دمای جو نپتون رفتاری غیرمنتظره از خود نشان می‌دهد
یک تیم بین‌المللی از ستاره‌شناسان از تلسکوپ‌های قدرتمند زمینی و فضایی برای ردیابی دمای جوی نپتون در یک دوره‌ی ۱۷ ساله استفاده کرده‌اند و برخلاف انتظار، کاهش شدیدی در دمای سراسری آن در فصل تابستان و یک افزایش دمای چشمگیر در قطب جنوب این سیاره شناسایی کرده‌اند.
«مایکل رومن» (Michael Roman) دانشیار پژوهشی پسادکترای دانشگاه لستر بریتانیا و نویسنده‌ی اصلی این مطالعه که امروز در نشریه‌ی «پلنتری ساینس» (The Planetary Science) منتشر شده گفت: «این تغییر غیرمنتظره بود. چون نپتون را در اوایل تابستان جنوبی رصد می‌کردیم، انتظار داشتیم که دما به آرامی گرم‌تر شود، نه سردتر!»
مانند زمین، نپتون هم در گردش به دور خورشید، فصل‌هایی را تجربه می‌کند. با این وجود یک فصل نپتون حدود ۴۰ سال طول می‌کشد و یک سال آن برابر با ۱۶۵ سال زمینی است. از سال ۲۰۰۵ در نیمکره‌ی جنوبی نپتون تابستان بوده است و اخترشناسان مشتاق بودند که تغییرات دمای هوا پس از انقلاب تابستانی جنوبی را بررسی کنند.
آن‌ها نزدیک به ۱۰۰ تصویر گرمایی فروسرخ از نپتون را که در یک دوره‌ی ۱۷ ساله با کمک تلسکوپ‌هایی ازجمله تلسکوپ بسیار بزرگ اروپا (VLT) گرفته شده بودند، بررسی کردند تا روندهای کلی دمای سیاره را با جزئیاتی بیشتر از همیشه کنار هم بگذارند. این داده‌ها نشان داد که با وجود آغاز تابستان در نیمکره‌ی جنوبی، بیشتر سیاره در طول دو دهه‌ی گذشته به‌تدریج سرد شده است. میانگین دمای سراسری نپتون بین سال‌های ۲۰۰۳ و ۲۰۱۸ به میزان ۸ درجه‌ی سانتی‌گراد کاهش یافته است.
عکس‌های نپتون بین سال‌های ۲۰۰۶ تا ۲۰۲۰
Credit: ESO/M. Roman, NAOJ/Subaru/COMICS
در ادامه دانشمندان از کشف گرم شدن چشمگیر قطب جنوبی نپتون طی دو سال آخر رصدخای خود شگفت زده شدند. این داده‌ها افزایش ۱۱ درجه‌ای دما را از سال ۲۰۱۸ تا ۲۰۲۰ نشان داد. اگرچه گردابه‌ی گرم قطبی نپتون سال‌هاست که شناخته شده است اما تا کنون این گرمایش سریع هرگز در سیاره مشاهده نشده است.
«گلن اورتون» (Glenn Orton) از نویسندگان این مقاله و دانشمند تحقیقاتی ارشد آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا گفت: «داده‌های ما کمتر از نیمی از فصل نپتون را پوشش می‌دهد، بنابراین هیچ کس انتظار نداشت که تغییرات بزرگ و سریعی را ببیند.»
اخترشناسان دمای نپتون را با استفاده از دوربین‌های گرمایی که با اندازه‌گیری طیف فروسرخ ساطع شده از اجرام نجومی کار می‌کنند، اندازه گرفتند. این تیم برای تجزیه‌وتحلیل خود، همه‌ی تصاویر موجود از نپتون را که در دو دهه‌ی گذشته توسط تلسکوپ‌های زمینی جمع‌آوری شده بود، ترکیب کرد.
آن‌ها نور فروسرخ ساطع شده از لایه‌ای از جو نپتون به نانم استراتوسفر را بررسی کردند. این به تیم امکان داد تا تصویری از دمای نپتون و تغییرات آن در بخشی از تابستان جنوبی سیاره تهیه کنند.
تغییرات نپتون در طیف فروسرخ که معیاری برای اندازه‌گیری دماست.
Credit: Michael Roman/NASA/JPL/Voyager-ISS/Justin Cowart.
چون نپتون تقریبا ۴.۵ میلیارد کیلومتر دورتر و بسیار سرد است، میانگین دمای سیاره به حدود منفی ۲۲۰ درجه‌ی سانتی‌گراد می‌رسد و اندازه‌گیری دمای آن از زمین کار آسانی نیست. «لی فلچر» (Leigh Fletcher) دیگر نویسنده‌ی این مقاله و استاد دانشگاه لستر گفت: «این نوع مطالعه تنها با تصاویر حساس فروسرخ از تلسکوپ‌های بزرگی ماند VLT که می‌توانند نپتون را به وضوح رصد کنند، امکان‌پذیر است و این تصاویر تنها در حدود ۲۰ سال گذشته دردسترس بوده‌اند.
حدود یک‌سوم همه‌ی تصاویر گرفته شده از تصویرگر VLT و دستگاه طیف‌سنج فروسرخ میانی (VSIR) روی VLT در بیابان آتاکامای شیلی است. به دلیل اندازه‌ی آینه و ارتفاع، این تلسکوپ وضوح و کیفیت داده‌ی بسیار بالایی دارد و واضح‌ترین تصاویر را از نپتون ارائه می‌دهد. این تیم همچنین از داده‌های تلسکوپ فضایی اسپیتزر ناسا و تصاویر گرفته شده با تلسکوپ جمنای جنوب در شیلی و همچنین تلسکوپ سوبارو، تلسکوپ کک و تلسکوپ جمنای شمال همگی در هاوایی استفاده کردند.
هندسه‌ی نپتون و چهره‌ی آن در طیف مرئی و فروسرخ در سال ۲۰۲۰؛ گرمایش قطب جنوب آن به‌وضوح مشخص است.
Credit: Michael Roman/NASA/ESA/STSci/M.H. Wong/L.A. Sromovsky/P.M. Fry
از آنجا که تغییرات دمایی نپتون بسیار غیرمنتظره بود، اخترشناسان هنوز نمی‌دانند که چه چیزی می‌تواند باعث آن شده باشد. آن‌ها می‌توانند به دلیل تغییرات شیمیایی در شیمی استراتوسفر نپتون یا الگوهای تصادفی آب‌وهوا یا حتی چرخه‌ی خورشیدی باشند.
مشاهدات بیشتری در سال‌های آینده برای کشف دلایل این نوسانات نیاز است. تلسکوپ‌های زمینی آینده مانند «تلسکوپ اَبَر بزرگ» (ELT) می‌توانند تغییرات دما را با جزئیات بیشتری پایش کنند و تلسکوپ فضایی جیمز وب هم نقشه‌های بی‌سابقه‌ی جدیدی از شیمی و جو نپتون ارائه خواهد کرد.
رومن خاطرنشان کرد: «فکر می‌کنم نپتون برای بسیاری از ما بسیار جذاب است زیرا هنوز اطلاعات کمی درباره‌ی آن داریم. همه‌ی این‌ها به تصویر پیچیده‌تری از جو این سیاره و چگونگی تغییر آن با زمان اشاره دارد.»
عکس کاور: نپتون از نگاه کاوشگر وویجر ۲
Credit: NASA/JPL-Caltech/Kevin M. Gill
منبع: Phys.Org
