Neptunuksen arvoituksellinen tumma pilkku on havaittu ensimmäistä kertaa maanpinnalta

eso2314fi — Tutkimustiedote

Tähtitieteilijät ovat havainneet suuren tumman pilkun Neptunuksen kaasukehässä ESO:n VLT-teleskooppia käyttäen (Very Large Telescope). Pilkun vieressä on odottamaton pienempi kirkas piste. Tämä on ensimmäinen kerta, kun planeetan tumma pilkku on havaittu maanpäällisellä teleskoopilla. Nämä aina välillä Neptunuksen ilmakehän sinisessä taustassa esiintyvät ilmiöt ovat mysteeri tähtitieteilijöille, ja uudet tulokset antavat lisää vihjeitä niiden luonteesta ja alkuperästä.

Tässä kuvassa näkyy Neptunus havaittuna MUSE-instrumentilla ESO:n VLT-teleskoopin (Very Large Telescope). Jokaisessa pikselissä MUSE jakaa tulevan valon eri aallonpituuksiin. Oikealla oleva kuva yhdistää kaikki MUSE:n vangitsemat värit "luonnolliseksi" Neptunusnäkymäksi, jossa tumma täplä näkyy oikeassa yläkulmassa. aallonpituudet ovat: 551 nanometriä (sininen), 831 nm (vihreä) ja 848 nm (punainen); Huomaa, että värit ovat vain suuntaa antavia näyttötarkoituksia varten.

Tumma pilkku on näkyvin lyhyemmillä (sinisillä) aallonpituuksilla. Aivan tämän tumman pisteen vierestä on pieni kirkas pilvi, joka näkyy tässä vain keskimmäisessä kuvassa 831 nm:ssä ja se sijaitsee syvällä ilmakehässä. Tämän tyyppistä syvää kirkasta pilviä ei ollut koskaan aiemmin tunnistettu planeetalla. Kuvissa näkyy myös useita muita matalampia kirkkaita pilviä kohti Neptunuksen vasenta alareunaa pitkillä aallonpituuksilla.

Neptunuksen tumman pilkun kuvaaminen maanpinnalta oli mahdollista vain VLT:n Adaptive Optics Facilityn ansiosta, joka korjaa ilmakehän turbulenssin aiheuttaman epätarkkuuden ja antaa MUSElle mahdollisuuden saada kristallinkirkkaat kuvat. Kuva ESO/P. Irwin & al.

--

Suuret pilkut ovat yleisiä piirteitä jättiläisplaneettojen ilmakehissä, joista tunnetuin on Jupiterin suuri punainen piste. NASAn Voyager 2 löysi Neptunuksesta tumman pisteen ensimmäisen kerran vuonna 1989, ennen kuin se katosi muutamaa vuotta myöhemmin. " Tumman pilkun ensimmäisestä löydöstä lähtien olen aina ihmetellyt, mitä nämä lyhytikäiset ja vaikeasti havaittavat tummat piirteet ovat ", sanoo päätutkijana Patrick Irwin, professori Oxfordin yliopistosta Iso-Britanniasta ja tänään Nature Astronomy -lehdessä julkaistusta tutkimuksesta. 

Irwin ja hänen tutkimusryhmänsä käyttivät ESO:n VLT-teleskoopilla otettua havaintoaineistoa sulkeakseen pois sen mahdollisuuden, että tummat pilkut johtuvat pilvien "selkenemisestä". Uudet havainnot osoittavat kuitenkin, että tummat pilkut johtuvat todennäköisesti ilmakehän hiukkasten tummumisesta enimmäkseen näkyvän usvakerroksen alapuolella olevassa kerroksessa, kun jäät ja usva sekoittuvat Neptunuksen kaasukehässä.

