Die Wolken auf Neptun führen einen überraschenden Akt des Verschwindens durch

Zum ersten Mal seit fast drei Jahrzehnten Beobachtungen sind die auf Neptun beobachteten Wolken so gut wie verschwunden. Bilder des großen blauen Planeten von 1994 bis 2022, die von Maunakea auf der Insel Hawaii durch die Linse des WM-Keck-Observatoriums aufgenommen wurden, sowie Ansichten aus dem Weltraum mit dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA zeigen, dass die Wolken mit Ausnahme des Südpols fast verschwunden sind.

Die Beobachtungen, die in der Zeitschrift veröffentlicht werden Ikarusenthüllen außerdem einen Zusammenhang zwischen Neptuns verschwindenden Wolken und dem Sonnenzyklus – ein überraschender Fund, wenn man bedenkt, dass Neptun der am weitesten von der Sonne entfernte große Planet ist und nur 1/900 des Sonnenlichts empfängt, das wir auf der Erde haben.

Ein von der University of California (UC) Berkeley geleitetes Astronomenteam entdeckte, dass die Fülle an Wolken, die man normalerweise in den mittleren Breiten des Eisriesen sieht, im Jahr 2019 zu schwinden begann.

„Ich war überrascht, wie schnell die Wolken auf Neptun verschwanden“, sagte Imke de Pater, emeritierte Professorin für Astronomie an der UC Berkeley und leitende Autorin der Studie. „Wir haben im Wesentlichen gesehen, dass die Cloud-Aktivität innerhalb weniger Monate zurückgegangen ist.“

„Selbst vier Jahre später zeigten die Bilder, die wir im vergangenen Juni aufgenommen haben, dass die Wolken nicht wieder ihr früheres Niveau erreicht haben“, sagte Erandi Chavez, eine Doktorandin am Center for Astrophysics der Harvard University, die die Studie leitete, als sie noch Studentin der Astronomie war an der UC Berkeley. „Das ist äußerst aufregend und unerwartet, insbesondere da Neptuns vorherige Periode geringer Wolkenaktivität bei weitem nicht so dramatisch und langanhaltend war.“

Um die Entwicklung von Neptuns Aussehen zu überwachen, analysierten Chavez und ihr Team Bilder, die zwischen 1994 und 2022 mit der Nahinfrarotkamera der zweiten Generation (NIRC2) des Keck-Observatoriums in Kombination mit seinem adaptiven Optiksystem (seit 2002) aufgenommen wurden, sowie Beobachtungen des Lick-Observatoriums ( 2018-2019) und das Hubble-Weltraumteleskop (seit 1994).

In den letzten Jahren wurden die Beobachtungen des Keck-Observatoriums durch Bilder ergänzt, die im Rahmen des Twilight Observing Program des Keck-Observatoriums aufgenommen wurden, und durch Bilder des Hubble-Weltraumteleskops, die im Rahmen des Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL)-Programms aufgenommen wurden.

Die Daten zeigten ein faszinierendes Muster zwischen Veränderungen in der Wolkendecke des Neptun und dem Sonnenzyklus – dem Zeitraum, in dem sich das Magnetfeld der Sonne alle 11 Jahre ändert, was zu Schwankungen der Sonneneinstrahlung führt. Wenn die Sonne intensiveres ultraviolettes (UV) Licht aussendet, insbesondere die starke Wasserstoff-Lyman-Alpha-Emission, erscheinen etwa zwei Jahre später mehr Wolken auf Neptun. Das Team fand außerdem einen positiven Zusammenhang zwischen der Anzahl der Wolken und der Helligkeit des Eisriesen durch das von ihm reflektierte Sonnenlicht.

