Astronómovia využívajú Európske južné observatórium Veľmi veľký ďalekohľad (VLT) Identifikoval som veľkú tmavú škvrnu Neptúnatmosférou s menším priľahlým jasným bodom. Ide o prvé pozorovanie svojho druhu uskutočnené pozemným ďalekohľadom.

Pomocou veľmi veľkého teleskopu (VLT) Európskeho južného observatória astronómovia pozorovali veľkú tmavú škvrnu v atmosfére Neptúna, vedľa ktorej sa nachádza nečakaná menšia svetlá škvrna. Je to prvýkrát, čo bola tmavá škvrna na tejto planéte pozorovaná pomocou ďalekohľadu na Zemi. Tieto príležitostné modré pozadie v atmosfére Neptúna sú pre astronómov záhadou a nové zistenia poskytujú viac informácií o ich povahe a pôvode.

Veľké škvrny sú bežnými znakmi v atmosfére obrovských planét, z ktorých najznámejšie sú JupiterVeľká červená škvrna. Tmavá škvrna bola prvýkrát objavená na planéte Neptún NASAVoyager 2 v roku 1989, potom zmizol o niekoľko rokov neskôr. „Od prvého objavu tmavej škvrny som vždy premýšľal, čo sú tieto nepolapiteľné, krátkotrvajúce tmavé útvary,“ hovorí Patrick Irwin, profesor na UCLA. Oxfordská univerzita v Spojenom kráľovstve ako hlavný riešiteľ štúdie zverejnenej 24. augusta Prírodná astronómia.

Použite isoPomocou ďalekohľadu Very Large Telescope (VLT) astronómovia pozorovali veľkú tmavú škvrnu v atmosfére Neptúna s nečakanou menšou svetlou škvrnou v jej susedstve. Toto krátke video sumarizuje ich objav. Kredit: ISO

Výsledky z poznámok

Irwin a jeho tím použili údaje z VLT Európskeho južného observatória, aby vylúčili možnosť, že tmavé škvrny spôsobilo „prejasnenie“ oblakov. Nové pozorovania namiesto toho naznačujú, že tmavé škvrny sú pravdepodobne výsledkom tmavých častíc vzduchu vo vrstve pod hlavnou viditeľnou vrstvou zákalu, kde sa v atmosfére Neptúna mieša ľad a zákal.

Dospieť k tomuto záveru nebolo jednoduché, pretože tmavé škvrny nie sú trvalými znakmi atmosféry Neptúna a astronómovia ich predtým nedokázali dostatočne podrobne študovať. Príležitosť prišla po NASA/ESA Hubblov vesmírny teleskop V atmosfére Neptúna odhalila niekoľko tmavých škvŕn vrátane jednej na severnej pologuli planéty, ktorá bola prvýkrát zistená v roku 2018. Irwin a jeho tím sa okamžite pustili do ich štúdia zo Zeme – pomocou nástroja ideálne vhodného na tieto náročné pozorovania.

Pomocou multi-jednotkového spektrálneho prieskumníka VLT (rozjímanie), vedci dokázali rozdeliť slnečné svetlo odrazené od Neptúna a jeho škvrny na farby alebo vlnové dĺžky a získať tak trojrozmerné spektrum.^[1] To znamená, že môžu študovať miesto podrobnejšie, ako to bolo možné predtým. „Som veľmi rád, že sa mi podarilo nielen odhaliť prvú tmavú škvrnu zo Zeme, ale aj prvýkrát zaznamenať spektrum odrazivosti takéhoto útvaru,“ hovorí Irwin.

