Zum ersten Mal von der Erde aus einen mysteriösen dunklen Fleck auf dem Planeten Neptun entdecken

Astronomen nutzen die Europäische Südsternwarte Ein sehr großes Teleskop (VLT) Ich habe einen großen dunklen Fleck darin identifiziert NeptunAtmosphäre, mit einem kleineren angrenzenden hellen Fleck. Dies ist die erste Beobachtung dieser Art, die mit einem bodengestützten Teleskop durchgeführt wurde.

Mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte haben Astronomen einen großen dunklen Fleck in Neptuns Atmosphäre beobachtet, neben dem sich unerwartet ein kleinerer heller Fleck befindet. Dies ist das erste Mal, dass ein dunkler Fleck auf diesem Planeten mit einem Teleskop auf der Erde beobachtet wurde. Diese gelegentlichen blauen Hintergrundmerkmale in Neptuns Atmosphäre sind für Astronomen ein Rätsel, und die neuen Erkenntnisse liefern weitere Hinweise auf ihre Natur und Herkunft.

Große Flecken sind häufige Merkmale in der Atmosphäre der Riesenplaneten, von denen die berühmtesten sind der JupiterDer Große Rote Fleck. Der dunkle Fleck wurde erstmals auf dem Planeten Neptun entdeckt NASAVoyager 2 im Jahr 1989, bevor es einige Jahre später verschwand. „Seit der ersten Entdeckung des dunklen Flecks habe ich mich immer gefragt, was diese schwer fassbaren, kurzlebigen dunklen Merkmale sind“, sagt Patrick Irwin, Professor an der UCLA. Universität Oxford im Vereinigten Königreich als Hauptforscher der am 24. August veröffentlichten Studie Naturastronomie.

Verwenden isoMit dem Very Large Telescope (VLT) haben Astronomen einen großen dunklen Fleck in Neptuns Atmosphäre beobachtet, an den sich unerwartet ein kleinerer heller Fleck anschließt. Dieses kurze Video fasst ihre Entdeckung zusammen. Bildnachweis: ISO

Ergebnisse aus Notizen

Irwin und sein Team verwendeten Daten des VLT des Europäischen Südobservatoriums, um die Möglichkeit auszuschließen, dass die dunklen Flecken durch das „Auflösen“ der Wolken verursacht wurden. Die neuen Beobachtungen deuten stattdessen darauf hin, dass die dunklen Flecken wahrscheinlich das Ergebnis dunkler Luftpartikel in einer Schicht unterhalb der Hauptsichtbaren Dunstschicht sind, wo sich Eis und Dunst in Neptuns Atmosphäre vermischen.

Zu dieser Schlussfolgerung zu kommen war nicht einfach, da dunkle Flecken keine dauerhaften Merkmale der Neptunatmosphäre sind und Astronomen sie bisher nicht ausreichend detailliert untersuchen konnten. Die Gelegenheit kam nach NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskop Irwin und sein Team haben mehrere dunkle Flecken in der Atmosphäre von Neptun entdeckt, darunter einen auf der Nordhalbkugel des Planeten, der erstmals 2018 entdeckt wurde. Irwin und sein Team machten sich sofort daran, sie von der Erde aus zu untersuchen – mit einem Instrument, das ideal für diese schwierigen Beobachtungen geeignet war.

Verwendung des Multi-Unit-Spektral-Explorers des VLT (Betrachtung) konnten die Forscher das von Neptun und seinem Fleck reflektierte Sonnenlicht in seine Komponentenfarben oder Wellenlängen zerlegen und ein dreidimensionales Spektrum erhalten.^[1] Dies bedeutet, dass sie einen Ort detaillierter studieren können, als dies zuvor möglich war. „Ich bin begeistert, nicht nur den ersten dunklen Fleck auf der Erde entdecken zu können, sondern auch erstmals das Reflexionsspektrum eines solchen Merkmals aufzuzeichnen“, sagt Irwin.

