Diagnostic de l’été frais de Neptune – Eos

Habituellement, lorsque la planète atteint les mois d’été, l’air a tendance à se réchauffer, ce qui est le résultat direct de la lumière solaire qui brille plus directement sur l’atmosphère de la planète. Cependant, selon une analyse approfondie de l’atmosphère de Neptune, l’inverse s’est produit lors du passage de l’hémisphère sud de la planète au milieu de l’été. Les images infrarouges ont montré qu’en 17 années terrestres, moins de la moitié de l’été de Neptune, la planète a connu un refroidissement stratosphérique inattendu et soudain sur la majeure partie de la planète. La seule exception était le pôle Sud, qui est devenu inexplicablement plus chaud en seulement 2 ans.

“Les saisons de Neptune durent chacune 40 ans, avec leur orbite de 165 ans”, a expliqué Michael Roman, un scientifique planétaire de premier plan à l’Université de Leicester au Royaume-Uni. “Il nous est simplement venu à l’esprit alors [evolve] sur une longue période de temps, mais les changements que nous avons vus semblaient assez drastiques … Vraiment, nous ne nous attendions pas à trop de différences. On ne pouvait rien attendre de ça.”

Pour diagnostiquer l’été frais de la planète, il était nécessaire de combiner toutes les images infrarouges moyennes de Neptune prises en 17 ans – une réduction considérable de la quantité de données que Roman et son équipe ont mis des années à réaliser.

Recherche de pandémie

Réglez votre Wayback Machine sur 2020. La pandémie de COVID-19 a frappé le monde pour la première fois et les pays ont commencé à fermer.

“J’ai commencé avec cet article plus ou moins juste au début de la pandémie”, a déclaré Roman. “Cela n’aurait pas pu être fait en quelques mois.”

“J’étais désespéré d’obtenir autant de données que possible et ils ont donné des mesures significatives. C’était super de ne pas gaspiller de miettes de pain. »

Certaines études antérieures ont montré qu’avant le solstice d’été de 2005, la stratosphère de Neptune s’était refroidie pendant quelques années. Roman et son équipe ont voulu voir si cette tendance était vraie lorsqu’un plus large éventail d’observations a été ajouté au mélange, y compris certaines après le solstice.

“L’infrarouge central est une gamme de longueurs d’onde très importante et informative car elle vous permet de trouver la structure thermique et chimique de l’atmosphère, malgré le fait qu’elle est notoirement plus difficile à surveiller que le rayonnement proche infrarouge”, a déclaré Vincent Hue, spécialiste de la recherche planétaire. scientifique du sud-ouest. San Antonio Research Institute, qui n’a pas participé à cette étude.

Pourquoi Neptune est-il si infrarouge à voir ? Parce que la planète est loin de la Terre, elle semble même petite avec un télescope et est très froide (ce qui signifie qu’elle n’émet pas beaucoup de lumière infrarouge). De plus, pour cartographier les variations atmosphériques, les scientifiques avaient besoin de télescopes suffisamment grands et suffisamment hauts pour disperser le petit Neptune froid et lointain sur plusieurs pixels. Seuls quelques télescopes terrestres dans le monde disposent d’instruments infrarouges capables de le faire.

“C’est devenu une tâche en soi.”

L’équipe a collecté toutes les données trouvées, examinant de vieux papiers et des archives de données pour les images infrarouges moyennes de Neptune. Beaucoup de ces images ont été prises à l’origine dans le but explicite d’explorer Neptune. Mais leur recherche a également révélé des trésors cachés : des instantanés rapides de la planète, pris au hasard ou pour être calibrés par d’autres observations scientifiques.

“Parfois, les observatoires prennent simplement une photo rapide pour se concentrer sur la planète ou tester quelque chose”, a déclaré Roman. “Ou si vous faites de la spectroscopie, ils prendront d’abord une photo pour faire une comparaison spatiale.” Ces images dites d’acquisition ont permis de combler certaines des lacunes de la chronologie. “J’étais désespéré d’obtenir autant de données que possible et ils ont donné des mesures significatives. C’était super de ne pas gaspiller de miettes de pain. »

“Je me souviens d’avoir été assis au milieu d’une pandémie et d’avoir calibré l’une de ces images pour la cinquième ou sixième fois”, a déclaré Roman. Il “s’est calibré loin de ma cuisine… C’est juste devenu une tâche en soi”.

Défier les attentes

Chaque instrument télescopique a son propre caractère, avec ses propres forces, faiblesses et bizarreries. Roman et son équipe ont combiné les données de neuf instruments différents en utilisant 26 gammes de longueurs d’onde différentes. L’invention d’un seul récit à partir de ces données brutes était similaire au pâturage en ligne droite de 26 chats. “Ce document est important pour le travail de réduction et d’analyse des données”, a ajouté Hue. “Parce que les caractéristiques de ces télescopes et instruments peuvent varier considérablement d’une installation à l’autre, il est souvent difficile de comparer ces ensembles de données et d’en tirer une image globale. Ce travail a fait un excellent travail, donnant une image complète de l’évolution de la structure thermique et chimique de Neptune au fil du temps.