Tämän johtopäätöksen tekeminen ei ollut helppoa, koska tummat pilkut eivät ole Neptunuksen ilmakehässä pysyviä piirteitä eivätkä tähtitieteilijät olleet koskaan aikaisemmin kyenneet tutkimaan niitä riittävän yksityiskohtaisesti. Tähän tuli kuitenkin tilaisuus sen jälkeen, kun NASA/ESA:n Hubble-avaruusteleskooppi havaitsi Neptunuksen kaasukehässä useita tummia pilkkuja, joista yksi oli planeetan pohjoisella pallonpuoliskolla ja joka oli havaittu ensimmäisen kerran jo vuonna 2018. Irwin ja hänen tutkimusryhmänsä ryhtyivät heti tutkimaan sitä maanpinnalla olevalla instrumentilla, joka sopii ihanteellisesti näihin haastaviin havaintoihin.

Tutkijat pystyivät VLT:n Multi Unit Spectroscopic Explorerin (MUSE) avulla hajottamaan Neptunuksesta heijastunutta auringonvaloa ja sen pilkun valon eri aallonpituuksiin ja saamaan kohteesta 3D-spektrin  [1]. Tämä tarkoitti sitä, että he pystyivät tutkimaan pilkkua tarkemmin kuin aiemmin oli ollut mahdollista. "Olen aivan innoissani siitä, että olen pystynyt tekemään ensimmäisen havainnon tummasta pilkusta maanpinnalta, sekä olen myös saanut otettua ensimmäistä kertaa tästä heijastusspektrin", Irwin sanoi.

Koska eri aallonpituuksilla havaitaan Neptunuksen kaasukehän eri syvyyksiä, spektrin avulla tähtitieteilijät pystyivät määrittämään paremmin tumman pilkun korkeuden planeetan kaasukehässä. Spektrin avulla saatiin myös tietoa ilmakehän eri kerrosten kemiallisesta koostumuksesta, mikä antoi ryhmälle vihjeitä siitä, miksi täplä näytti tummalta.

Havainnot tarjosivat myös yllätyksen. "Löysimme prosessin aikana harvinaisen syvän kirkkaan pilvityypin, jota ei oltu koskaan aiemmin tunnistettu edes avaruudesta", kertoi Kalifornian yliopiston tutkija Michael Wong Berkeleystä, Yhdysvalloista. Tämä harvinainen pilvityyppi näkyi kirkkaana pisteenä aivan suuremman tumman pilkun vieressä. VLT:n data osoittaa, että uusi "syvä kirkas pilvi" oli ilmakehässä samalla tasolla kuin tumma pilkku. Tämä tarkoittaa, että se on täysin uudenlainen piirre verrattuna aiemmin havaittuihin pieniin korkealla sijaitseviin metaanijääpilviin.

Tähtitieteilijät pystyvät nyt ESO:n VLT:n avulla tutkimaan näiden pilkkujen kaltaisia kohteita Maasta. "Tämä on hämmästyttävä lisä kyvyssämme havaita maailmankaikkeutta. Pystyimme aikaisemmin havaitsemaan nämä pilkut vain lähettämällä sinne luotaimia, kuten Voyagerin. Pystyimme sitten havaitsemaan niitä etänä Hubblella. Lopulta teknologian kehitys on tehnyt saman mahdolliseksi maanpinnalta,” totesi Wong, ennen kuin lisäsi leikillisesti: "Tämä voisi tehdä minut työttömäksi yhtenä Hubblen havaitsijoista!"

Huomautukset

[1] MUSE on 3D-spektrografi, jonka avulla tähtitieteilijät voivat havaita koko kohdetta samalla kertaa, kuten tässä tutkimuksessa Neptunusta. Mittalaite havaitsee kuvan jokaisessa pikselissä valon voimakkuutta värin tai aallonpituuden funktiona. Lopputuloksena on data, joka muodostaa 3D-kuvan, jossa kuvan jokaisessa pikselissä on mukana koko valon spektri. MUSE mittaa samanaikaisesti yli 3500:a väriä. Instrumentti on suunniteltu hyödyntämään adaptiivista optiikkaa, joka korjaa Maan ilmakehän turbulenssin vaikutuksia, jolloin saadaan terävämpiä kuvia kuin muuten olisi mahdollista. Ilman näitä ominaisuuksia Neptunuksen tumman pilkun tutkiminen maanpinnalta ei olisi ollut mahdollista.