2022年4月27日,星期三

海王星温度的惊人变化

一个国际天文学家团队使用地面望远镜,包括欧洲南方天文台的超大望远镜(ESO的VLT),追踪了海王星17年的大气温度。他们发现,海王星的全球温度出现了惊人的下降,随后它的南极急剧变暖。

“这个变化出乎意料。”英国莱斯特大学博士后助理研究员、今天发表在《行星科学杂志》上的这项研究的主要作者迈克尔·罗曼说。“由于我们一直在海王星南部初夏时观察它,我们预计温度会慢慢变暖,而不是变冷。”

和地球一样,海王星在围绕太阳公转的过程中也会经历不同的季节。然而,一个海王星季节大约持续40年,一个海王星年持续165个地球年。自2005年以来,海王星南半球一直是夏季,天文学家们迫切地想知道在南方夏至之后温度是如何变化的。

天文学家观察了近100张海王星的热红外图像,这些图像是在17年的时间里捕捉到的,以便比以往任何时候都更详细地拼凑出海王星温度的总体趋势。

这些数据显示,尽管南半球的夏季开始了,但在过去的20年里,地球的大部分地区已经逐渐变冷。年的全球平均气温海王星从2003年到2018年下降了8°C。

天文学家随后惊讶地发现,在他们观测的最后两年里,海王星的南极急剧变暖,2018年至2020年期间,温度迅速上升了11°C。尽管海王星温暖的极地涡旋多年前就已为人所知,但如此快速的极地变暖在以前从未观测到地球

“我们的数据覆盖了不到半个海王星季节,所以没有人预期会看到巨大而迅速的变化。”美国加州理工学院喷气推进实验室(JPL)的高级研究科学家Glenn Orton说。

海王星比我们想象的要冷
观测到海王星热红外亮度的变化,这是海王星大气温度的测量方法。这幅图显示了所有现有的地面望远镜拍摄的海王星平流层的热红外亮度随时间的相对变化。明亮的图像被解读为温暖。波长为~12 μ m的对应热红外图像(上)显示了海王星在2006年、2009年、2018年(由欧洲南方天文台的超大望远镜VISIR仪器观测到)和2020年(由斯巴鲁的COMICS仪器观测到)的出现。在过去的几年里,南极似乎急剧变暖。图片来源:Michael Roman/NASA/JPL/旅行者- iss /Justin Cowart

天文学家使用热相机测量海王星的温度,热相机通过测量天文物体发出的红外光工作。在他们的分析中,研究小组综合了过去20年里地面望远镜收集到的所有海王星现有图像。他们调查了从海王星大气层平流层发出的红外光。这使得研究小组建立了海王星温度及其在南部夏季部分时期的变化的图像。

因为海王星离我们大约45亿公里远,而且非常冷,这颗行星的平均温度达到-220°C左右,测量它的温度从地球这可不是件容易的事。“这种类型的研究只有通过像VLT这样的大型望远镜的敏感红外图像才能实现,这些图像可以清楚地观察到海王星,而这些只是在过去20年左右的时间里才得以实现。”莱斯特大学教授、合著者利·弗莱彻说。

大约三分之一的图像来自ESO位于智利阿塔卡马沙漠的VLT上的中红外成像光谱仪(VISIR)仪器。由于该望远镜的镜面尺寸和高度,它具有非常高的分辨率和数据质量,提供了最清晰的海王星图像。该团队还使用了美国宇航局的斯皮策太空望远镜的数据,以及智利的双子南望远镜、斯巴鲁望远镜、凯克望远镜和双子北望远镜拍摄的图像,这些都位于夏威夷。

来自VLT的海王星和哈勃
左边海王星的图像是在ESO的甚大望远镜上对MUSE仪器的窄场自适应光学模式进行测试时获得的。右边的图像是NASA/ESA哈勃太空望远镜拍摄的类似图像。请注意,这两张图片不是在同一时间拍摄的,所以没有显示相同的表面特征。信贷:ESO / P。Weilbacher (AIP)/NASA, ESA, M.H. Wong和J. Tollefson(加州大学伯克利分校)

由于海王星的温度变化是如此出乎意料,天文学家还不知道是什么导致了这种变化。它们可能是由于海王星平流层化学物质的变化,或随机的天气模式,甚至是太阳周期。未来几年还需要进行更多的观察,以探索这些波动的原因。未来的地面望远镜,如ESO的超大望远镜(ELT),可以更详细地观察到这样的温度变化美国国家航空航天局/欧洲航天局/ CSA詹姆斯·韦伯太空望远镜将提供海王星大气化学和温度的前所未有的新地图。

“我认为海王星本身对我们很多人来说非常有趣,因为我们对它的了解仍然很少。”罗马说。“这一切都指向了海王星大气层更复杂的图景,以及它是如何随时间变化的。”

期刊引用

  1. Michael T. Roman, Leigh N. Fletcher, Glenn S. Orton, Thomas K. Greathouse, Julianne I. Moses, Naomi rowei - gurney, Patrick G. J. Irwin, Arrate Antuñano, James Sinclair, Yasumasa Kasaba, Takuya Fujiyoshi, Imke de Pater和Heidi B. Hammel,海王星中红外发射的亚季节变化,行星科学杂志2022卷3 7810.3847 / PSJ / ac5aa4

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