Une équipe internationale d’astronomes a utilisé des télescopes au sol, dont le Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral (VLT de l’ESO), pour suivre les températures atmosphériques de Neptune sur une période de 17 ans. Ils ont constaté une chute surprenante des températures globales de Neptune suivie d’un réchauffement spectaculaire à son pôle sud.
« Ce changement était inattendu », déclare Michael Roman, associé de recherche postdoctoral à l’Université de Leicester, au Royaume-Uni, et auteur principal de l’étude publiée aujourd’hui dans Le Journal des sciences planétaires. « Depuis que nous observons Neptune au début de son été austral, nous nous attendions à ce que les températures se réchauffent lentement, et non plus froides. »
Comme la Terre, Neptune connaît des saisons en orbite autour du Soleil. Cependant, une saison Neptune dure environ 40 ans, avec une année Neptune durant 165 années terrestres. C’est l’été dans l’hémisphère sud de Neptune depuis 2005, et les astronomes étaient impatients de voir comment les températures changeaient après le solstice d’été austral.
Les astronomes ont examiné près de 100 images infrarouges thermiques de Neptune, capturées sur une période de 17 ans, pour reconstituer les tendances globales de la température de la planète avec plus de détails que jamais auparavant.
Ces données ont montré que, malgré le début de l’été austral, la majeure partie de la planète s’était progressivement refroidie au cours des deux dernières décennies. La température moyenne mondiale de Neptune a chuté de 8 °C entre 2003 et 2018.
Les astronomes ont ensuite été surpris de découvrir un réchauffement spectaculaire du pôle sud de Neptune au cours des deux dernières années de leurs observations, lorsque les températures ont rapidement augmenté de 11 °C entre 2018 et 2020. Bien que le vortex polaire chaud de Neptune soit connu depuis de nombreuses années, une telle vitesse polaire le réchauffement n’a jamais été observé auparavant sur la planète.
« Nos données couvrent moins de la moitié d’une saison Neptune, donc personne ne s’attendait à voir des changements importants et rapides », déclare le co-auteur Glenn Orton, chercheur principal au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de Caltech aux États-Unis.
Les astronomes ont mesuré la température de Neptune à l’aide de caméras thermiques qui fonctionnent en mesurant la lumière infrarouge émise par les objets astronomiques. Pour leur analyse, l’équipe a combiné toutes les images existantes de Neptune recueillies au cours des deux dernières décennies par des télescopes au sol. Ils ont étudié la lumière infrarouge émise par une couche de l’atmosphère de Neptune appelée la stratosphère. Cela a permis à l’équipe de se faire une idée de la température de Neptune et de ses variations pendant une partie de son été austral.
Parce que Neptune est à environ 4,5 milliards de kilomètres et qu’il est très froid, la température moyenne de la planète atteignant environ -220°C, mesurer sa température depuis la Terre n’est pas une tâche facile. « Ce type d’étude n’est possible qu’avec des images infrarouges sensibles provenant de grands télescopes comme le VLT qui peuvent observer clairement Neptune, et celles-ci ne sont disponibles que depuis une vingtaine d’années », explique le co-auteur Leigh Fletcher, professeur à l’université. Université de Leicester.
Environ un tiers de toutes les images prises provenaient de l’instrument VLT Imager and Spectrometer for mid-infrared (VISIR) du VLT de l’ESO dans le désert d’Atacama au Chili. En raison de la taille du miroir et de l’altitude du télescope, il a une résolution et une qualité de données très élevées, offrant les images les plus claires de Neptune. L’équipe a également utilisé les données du télescope spatial Spitzer de la NASA et des images prises avec le télescope Gemini South au Chili, ainsi qu’avec le télescope Subaru, le télescope Keck et le télescope Gemini North, tous à Hawaii.
Parce que les variations de température de Neptune étaient si inattendues, les astronomes ne savent pas encore ce qui a pu les provoquer. Ils pourraient être dus à des changements dans la chimie stratosphérique de Neptune, ou à des conditions météorologiques aléatoires, ou même au cycle solaire. D’autres observations seront nécessaires au cours des prochaines années pour explorer les raisons de ces fluctuations. Les futurs télescopes au sol comme l’Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO pourraient observer des changements de température comme ceux-ci plus en détail, tandis que le télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb fournira de nouvelles cartes sans précédent de la chimie et de la température dans l’atmosphère de Neptune.
« Je pense que Neptune est elle-même très intrigante pour beaucoup d’entre nous parce que nous en savons encore si peu à son sujet », déclare Roman. « Tout cela pointe vers une image plus compliquée de l’atmosphère de Neptune et de la façon dont elle change avec le temps. »
« Variation sous-saisonnière de l’émission infrarouge moyen de Neptune » Le Journal des sciences planétaires (2022). DOI : 10.3847/PSJ/ac5aa4