Tento obrázok ukazuje planétu Neptún, ktorú zachytil prístroj MUSE na veľmi veľkom teleskope Európskeho južného observatória. V každom pixeli v Neptúne MUSE rozdeľuje prichádzajúce svetlo na jeho jednotlivé farby alebo vlnové dĺžky. Je to ako získavanie snímok tisícok rôznych vlnových dĺžok naraz, čo astronómom poskytuje množstvo cenných informácií. Tento obrázok kombinuje všetky farby zachytené MUSE do „normálneho“ pohľadu na Neptún, kde je vpravo hore vidieť tmavú škvrnu. Kredit: ISO/B. Irwin a kol.

Význam spektrálnej analýzy

Pretože rôzne vlnové dĺžky skúmajú rôzne hĺbky v atmosfére Neptúna, spektrometer umožnil astronómom lepšie určiť, v akej výške sa tmavá škvrna nachádza v atmosfére planéty. Spektrum tiež poskytlo informácie o chemickom zložení rôznych vrstiev atmosféry, čo tímu poskytlo informácie o tom, prečo sa škvrna javí taká tmavá.

Pozorovania priniesli aj prekvapivý výsledok. „V tomto procese sme objavili vzácny typ jasného, ​​hlbokého oblaku, ktorý predtým nebol identifikovaný, dokonca ani z vesmíru,“ povedal spoluautor štúdie Michael Wong, výskumník z Massachusettského technologického centra pre výskum vesmíru. Kalifornská univerzita, Berkeley, Spojené štáty americké. Tento vzácny typ oblakov sa objavil ako jasná škvrna vedľa väčšej hlavnej tmavej škvrny a údaje VLT ukazujú, že nový „hlboko jasný oblak“ bol v atmosfére na rovnakej úrovni ako hlavná tmavá škvrna. To znamená, že sú úplne novým typom útvaru v porovnaní s malými „spoločníkovými“ oblakmi metánového ľadu vo vysokých nadmorských výškach, ktoré boli predtým pozorované.

Táto animácia zobrazuje planétu Neptún pozorovanú prístrojom MUSE na ďalekohľade Very Large Telescope Európskeho južného observatória. V každom pixeli v Neptúne MUSE rozdeľuje prichádzajúce svetlo na jeho jednotlivé farby alebo vlnové dĺžky. Je to ako získavanie snímok tisícok rôznych vlnových dĺžok naraz, čo astronómom poskytuje množstvo cenných informácií. V tejto animácii skenujeme všetky tieto rôzne vlnové dĺžky a odhaľujeme rôzne tmavé a svetlé prvky. A na základe vlnových dĺžok, v ktorých sú tieto vlastnosti najvýraznejšie, môžu astronómovia zistiť, čo ich spôsobuje a ako hlboko v atmosfére Neptúna. Kredit: ISO/B. Irwin a kol./L. calzada

Dôsledky pre budúce pozorovania

S pomocou teleskopu VLT Európskeho južného observatória je teraz možné, aby astronómovia študovali vlastnosti takýchto škvŕn zo Zeme. „Toto je úžasné zvýšenie schopnosti ľudstva pozorovať vesmír. Spočiatku sme tieto miesta mohli odhaliť len vyslaním kozmických lodí, ako je Voyager. Potom sme získali schopnosť pozorovať ich na diaľku pomocou Hubbleovho teleskopu.“ sa vyvinul, aby to umožnil. Zem,“ uzatvára Wong a žartovne dodal: „To by ma mohlo pripraviť o prácu pozorovateľa Hubbleovho teleskopu!“

Táto animácia zobrazuje planétu Neptún pozorovanú prístrojom MUSE na ďalekohľade Very Large Telescope Európskeho južného observatória. V každom pixeli v Neptúne MUSE rozdeľuje prichádzajúce svetlo na jeho jednotlivé farby alebo vlnové dĺžky. Je to ako získavanie snímok tisícok rôznych vlnových dĺžok naraz, čo astronómom poskytuje množstvo cenných informácií.