Au total, les chercheurs ont fouillé 95 images infrarouges. “Ces observations ne remontent pas vraiment à 2003, lorsque la technologie d’imagerie infrarouge des planètes a émergé”, a déclaré Roman. “Cela nous a finalement permis de dire quelque chose sur cette tendance au fil du temps.”

Les observations dans l’infrarouge moyen ont observé des changements dans quatre molécules représentant différentes couches de l’atmosphère de Neptune : l’hydrogène moléculaire tropopausique, qui est également un bon indicateur de l’échange de température ; éthane stratosphérique inférieur; deux types de méthane de la stratosphère moyenne ; et le méthane de la haute stratosphère. Les chercheurs ont également utilisé les spectres du télescope spatial Spitzer pour calibrer ces images les unes par rapport aux autres, leur permettant de comparer directement des images prises à différentes longueurs d’onde.

Cette série temporelle d’images infrarouges de Neptune suit le refroidissement soudain de la stratosphère dans l’hémisphère sud et le pic chaud au pôle sud. Ces images montrent la luminosité de l’éthane à environ 12 micromètres. Les couleurs froides indiquent des températures plus fraîches et les couleurs chaudes indiquent des températures plus chaudes. (Le point au-dessus et à gauche de Neptune est la lettre utilisée pour calibrer les images de divers instruments télescopiques.) Par Roman et al., 2022, https://doi.org/10.3847/PSJ/ac5aa4, CC BY 4.0

Ils ont constaté que bien que les températures globales dans la haute troposphère soient restées relativement stables tout au long des 17 années, la streptosphère de Neptune s’est considérablement refroidie entre 2003 et 2009. Lorsque Neptune a connu un solstice à l’été 2005, sa température stratosphérique a chuté d’au moins 7°C. .

“Nous nous attendons à ce que les températures augmentent lentement en réponse plus chaude au fait que la planète que nous voyons est l’été”, a déclaré Roman. “C’était tellement surprenant de voir que le rayonnement de la planète, un indicateur de sa température, diminuait avec le temps. Cela fonctionne exactement à l’opposé de ce que nous pensions.

À partir de 2018, le pôle sud de Neptune s’est réchauffé d’environ 11 ° C en seulement 2 ans. “Un éclaircissement aussi soudain était vraiment inattendu”, a déclaré Roman, “parce que ce n’est pas quelque chose à attendre d’un lent changement saisonnier.” Ces résultats ont été publiés Journal des sciences planétaires 11 avril.

Gardez un oeil sur Neptune

Étant donné que les observations ne couvrent que 17 ans de l’orbite de 165 ans de Neptune, il est peu probable que des changements saisonniers soudains soient causés par des fluctuations saisonnières normales, a déclaré l’équipe. Les tendances révélées par l’équipe dans la stratosphère montrent un refroidissement important partout sauf au pôle Sud, mais le degré de refroidissement et de réchauffement varie en fonction de la molécule observée. Ce résultat suggère que les changements de température spectaculaires sont limités à une plage verticale étroite de l’atmosphère, ce qui suggère à son tour qu’il peut s’agir d’un phénomène à court terme ou transitoire.

“Vous devez observer ces planètes pendant des décennies pour comprendre comment elles changent avec le temps.”

Les scientifiques ont proposé quelques idées différentes, notamment des changements dans les nuages ​​et le brouillard ou des changements chimiques dans l’atmosphère causés par la chaleur ou l’activité du soleil. En fin de compte, la détermination des causes du refroidissement et du réchauffement stratosphérique du pôle Sud nécessite des observations infrarouges supplémentaires et plus fréquentes de Neptune. Avec seulement 17 ans de données, “c’est comme observer l’hémisphère sud de la Terre en janvier et la majeure partie de février et essayer de dire quelque chose sur la façon dont cela va changer au cours de l’année”, a déclaré Roman. “Vous devez observer ces planètes pendant des décennies pour comprendre comment elles changent au fil du temps, et cela ne peut être très bien fait qu’avec des observatoires terrestres stables.”

Bien que certains des instruments à infrarouge moyen utilisés dans cette analyse aient été progressivement supprimés, il reste encore du travail à faire pour aider à surveiller l’atmosphère de Neptune, a déclaré Hue. Mais “le télescope spatial James Webb (JWST) est un outil fantastique pour observer les géantes de glace Uranus et Neptune dans cette gamme de longueurs d’onde, ainsi que l’immense télescope prévu pour 2027”, a déclaré Hue. “JWST est vraiment au centre de l’examen d’Uranus et de Neptune dans les années à venir.”

-Kimberly MS Cartier (@AstroKimCartier), le rédacteur

Devis: Cartier, KMS (2022), Diagnostic d’un été frais à Neptune, Éos, 103, https://doi.org/10.1029/2022EO220216. Publié le 28 avril 2022
Texte © 2022. Auteurs. CC BY-NC-ND 3.0
Sauf indication contraire, les images sont soumises au droit d’auteur. Toute réutilisation sans l’autorisation expresse du titulaire des droits d’auteur est interdite.

Leave a Comment