De wolken op Neptunus doen een verrassende verdwijningsact
Voor het eerst in bijna drie decennia van waarnemingen zijn wolken op Neptunus vrijwel verdwenen. Beelden van 1994 tot 2022 van de grote blauwe planeet vastgelegd vanuit de W.M. Keck sterrenwacht op Hawaï, samen met opnames van de Hubble Space Telescope laten zien dat wolken, met uitzondering van de zuidpool, bijna zijn verdwenen.
De waarnemingen, die zijn gepubliceerd in het tijdschrift Icarus, onthullen verder een verband tussen de verdwijnende wolken van Neptunus en de zonnecyclus – een verrassende vondst gezien het feit dat Neptunus de verste grote planeet van de Zon is en slechts 1/900ste van het zonlicht ontvangt dat we op Aarde krijgen.
Een team onder leiding van astronomen van de universiteit van Berkeley in Californië ontdekte dat de overvloed aan wolken die normaal te zien zijn op de middelste breedtegraden van de ijsreus in 2019 begon te vervagen.
Volgens Imke de Pater, emeritus hoogleraar astronomie aan de universiteit van Berkeley en seniorauteur van het artikel, waren ze verrast door hoe snel wolken op Neptunus verdwenen. De onderzoekers zagen de wolkenactiviteit binnen een paar maanden afnemen.
Zelfs vier jaar later toonden de foto’s die ze afgelopen juni maakten aan dat de wolken niet zijn teruggekeerd naar hun vroegere niveau. Dit is onverwacht vooral omdat de vorige periode van lage wolkenactiviteit van Neptunus lang niet zo dramatisch en langdurig was.
Om de evolutie van het uiterlijk van Neptunus te volgen analyseerde het team beelden genomen van 1994 tot 2022 met behulp van de tweede generatie Near-Infrared Camera (NIRC2) van de Keck sterrenwacht in combinatie met zijn adaptieve optische volgsysteem (sinds 2002), evenals waarnemingen van de Lick sterrenwacht (2018 – 2019) en de Hubble Space Telescope (sinds 1994).
In de afgelopen jaren zijn de waarnemingen van de Keck sterrenwacht aangevuld met opnamen die zijn gemaakt als onderdeel van het Twilight Observing Program van de Keck met beelden van de Hubble die zijn gemaakt als onderdeel van het Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL)-programma.
De gegevens onthulden een intrigerend patroon tussen veranderingen in het wolkendek van Neptunus en de zonnecyclus – de periode waarin het magnetische veld van de Zon elke 11 jaar omslaat – waardoor de niveaus van zonnestraling fluctueren. Wanneer de Zo intenser ultraviolet (UV) licht uitzendt, met name de sterke waterstof Lyman-alfa-emissie, verschijnen er ongeveer twee jaar later meer wolken op Neptunus. Het team vond verder een positieve correlatie tussen het aantal wolken en de helderheid van de ijsreus door het zonlicht dat erop weerkaatst.
Deze opmerkelijke gegevens geven ons het sterkste bewijs tot nu toe dat het wolkendek van Neptunus correleert met de cyclus van de Zon, aldus de Pater. De bevindingen ondersteunen de theorie dat de UV-stralen van de Zon, wanneer ze sterk genoeg zijn, een fotochemische reactie kunnen veroorzaken die de wolken van Neptunus produceert.
Et verband tussen de zonnecyclus en het bewolkte weerpatroon van Neptunus is afgeleid van 2,5 cycli van wolkenactiviteiten die zijn geregistreerd gedurende de 29-jarige periode van Neptuniaanse waarnemingen. Geurende deze tijd nam de reflectiviteit van de planeet toe in 2022 (helderheidsmaximum), vervolgens gedimd (helderheidsminimum) in 2007, werd opnieuw helder in 2015 en vervolgens weer zwakker in 2020 tot het laagste niveau ooit waargenomen, dat is toen de meeste wolken verdwenen.
De veranderingen in de helderheid van Neptunus veroorzaakt door de Zon lijken relatief synchroon te gaan met het komen en gaan van wolken op de planeet.
Er is echter meer werk nodig om deze correlatie uit te pakken, gezien de complexiteit van andere factoren; bijvoorbeeld, terwijl een toename van UV-zonlicht meer wolken en nevel kan produceren, kan het ze ook donkerder maken, waardoor de algehele helderheid van Neptunus wordt verminderd. Stormen op Neptunus die opstijgen uit de diepe atmosfeer beïnvloeden het wolkendek, maar zijn niet gerelateerd aan fotochemisch geproduceerde wolken en kunnen daarom correlatiestudies met de zonnecyclus bemoeilijken. Verdere waarnemingen van Neptunus zijn ook nodig om te zien hoe lang de huidige bijna-afwezigheid van wolken zal duren.
Deze ontdekking draagt bij aan de opwindende waarnemingen van de wild actieve en chaotische blauwgekleurde wereld, met methaanwolken die worden rondgezwiept door supersonische winden – de hoogste windsnelheden die overal in ons zonnestelsel zijn geregistreerd. Een van de vroegste en meest opvallende beelden werd vastgelegd door Voyager 2 tijdens zijn scheervlucht langs Neptunus in 1989, waarbij een enorm stormsysteem werd onthuld dat de “grote Donkere Vlek” werd genoemd. Andere stormen en donkere vlekken zijn sindsdien waargenomen, met name een grote equatoriale storm in 2017 en een grote donkere vlek op noordelijke breedtegraden in 2018.
Het onderzoeksteam blijft de wolkenactiviteit van Neptunus volgen. De recente beelden gemaakt in juni 2023 werden verkregen op hetzelfde moment als toen de Webb Space Telescope nabij- en midden-infraroodbeelden vastlegde.
Volgens professor de Pater hebben ze meer wolken gezien in de meest recente beelden, met name op noordelijke breedtegraden en op grote hoogten, zoals verwacht van de waargenomen toename van de UV-flux van de Zon in de afgelopen ± 2 jaar.
De gecombineerde gegevens van de JWST en de Keck zullen verder onderzoek mogelijk maken naar de fysica en chemie die leidt tot het dynamische uiterlijk van Neptunus, wat op zijn beurt kan helpen het begrip van astronomen te verdiepen, niet alleen van Neptunus, maar ook van exoplaneten.
Artikel: Erandi Chavez et al, Evolution of Neptune at near-infrared wavelengths from 1994 through 2022, Icarus (2023). DOI: 10.1016/j.icarus.2023.115667
Eerste publicatie: 18 augustus 2023
Bron: W.M. Keck Observatory
