Хмари, що зникають на Нептуні, пов’язані з сонячним циклом

Зв’язок між Нептуном і сонячною активністю викликає подив у планетологів, оскільки Нептун є найдальшою великою планетою нашої Сонячної системи та отримує сонячне світло з інтенсивністю приблизно 0,1% від інтенсивності Землі. Проте глобальна хмарна погода на Нептуні, здається, зумовлена ​​сонячною активністю, а не чотирма сезонами планети, кожна з яких триває приблизно 40 років.

Зараз хмарність, яку можна побачити на Нептуні, надзвичайно низька, за винятком деяких хмар, що ширяють над південним полюсом планети-гіганта. Команда астрономів під керівництвом Каліфорнійського університету (UC) у Берклі виявила, що велика кількість хмар, які зазвичай спостерігаються в середніх широтах крижаного гіганта, почала зникати у 2019 році.

«Я був здивований тим, як швидко зникли хмари на Нептуні», — сказав Імке де Патер, почесний професор астрономії Каліфорнійського університету в Берклі та старший автор дослідження. «Ми фактично спостерігали зниження хмарної активності протягом кількох місяців», — сказала вона.

«Навіть зараз, через чотири роки, останні зображення, які ми зробили в червні минулого року, все ще показують, що хмари не повернулися до колишнього рівня», — сказав Еранді Чавес, аспірант Центру астрофізики | Гарвард-Смітсонівський університет (CfA) у Кембриджі, штат Массачусетс, яка керувала дослідженням, коли вона була студенткою астрономії в Каліфорнійському університеті в Берклі. «Це надзвичайно захоплююче і несподіване, особливо тому, що попередній період низької хмарної активності Нептуна не був настільки драматичним і тривалим».

Щоб спостерігати за еволюцією зовнішнього вигляду Нептуна, Чавес і її команда проаналізували зображення обсерваторії Кека, зроблені з 2002 по 2022 рік, архівні спостереження космічного телескопа Хаббл, починаючи з 1994 року, і дані обсерваторії Лік в Каліфорнії за 2018-2019 роки.

Останніми роками спостереження Кека були доповнені зображеннями, зробленими в рамках програми «Сутінкова зона» та програми Hubble Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL).

Зображення показують інтригуючу закономірність між сезонними змінами хмарного покриву Нептуна та сонячним циклом – періодом, коли магнітне поле Сонця змінюється кожні 11 років, коли воно стає більш заплутаним, як клубок пряжі. Це очевидно у збільшенні кількості сонячних плям і посиленні активності сонячних спалахів. У міру проходження циклу бурхлива поведінка Сонця зростає до максимуму, доки магнітне поле не ослабне й не змінить полярність. Потім Сонце знову сідає до мінімуму, лише щоб почати інший цикл.

Ця послідовність зображень космічного телескопа Хаббла показує зростання та зменшення кількості хмарного покриву на Нептуні. Цей майже 30-річний набір спостережень показує, що кількість хмар зростає все більше після піку в сонячному циклі, коли рівень активності Сонця ритмічно зростає та падає протягом 11-річного періоду. По вертикальній осі відкладено рівень ультрафіолетового випромінювання Сонця. Унизу зображено 11-річний цикл з 1994 по 2022 рік. Спостереження Хаббла вгорі чітко показують кореляцію між великою кількістю хмар і піком сонячної активності. Хімічні зміни викликані фотохімією, яка відбувається високо у верхніх шарах атмосфери Нептуна і потребує часу для формування хмар.Авторство: NASA, ESA, LASP, Еранді Чавес (UC Berkeley), Імке де Патер (UC Berkeley)

Коли на Сонці штормова погода, Сонячну систему наповнює більш інтенсивне ультрафіолетове (УФ) випромінювання. Команда виявила, що через два роки після піку сонячного циклу на Нептуні з’являється все більше хмар. Крім того, команда виявила позитивну кореляцію між кількістю хмар і яскравістю крижаного гіганта від сонячного світла, що відбивається від нього.

«Ці дивовижні дані дають нам найвагоміший доказ того, що хмарність Нептуна корелює з циклом Сонця», — сказав де Патер. «Наші висновки підтверджують теорію про те, що УФ-промені Сонця, якщо вони досить сильні, можуть викликати фотохімічну реакцію, яка створює хмари Нептуна».

Вчені виявили зв’язок між сонячним циклом і хмарною погодою на Нептуні, розглянувши 2,5 циклу активності хмар, зафіксованих протягом 29-річного періоду спостережень Нептуна. За цей час коефіцієнт відбиття планети зріс у 2002 році, а потім потьмянів у 2007 році. Нептун знову став яскравим у 2015 році, а потім потемнів у 2020 році до найнижчого рівня, який коли-небудь спостерігався, коли більшість хмар розійшлася.

Зміни яскравості Нептуна, викликані Сонцем, здається, зростають і зменшуються відносно синхронно з приходом і розходженням хмар на планеті. Однак між піком сонячного циклу та великою кількістю хмар, які можна побачити на Нептуні, є дворічний часовий проміжок. Хімічні зміни викликані фотохімією, яка відбувається високо у верхніх шарах атмосфери Нептуна і потребує часу для формування хмар.

«Це захоплююче мати можливість використовувати телескопи на Землі для вивчення клімату світу, розташованого на відстані понад 2,5 мільярда миль від нас», — сказав Карлос Альварес, штатний астроном обсерваторії Кека та співавтор дослідження. «Прогрес у технології та спостереженнях дозволив нам обмежити атмосферні моделі Нептуна, які є ключовими для розуміння кореляції між кліматом крижаного гіганта та сонячним циклом».

Однак потрібно більше працювати. Наприклад, хоча збільшення ультрафіолетового сонячного світла може створити більше хмар і туману, воно також може затемнити їх, тим самим зменшивши загальну яскравість Нептуна. Шторми на Нептуні, що підіймається з глибин атмосфери, впливають на хмарний покрив, але не пов’язані з фотохімічно створеними хмарами, і, отже, можуть ускладнити дослідження кореляції з сонячним циклом. Також необхідні продовження спостережень за Нептуном, щоб побачити, як довго триватиме поточна майже відсутність хмар.

Дослідницька група продовжує відстежувати хмарну активність Нептуна. «Ми бачили більше хмар на останніх знімках Кека, які були зроблені в той самий час, коли космічний телескоп NASA Джеймса Вебба спостерігав за планетою; ці хмари, зокрема, видно на північних широтах і на великих висотах, як і очікувалося через спостережуване збільшення сонячного УФ-потоку за останні приблизно 2 роки», — сказав де Патер.

Об’єднані дані Хаббла, космічного телескопа Вебба, обсерваторії Кека та обсерваторії Ліка дозволять провести подальші дослідження фізики та хімії, які призвели до динамічного вигляду Нептуна, що, своєю чергою, може допомогти поглибити розуміння астрономами не лише Нептуна, а й екзопланет, оскільки вважається, що багато планет за межами нашої сонячної системи мають властивості, подібні до Нептуна. Джерело