Dieses Bild zeigt den Planeten Neptun, der vom MUSE-Instrument am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte entdeckt wurde. An jedem Pixel in Neptun spaltet MUSE das einfallende Licht in seine Komponentenfarben oder Wellenlängen. Das ist so, als würde man gleichzeitig Bilder von Tausenden verschiedener Wellenlängen aufnehmen, was den Astronomen eine Fülle wertvoller Informationen liefert. Dieses Bild kombiniert alle von MUSE erfassten Farben zu einer „normalen“ Ansicht von Neptun, in der oben rechts ein dunkler Fleck zu sehen ist. Bildnachweis: ISO/B. Irwin et al.

Die Bedeutung der Spektrumanalyse

Da unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Tiefen in der Neptunatmosphäre untersuchen, konnten Astronomen mit einem Spektrometer besser bestimmen, in welcher Höhe sich der dunkle Fleck in der Atmosphäre des Planeten befindet. Das Spektrum lieferte auch Informationen über die chemische Zusammensetzung der verschiedenen Schichten der Atmosphäre und gab dem Team Hinweise darauf, warum der Fleck so dunkel erscheint.

Auch die Beobachtungen lieferten ein überraschendes Ergebnis. „Dabei haben wir eine seltene Art heller, tiefer Wolken entdeckt, die zuvor nicht einmal aus dem Weltraum identifiziert worden war“, sagt der Co-Autor der Studie, Michael Wong, Forscher am Massachusetts Institute of Technology Space Research Center. Universität von Kalifornien, Berkeley, USA. Dieser seltene Wolkentyp erschien als heller Fleck neben dem größeren dunklen Hauptfleck, und die VLT-Daten zeigen, dass sich die neue „tiefe helle Wolke“ auf der gleichen Höhe in der Atmosphäre befand wie der dunkle Hauptfleck. Dies bedeutet, dass sie im Vergleich zu den kleinen „Begleitwolken“ aus Methaneis in großen Höhen, die zuvor beobachtet wurden, ein völlig neuartiges Merkmal darstellen.

Diese Animation zeigt den Planeten Neptun, beobachtet mit dem MUSE-Instrument am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte. An jedem Pixel in Neptun spaltet MUSE das einfallende Licht in seine Komponentenfarben oder Wellenlängen. Das ist so, als würde man gleichzeitig Bilder von Tausenden verschiedener Wellenlängen aufnehmen, was den Astronomen eine Fülle wertvoller Informationen liefert. In dieser Animation scannen wir alle diese verschiedenen Wellenlängen und offenbaren unterschiedliche dunkle und helle Merkmale. Anhand der Wellenlängen, in denen diese Merkmale am deutlichsten auftreten, können Astronomen herausfinden, was sie verursacht und wie tief sie in der Neptunatmosphäre liegen. Bildnachweis: ISO/B. Irwin et al./L. Calzada

Implikationen für zukünftige Beobachtungen

Mit Hilfe des VLT-Teleskops der Europäischen Südsternwarte ist es nun für Astronomen möglich, die Merkmale solcher Flecken von der Erde aus zu untersuchen. „Dies ist eine erstaunliche Steigerung der Fähigkeit der Menschheit, das Universum zu beobachten. Zuerst konnten wir diese Orte nur entdecken, indem wir Raumschiffe wie die Voyager dorthin schickten. Dann erlangten wir die Möglichkeit, sie mit Hubble aus der Ferne zu beobachten.“ Endlich die Technologie hat sich entwickelt, um dies zu ermöglichen. Die Erde“, schließt Wong, bevor er scherzhaft hinzufügt: „Das könnte mich meinen Job als Hubble-Beobachter kosten!“

Diese Animation zeigt den Planeten Neptun, beobachtet mit dem MUSE-Instrument am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte. An jedem Pixel in Neptun spaltet MUSE das einfallende Licht in seine Komponentenfarben oder Wellenlängen. Das ist so, als würde man gleichzeitig Bilder von Tausenden verschiedener Wellenlängen aufnehmen, was den Astronomen eine Fülle wertvoller Informationen liefert.

