Hubble rejestruje narodziny olbrzymiej burzy na Neptunie

Zdjęcie burzy na Neptunie: z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a (po lewej) i z sondy Voyager 2 (po prawej). Zdjęcie wykonane kamerą WFC3 we wrześniu i listopadzie 2018 roku pokazuje nową ciemną plamę (po środku w górnej części). Na zdjęciu z Voyagera, burza znana jako Wielka Ciemna Plama (GDS, ang. Great Dark Spot) widoczna jest po środku tarczy i ma rozmiary 13 000 na 6600 kilometrów. Białe chmury unoszące się w pobliżu burz znajdują się na większych wysokościach. Źródło: NASA/ESA/GSFC/JPL

Zdjęcia wykonane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a po raz pierwszy dokumentują proces powstawania Wielkiej Ciemnej Plamy na Neptunie.

Tak jak Wielka Czerwona Plama na Jowiszu, tak Wielkie Ciemne Plamy na Neptunie to burze, które powstają na obszarach wyższego ciśnienia atmosferycznego. W przeciwieństwie do nich burze na Ziemi formują się wokół obszarów o niskim ciśnieniu.

Naukowcy obserwowali już łącznie sześć ciemnych plam na Neptunie. Sonda Voyager 2 zidentyfikowała dwie burze w 1989 roku. Odkąd Hubble został wyniesiony w przestrzeń kosmiczną w 1990 roku, obserwował jeszcze cztery inne.

W ramach najnowszych badań planetolodzy analizowali zdjęcia Hubble’a przedstawiające lodowego olbrzyma, a wykonane w ciągu ostatnich kilku lat, tworząc zapis wzrostu nowej Wielkiej Ciemnej Plamy, która stała się widoczna w 2018 roku.

Badając towarzyszące jej chmury, które pokazały się dwa lata przed nową Wielką Ciemną Plamą, badacze doszli do wniosku, że ciemne plamy powstają znacznie głębiej w atmosferze Neptuna niż dotychczas uważano.

Zdjęcia z Hubble’a pomogły badaczom także określić jak często na Neptunie pojawiają się ciemne plamy i jak długo trwają. Nowe odkrycia dają naukowcom wgląd w zmiany zachodzące wewnątrz słabo poznanych lodowych olbrzymów, ale wpływają także na naszą wiedzę o egzoplanetach podobnych rozmiarów i o podobnym składzie chemicznym.

“Jeżeli badasz egzoplanety i chcesz dowiedzieć się jak one działają, musisz najpierw dobrze poznać nasze planety” mówi Amy Simon, planetolożka z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland oraz główna autorka artykułu opublikowanego dzisiaj w periodyku Geophysical Research Letters. “A my tak mało wiemy o Uranie i Neptunie”.

Naukowcy po raz pierwszy zobaczyli Wielką Ciemną Plamę na Neptunie w 199 roku, kiedy sonda Voyager 2 przeleciała w pobliżu tajemniczej błękitnej planety. Przelatując obok, sonda wykonała zdjęcia dwóch olbrzymich burz na południowej półkuli planety. Naukowcy określili burze mianem “Wielkiej Ciemnej Plamy” i “Ciemnej Plamy 2”.

Zaledwie pięć lat później, Kosmiczny Teleskop Hubble’a wykonał ostre zdjęcia Neptuna, które pokazały, że Wielka Ciemna Plama i Ciemna Plama 2 zniknęły.

“To była niespodzianka” mówi Simon. “Byliśmy przyzwyczajeni do patrzenia na Wielką Czerwoną Plamę, która prawdopodobnie była na Jowiszu już od ponad stu lat”.

Nowa Wielka Ciemna Plama pojawiła się na Neptunie w 2018 roku, niemal identycznych rozmiarów i kształtu co ta obserwowana przez Voyagera w 1989 roku. Simon i jej współpracownicy analizowali zdjęcia Hubble’a przedstawiające mniejszą ciemną plamę, która pojawiła się w 2016 roku, kiedy dostrzegli małe, jasne, białe chmury w rejonie, w którym później pojawiła się Wielka Ciemna Plama 2018 roku.

“Byliśmy tak zajęci śledzeniem tej mniejszej burzy z 2015 roku, że nie spodziewaliśmy się, że zobaczymy kolejną dużą tak szybko” mówi Simon.

Powstające na dużej wysokości chmury składają się z kryształków metanu, które nadają im charakterystyczny jasny, biały kolor. naukowcy podejrzewają, że te metanowe chmury towarzyszą burzom, które ewoluują w ciemne plamy, unosząc się nad nimi niczym chmury soczewkowate na szczytach gór na Ziemi.

Pierwsza Wielka Ciemna Plama obserwowana na Neptunie. Źródło: NASA

Simon oraz Michael Wong i Andrew Hsu z Uniwersytetu Kalifornii Berkeley obserwowali chmury metanowe od 2016 do 2018 roku. Odkryli, że chmury były najjaśniejsze w 2016 i 2017 roku, zanim Wielka Ciemna Plama stała się widoczna.

Modele komputerowe atmosfery Neptuna wskazują, że im głębiej znajduje się burza, tym jaśniejsze są towarzyszące jej chmury. To, że białe chmury pojawiły się dwa lata przed Wielką Ciemną Plamą i to, że straciły część swojej jasności gdy stały się widoczne wskazuje, że ciemne plamy mogą powstawać dużo głębiej w atmosferze Neptuna niż wcześniej podejrzewano.

Simon, Wong i Hsu wykorzystali także zdjęcia z Hubble’a oraz Voyagera 2 do określenia jak długo te burze trwają i jak często się pojawiają. Badacze donoszą w drugim artykule opublikowanym dzisiaj w periodyku Astronomical Journal, że podejrzewają, że nowe burze pojawiają się na Neptunie co 4-6 lat. Każda z nich może trwać do sześciu lat, aczkolwiek dwuletni czas trwania jest bardziej prawdopodobny.

Wyniki nowych badań wskazują także jak Wielkie Ciemne Plamy na Neptunie różnią się od Wielkiej Czerwonej Plamy na Jowiszu. Wielka Czerwona Plama obserwowana jest co najmniej od 1830 roku i może mieć nawet 350 lat. Cienkie wiatry strumieniowe na Jowiszu utrzymują Wielką Czerwoną Plamę przed rozerwaniem i zmianą szerokości geograficznej; Wielka Czerwona Plama rotuje wokół Jowisza, ale nie przemieszcza się ani na północ, ani na południe.

Jednak wiatry wiejące na Neptunie operują w dużo rozleglejszych pasmach, zatem burze takie jak Wielka Ciemna Plama powoli przemieszczają się na inne szerokości. Owe burze zazwyczaj unoszą się między wiejącymi na zachód wiatrami równikowymi, a wiejącymi na wchód prądami na większych wysokościach, z czasem ulegając rozerwaniu przez silne wiatry.

Planetolodzy mają nadzieję zbadać zmiany kształtu wiru i prędkości wiatrów w burzach tworzących ciemne plamy. “Nigdy wcześniej bezpośrednio nie mierzyliśmy wiatrów w ciemnych wirach Neptuna, ale szacujemy, że prędkość wiatru wynosi ok. 100 metrów na sekundę, czyli jest podobna do prędkości wiatru w Wielkiej Czerwonej Plamie” mówi Wong. Częstsze obserwacje za pomocą Hubble’a pomagają stworzyć wyraźniejszy obraz ewolucji układów burzowych na Neptunie.

Źródło: AGU