„Diese bemerkenswerten Daten liefern uns den bisher stärksten Beweis dafür, dass die Wolkendecke von Neptun mit dem Sonnenzyklus korreliert“, sagte de Pater. „Unsere Ergebnisse stützen die Theorie, dass die UV-Strahlen der Sonne, wenn sie stark genug sind, möglicherweise eine photochemische Reaktion auslösen, die Neptunwolken erzeugt.“

Der Zusammenhang zwischen dem Sonnenzyklus und Neptuns bewölktem Wettermuster wird aus 2,5 Zyklen der Wolkenaktivität abgeleitet, die über den 29-jährigen Zeitraum der Neptun-Beobachtungen aufgezeichnet wurden. Während dieser Zeit nahm das Reflexionsvermögen des Planeten im Jahr 2002 zu (Helligkeitsmaxima), verringerte sich dann im Jahr 2007 (Helligkeitsminima), wurde 2015 wieder hell und verdunkelte sich dann im Jahr 2020 auf den niedrigsten jemals beobachteten Wert, als die meisten Wolken verschwanden .

Die durch die Sonne verursachten Veränderungen in der Helligkeit von Neptun scheinen relativ synchron mit dem Kommen und Gehen der Wolken auf dem Planeten auf und ab zu gehen.

Angesichts der Komplexität anderer Faktoren ist jedoch noch mehr Arbeit erforderlich, um diesen Zusammenhang aufzuklären. Beispielsweise könnte eine Zunahme des UV-Sonnenlichts zwar mehr Wolken und Dunst erzeugen, diese aber auch verdunkeln und dadurch die Gesamthelligkeit von Neptun verringern. Stürme auf Neptun, die aus der tiefen Atmosphäre aufsteigen, wirken sich auf die Wolkendecke aus, stehen jedoch nicht im Zusammenhang mit photochemisch erzeugten Wolken und können daher Korrelationsstudien mit dem Sonnenzyklus erschweren. Es sind auch weitere Beobachtungen von Neptun erforderlich, um zu sehen, wie lange die derzeitige nahezu völlige Wolkenlosigkeit anhalten wird.

Diese Entdeckung ergänzt die aufregenden Beobachtungen der äußerst aktiven und chaotischen Atmosphäre der blau gefärbten Welt, in der Methanwolken von Überschallwinden herumgewirbelt werden – den höchsten Windgeschwindigkeiten, die jemals in unserem Sonnensystem gemessen wurden. Eines der frühesten und auffälligsten Bilder wurde von der NASA-Raumsonde Voyager 2 während ihres Vorbeiflugs an Neptun im Jahr 1989 aufgenommen und enthüllte ein riesiges Sturmsystem namens „Great Dark Spot“. Seitdem wurden weitere Stürme und dunkle Flecken gesichtet, insbesondere ein großer Sturm am Äquator im Jahr 2017 und ein großer dunkler Fleck in nördlichen Breiten im Jahr 2018.

„Es ist faszinierend, Teleskope auf der Erde nutzen zu können, um das Klima einer Welt zu untersuchen, die mehr als 2,5 Milliarden Meilen von uns entfernt ist“, sagte Carlos Alvarez, Astronom am Keck-Observatorium und Mitautor der Studie. „Fortschritte in der Technologie sowie unser Dämmerungsbeobachtungsprogramm haben es uns ermöglicht, Neptuns Atmosphärenmodelle einzuschränken, die für das Verständnis der Korrelation zwischen dem Klima des Eisriesen und dem Sonnenzyklus von entscheidender Bedeutung sind.“

Das Forschungsteam verfolgt weiterhin die Wolkenaktivität von Neptun. Die jüngsten Bilder, die im Juni 2023 aufgenommen wurden, wurden zur gleichen Zeit aufgenommen, als das James Webb Space Telescope (JWST) der NASA Bilder im nahen und mittleren Infrarot aufnahm.

„Wir haben auf den jüngsten Bildern mehr Wolken gesehen, insbesondere in nördlichen Breiten und in großen Höhen, wie aufgrund des beobachteten Anstiegs des solaren UV-Flusses in den letzten etwa zwei Jahren zu erwarten war“, sagte de Pater.

Die kombinierten Daten von JWST und dem Keck-Observatorium werden weitere Untersuchungen der Physik und Chemie ermöglichen, die zu Neptuns dynamischer Erscheinung führen, was wiederum dazu beitragen könnte, das Verständnis der Astronomen nicht nur über Neptun, sondern auch über Exoplaneten zu vertiefen.