海王星消失的云与太阳周期有关


学分:NASA,ESA,Erandi Chavez(加州大学伯克利分校),Imke de Pater(加州大学伯克利分校)
天文学家已经发现了海王星不断变化的云丰度与11年太阳周期之间的联系,其中太阳纠缠磁场的起伏驱动太阳活动。
这一发现是基于美国宇航局哈勃太空望远镜和夏威夷W.M.凯克天文台捕获的三十年的海王星 观测,以及加利福尼亚州利克天文台的数据。
海王星和太阳活动之间的联系令行星科学家感到惊讶,因为海王星是我们太阳系最远的主要行星,接收阳光的强度约为地球接收强度的0.1%。然而,海王星的全球多云天气似乎是由太阳活动驱动的,而不是地球的四个季节,每个季节持续大约40年。
目前,在海王星上看到的云层覆盖率极低,除了一些云盘旋在巨行星的南极上空。加州大学伯克利分校领导的一个天文学家团队发现,通常在冰冷巨人的中纬度地区看到的大量云层在2019年开始消退。
“我对海王星上的云消失速度感到惊讶,”加州大学伯克利分校天文学名誉教授,该研究的资深作者Imke de Pater说。“我们基本上看到云活动在几个月内下降,”她说。
“即使是现在,四年过去了,我们今年六月拍摄的最新照片仍然显示云层没有恢复到以前的水平,”天体物理中心的研究生Erandi Chavez说。马萨诸塞州剑桥的哈佛-史密森尼学会(CfA),她在加州大学伯克利分校读天文学本科时领导了这项研究。“这是非常令人兴奋和出乎意料的,特别是因为海王星之前的低云活动时期并没有那么戏剧化和延长。
为了监测海王星外观的演变,查韦斯和她的团队分析了2002年至2022年拍摄的凯克天文台图像,1994年开始的哈勃太空望远镜档案观测,以及2018年至2019年加利福尼亚州利克天文台的数据。
近年来,凯克观测得到了暮光之城计划和哈勃外行星大气遗产(OPAL)计划的图像的补充。
这些图像揭示了海王星云层的季节性变化和太阳周期之间的有趣模式 - 太阳磁场每11年翻转一次,因为它变得更加纠结,就像一个纱球。这在太阳黑子数量的增加和太阳耀斑活动的增加中很明显。随着周期的进行,太阳的暴风雨行为达到最大值,直到磁场向下喙并反转极性。然后太阳回到最小值,只是开始另一个周期。

学分:NASA,ESA,LASP,Erandi Chavez(加州大学伯克利分校),Imke de Pater(加州大学伯克利分校)
当太阳出现暴风雨天气时,更强烈的紫外线(UV)辐射会淹没太阳系。研究小组发现,在太阳周期达到顶峰两年后,海王星上出现了越来越多的云。研究小组进一步发现,云的数量与冰巨行星反射的阳光亮度之间存在正相关关系。
“这些非凡的数据为我们提供了迄今为止最有力的证据,证明海王星的云层与太阳的周期相关,”德帕特说。“我们的研究结果支持这样的理论,即太阳的紫外线,当足够强时,可能会触发产生海王星云的光化学反应。
学家们通过观察海王星观测2年中记录的5.29个云活动周期,发现了太阳周期与海王星多云天气模式之间的联系。在此期间,地球的反射率在2002年增加,然后在2007年变暗。海王星在2015年再次变亮,然后在2020年变暗到有史以来的最低水平,也就是大部分云层消失的时候。
由太阳引起的海王星亮度变化似乎与行星上云的来来去去相对同步。然而,在太阳周期的高峰期和海王星上看到的大量云层之间有两年的时间滞后。化学变化是由光化学引起的,光化学发生在海王星的高层大气中,需要时间形成云。
“能够使用地球上的望远镜来研究距离我们超过2亿英里的世界的气候是令人着迷的,”凯克天文台的天文学家,该研究的合著者卡洛斯阿尔瓦雷斯说。“技术和观测的进步使我们能够限制海王星的大气模型,这是理解冰巨行星气候与太阳周期之间相关性的关键。
但是,还需要做更多的工作。例如,虽然紫外线阳光的增加会产生更多的云和雾霾,但它也可能使它们变暗,从而降低海王星的整体亮度。海王星上从深层大气中升起的风暴会影响云层,但与光化学产生的云无关,因此可能使与太阳周期的相关性研究复杂化。还需要对海王星进行持续的观测,以了解目前几乎没有云层的情况将持续多久。
研究小组继续跟踪海王星的云活动。“我们在最近的凯克图像中看到了更多的云,这些图像是在美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜观测这颗行星的同时拍摄的;这些云在北纬和高海拔地区尤其可见,正如过去大约2年观察到的太阳紫外线通量增加所预期的那样,“de Pater说。
来自哈勃,韦伯太空望远镜,凯克天文台和利克天文台的综合数据将能够进一步研究导致海王星动态外观的物理和化学,这反过来可能有助于加深天文学家不仅对海王星的理解,而且对系外行星的理解,因为我们太阳系以外的许多行星被认为具有类似海王星的性质。
研究结果发表在《伊卡洛斯》杂志上。
哈勃太空望远镜是美国宇航局和欧空局之间的国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心负责管理望远镜。位于巴尔的摩的太空望远镜科学研究所(STScI)进行哈勃科学操作。STScI由华盛顿特区的天文学研究大学协会为NASA运营。
媒体联系人:
克莱尔·安德烈奥利
美国宇航局戈达德太空飞行中心,马里兰州格林贝尔特
claire.andreoli@nasa.gov
罗伯特加纳
美国宇航局戈达德太空飞行中心,格林贝尔特,马里兰州
rob.garner@nasa.gov
雷·维拉德
太空望远镜科学研究所,马里兰州巴尔的摩,villard@stsci.edu
玛丽-埃拉·乔克
W. M. 凯克天文台,莫纳克亚,夏威夷
mchock@keck.hawaii.edu
加州大学伯克利分校罗伯特·桑德斯
,加州
伯克利 rlsanders@berkeley.edu
最后更新: Aug 17, 2023
编辑:安德里亚·贾诺普洛斯