Prvý obrázok v tejto animácii kombinuje všetky farby zachytené MUSE do „normálneho“ pohľadu na Neptún, kde je vpravo hore vidieť tmavú škvrnu. Potom vidíme obrázky so špecifickými vlnovými dĺžkami: 551 nm (modrá), 831 nm (zelená) a 848 nm (červená); Všimnite si, že farby sú len orientačné, na účely zobrazenia.

Tmavá škvrna je výraznejšia pri kratších (modrých) vlnových dĺžkach. Vedľa tejto tmavej škvrny MUSE zachytila ​​aj malú svetlú škvrnu, ktorá je viditeľná len tu na strednej snímke pri 831 nm a nachádza sa hlboko v atmosfére. Tento typ jasného hlbokého oblaku nebol predtým na tejto planéte identifikovaný. Snímky tiež ukazujú niekoľko ďalších, plytších svetlých škvŕn smerom k ľavému dolnému okraju Neptúna, ktoré sú viditeľné na dlhých vlnových dĺžkach.

Zobrazovanie tmavej škvrny Neptúna zo Zeme bolo možné len vďaka adaptívnemu optickému zariadeniu VLT, ktoré koriguje rozmazanie spôsobené atmosférickou turbulenciou a umožňuje MUSE získať krištáľovo čisté snímky. Na lepšie zvýraznenie tmavých a jasných prvkov na planéte astronómovia starostlivo spracovali údaje MUSE a získali to, čo tu vidíte.

Kredit: ISO/B. Irwin a kol.

poznámky

1. MUSE je 3D spektrogram, ktorý astronómom umožňuje naraz pozorovať celý astronomický objekt, akým je napríklad Neptún. Pri každom pixeli zariadenie meria intenzitu svetla ako funkciu farby alebo vlnovej dĺžky. Výsledné dáta tvoria 3D pole, v ktorom každý pixel obrazu obsahuje celé spektrum svetla. Celkovo MUSE meria viac ako 3 500 farieb. Prístroj je navrhnutý tak, aby využíval výhody adaptívnej optiky, ktorá koriguje turbulencie v zemskej atmosfére, výsledkom čoho sú ostrejšie snímky, než je možné. Bez tejto kombinácie funkcií by štúdium temnej škvrny Neptúna zo Zeme nebolo možné.

Odkaz: „Spektroskopické určenie farby a vertikálnej štruktúry tmavých škvŕn v atmosfére Neptúna“ od Patricka JG Irwina, Jacka Dobinsona, Arjunu Jamesa, Michaela H. Wonga, Lee N. Fletchera, Michaela T. Romana, Nicholasa A. Tenby, Daniel Toledo, Glen S Orton, Santiago Pérez Hoyos, Augustin Sánchez Lavega, Lawrence Srumofsky, Amy A. Simon, Raul Morales Guberias, Emke De Pater a Statia L. Cook, 24. august 2023, dostupné tu. Prírodná astronómia.
doi: 10.1038/s41550-023-02047-0

Tím sa skladá z Patricka JG Irwina (University of Oxford, UK [Oxford]), Jack Dobinson (Oxford), Arjuna James (Oxford), Michael H. Wong (University of California, USA) [Berkeley]), Lee N Fletcher (University of Leicester, UK [Leicester]), Michael T. Roman (Leicester City), Nicholas A. tenby (Univerzita v Bristole, Veľká Británia), Daniel Toledo (Národný inštitút pre letectvo a vesmírnu technológiu, Španielsko), Glenn S. Orton (JPL, USA), Santiago Pérez Hoyos (Univerzita v Baskicku, Španielsko). [UPV/EHU]), Agustín Sánchez-Lavega (UPV/EHU), Lawrence Syromovsky (University of Wisconsin, USA), Amy Simon (Divízia prieskumu slnečnej sústavy, NASA Goddard Space Flight Center, USA), Raul Morales-Jubillas (New Mexico Institute Technology, USA ), Emke D. Pater (Berkeley) a Statia L. Cook (Kolumbijská univerzitaSpojené štáty americké).