita. Siksi sen avulla saadaan selkeimmät kuvat Neptunuksesta. Tutkimusryhmä käytti myös NASAn Spitzer-avaruusteleskoopilla ja Chilessä sijaitsevalla Gemini South -teleskoopilla otettuja kuvia, sekä lisäksi Subaru-teleskoopilla, Keck-teleskoopilla ja Gemini North -teleskoopilla otettuja kuvia, jotka kaikki kolme sijaitsevat Havaijilla.

Koska Neptunuksen lämpötilan vaihtelut olivat niin odottamattomia, tähtitieteilijät eivät vielä tiedä, mikä tämän olisi voinut aiheuttaa. Vaihtelut voivat johtua Neptunuksen stratosfäärin kemiassa tapahtuvista muutoksista, tai satunnaisista sään vaihteluista, tai jopa auringonpilkkujakson vaiheesta. Tulevina vuosina tarvitaan lisää havaintoja, jotta vaihteluiden syyt saadaan selville. Tulevat maanpäälliset teleskoopit, kuten ESO:n Erittäin suuri teleskooppi (Extremely Large Telescope, ELT), pystyvät havaitsemaan tällaisia lämpötilan muutoksia vielä tarkemmin, kun taas NASA/ESA/CSA James Webb -avaruusteleskooppi tuottaa ennennäkemättömiä uusia karttoja Neptunuksen ilmakehän kemiasta ja lämpötilasta.

”Mielestäni Neptunus on itsessään hyvin kiehtova planeetta, koska tiedämme siitä vielä niin vähän”, Roman sanoi. ”Tämä kaikki osoittaa, että Neptunuksen kaasukehä on huomattavan monimutkainen, ja se muuttuu ajan myötä”.

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa: “Sub-Seasonal Variation in Neptune’s Mid-Infrared Emission”, joka on julkaistu tänään The Planetary Science Journal (doi:10.3847/PSJ/ac5aa4) -julkaisussa.