Een internationaal team van astronomen heeft met behulp van telescopen op de grond, waaronder de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO), gedurende zeventien jaar de temperaturen in de atmosfeer van Neptunus gevolgd. Daarbij hebben ze een verrassende daling van de globale temperatuur van de planeet geregistreerd, gevolgd door een sterke opwarming aan de zuidpool.
‘Deze verandering kwam onverwacht,’ zegt Michael Roman, postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Leicester (VK) en hoofdauteur van het onderzoek waarvan de resultaten vandaag in The Planetary Science Journal zijn gepubliceerd. ‘Omdat we Neptunus tijdens zijn vroege zuidelijke zomer hebben waargenomen, verwachtten we dat de temperaturen geleidelijk zouden stijgen in plaats van dalen.’ Tijdens zijn draaiing om de zon ondergaat Neptunus verschillende seizoenen, net als de aarde. Maar omdat een Neptunusjaar ongeveer 165 aardse jaren duurt, duurt een seizoen op Neptunus ongeveer veertig jaar.
Sinds 2005 is het zomer op het zuidelijk halfrond van Neptunus, en de astronomen wilden graag weten hoe de temperaturen in reactie op de zuidelijke zomerzonnewende veranderen. Daartoe hebben ze bijna honderd warmtebeelden van Neptunus, gemaakt over een periode van zeventien jaar, bestudeerd om het verloop van de temperatuur van de planeet gedetailleerder dan ooit tevoren in kaart te brengen. Uit deze gegevens blijkt dat, ondanks het begin van de zuidelijke zomer, het grootste deel van de planeet in de afgelopen twee decennia geleidelijk is afgekoeld. Tussen 2003 en 2018 is de gemiddelde temperatuur van Neptunus met 8°C gedaald.
Tot hun verrassing ontdekten de astronomen vervolgens dat de zuidpool van Neptunus tijdens de laatste twee jaar van hun waarnemingen sterk opwarmde. Tussen 2018 stegen de temperaturen daar met 11°C. Een dergelijk snelle polaire opwarming is nog nooit eerder op de planeet waargenomen. ‘Onze gegevens bestrijken minder dan de helft van een Neptunus-seizoen, dus niemand verwachtte grote en snelle veranderingen te zullen zien,’ zegt medeauteur Glenn Orton, senior onderzoekswetenschapper bij het Jet Propulsion Laboratory (JPL) van Caltech (VS).
De astronomen hebben de temperatuur van Neptunus gemeten met behulp van warmtebeeldcamera’s die gevoelig zijn voor het infrarode licht dat door astronomische objecten wordt uitgezonden. Voor hun analyse combineerde het team alle bestaande beelden van Neptunus die de afgelopen twee decennia door telescopen op de grond zijn verzameld. Zij onderzochten het infrarode licht dat wordt uitgezonden door een laag in de atmosfeer van Neptunus die de stratosfeer wordt genoemd. Zo kon het team zich een beeld vormen van de temperatuur van de planeet en de variaties daarin tijdens een deel van de zuidelijke zomer.
Omdat Neptunus ruwweg 4,5 miljard kilometer van ons is verwijderd en erg koud is (de gemiddelde temperatuur van de planeet bedraagt ongeveer –220°C), valt het niet mee om zijn temperatuur vanaf de aarde te meten. ‘Dit soort onderzoek is alleen mogelijk met gevoelige infraroodbeelden van grote telescopen zoals de VLT, die Neptunus duidelijk kunnen waarnemen, en die zijn pas sinds een jaar of twintig beschikbaar,’ zegt co-auteur Leigh Fletcher, professor aan de Universiteit van Leicester.
Ongeveer een derde van alle opnamen is afkomstig van het VLT Imager and Spectrometer for mid-InfraRed (VISIR)-instrument van ESO’s Very Large Telescope in de Chileense Atacama-woestijn. Door de grote omvang van zijn spiegel en de hoogte waarop hij staat opgesteld, kan deze telescoop heel scherpe opnamen van Neptunus maken. Daarnaast maakte het team ook gebruik van gegevens van NASA’s Spitzer-ruimtetelescoop en opnamen van de Gemini South-telescoop in Chili, en de Subaru-telescoop, de Keck-telescoop en de Gemini North-telescoop op Hawaï.
Omdat de temperatuurveranderingen op Neptunus zo onverwacht waren, weten de astronomen nog niet wat hun oorzaak kan zijn. Ze zouden te wijten kunnen zijn aan veranderingen in de stratosferische chemie van Neptunus, aan willekeurige weerpatronen of zelfs aan de zonnecyclus. De komende jaren zullen meer waarnemingen moeten worden gedaan om de oorzaken van deze schommelingen te onderzoeken. Toekomstige telescopen op de grond, zoals ESO’s Extremely Large Telescope (ELT), kunnen temperatuurveranderingen als deze nog gedetailleerder waarnemen, terwijl de James Webb Space Telescope van NASA, ESA en CSA de chemie en temperatuur in de atmosfeer van Neptunus ongekend nauwkeurig in kaart zal brengen.
‘Ik denk dat Neptunus zelf voor velen van ons zeer intrigerend is, omdat we er nog zo weinig over weten,’ zegt Roman. ‘Dit wijst allemaal in de richting van een gecompliceerder beeld van de atmosfeer van Neptunus, en hoe deze mettertijd verandert.’
Bron: ESO