Das erste Bild dieser Animation kombiniert alle von MUSE erfassten Farben zu einer „normalen“ Ansicht von Neptun, in der oben rechts ein dunkler Fleck zu sehen ist. Dann sehen wir Bilder mit bestimmten Wellenlängen: 551 nm (blau), 831 nm (grün) und 848 nm (rot); Beachten Sie, dass die Farben nur zur Veranschaulichung dienen.

Der dunkle Fleck ist bei kürzeren (blaueren) Wellenlängen stärker ausgeprägt. Neben diesem dunklen Fleck hat MUSE auch einen kleinen hellen Fleck eingefangen, der nur hier im mittleren Bild bei 831 nm sichtbar ist und sich tief in der Atmosphäre befindet. Diese Art heller, tiefer Wolken wurde bisher auf diesem Planeten noch nicht identifiziert. Die Bilder zeigen auch mehrere andere, flachere helle Flecken am unteren linken Rand von Neptun, die bei langen Wellenlängen sichtbar sind.

Die Abbildung des dunklen Flecks von Neptun von der Erde aus war nur dank der Adaptive Optics Facility des VLT möglich, die durch atmosphärische Turbulenzen verursachte Unschärfen korrigiert und es MUSE ermöglicht, kristallklare Bilder zu erhalten. Um die dunklen und hellen Merkmale auf dem Planeten besser hervorzuheben, haben die Astronomen die MUSE-Daten sorgfältig verarbeitet und das Ergebnis erhalten, das Sie hier sehen.

Bildnachweis: ISO/B. Irwin et al.

Anmerkungen

1. MUSE ist ein 3D-Spektrogramm, das es Astronomen ermöglicht, ein ganzes astronomisches Objekt, wie zum Beispiel Neptun, auf einmal zu beobachten. An jedem Pixel misst das Gerät die Lichtintensität als Funktion der Farbe oder Wellenlänge. Die resultierenden Daten bilden ein 3D-Array, bei dem jedes Pixel des Bildes das gesamte Lichtspektrum enthält. Insgesamt misst MUSE über 3.500 Farben. Das Instrument ist so konzipiert, dass es die adaptive Optik nutzt, die Turbulenzen in der Erdatmosphäre korrigiert und so schärfere Bilder als möglich liefert. Ohne diese Kombination von Merkmalen wäre die Untersuchung des dunklen Neptunflecks von der Erde aus nicht möglich gewesen.

Referenz: „Spektroskopische Bestimmung der Farbe und vertikalen Struktur dunkler Flecken in Neptuns Atmosphäre“ von Patrick JG Irwin, Jack Dobinson, Arjuna James, Michael H. Wong, Lee N. Fletcher, Michael T. Roman, Nicholas A. Tenby, Daniel Toledo, Glenn S. Orton, Santiago Perez Hoyos, Augustin Sanchez-Lavega, Lawrence Srumowski, Amy A. Simon, Raul Morales-Guberas, Emke De Pater und Statia L. Cook, 24. August 2023, hier verfügbar. Naturastronomie.
doi: 10.1038/s41550-023-02047-0

Das Team besteht aus Patrick JG Irwin (Universität Oxford, Großbritannien). [Oxford]), Jack Dobinson (Oxford), Arjuna James (Oxford), Michael H. Wong (Universität von Kalifornien, USA) [Berkeley]), Lee N. Fletcher (Universität Leicester, Großbritannien). [Leicester]), Michael T. Roman (Leicester City), Nicholas A. tenby (Universität Bristol, Großbritannien), Daniel Toledo (Nationales Institut für Luft- und Raumfahrttechnik, Spanien), Glenn S. Orton (JPL, USA), Santiago Pérez Hoyos (Universität des Baskenlandes, Spanien). [UPV/EHU]), Agustín Sánchez-Lavega (UPV/EHU), Lawrence Syromovsky (University of Wisconsin, USA), Amy Simon (Solar System Exploration Division, NASA Goddard Space Flight Center, USA), Raul Morales-Jubillas (New Mexico Institute Technology, USA). ), Emke D. Pater (Berkeley) und Statia L. Cook (Universität von ColumbiaUSA).