Découverte d’une mystérieuse tache sombre sur la planète Neptune depuis la Terre pour la première fois

Cette image montre la planète Neptune détectée par l’instrument MUSE du Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire européen austral. À chaque pixel de Neptune, MUSE divise la lumière entrante en couleurs ou longueurs d’onde qui la composent. C’est comme acquérir des images de milliers de longueurs d’onde différentes à la fois, fournissant ainsi une richesse d’informations précieuses aux astronomes. Crédit : ISO/B. Irwin et coll.

Les astronomes utilisent l’Observatoire européen austral Un très grand télescope (VLT) J’ai identifié une grande tache sombre dans Neptuneatmosphère, avec un point lumineux adjacent plus petit. Il s’agit de la première observation de ce type réalisée avec un télescope au sol.

À l’aide du Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire européen austral, les astronomes ont observé une grande tache sombre dans l’atmosphère de Neptune, avec une plus petite tache lumineuse inattendue à côté. C’est la première fois qu’une tache sombre sur cette planète est observée à l’aide d’un télescope sur Terre. Ces éléments occasionnels de fond bleu dans l’atmosphère de Neptune restent un mystère pour les astronomes, et les nouvelles découvertes fournissent davantage d’indices sur leur nature et leur origine.

Les grandes taches sont des caractéristiques communes dans l’atmosphère des planètes géantes, dont les plus célèbres sont JupiterLa Grande Tache Rouge. La tache sombre a été découverte pour la première fois sur la planète Neptune NASAVoyager 2 en 1989, avant de disparaître quelques années plus tard. « Depuis la première découverte de la tache sombre, je me suis toujours demandé quelles étaient ces caractéristiques sombres insaisissables et éphémères », explique Patrick Irwin, professeur à l’UCLA. L’université d’Oxford au Royaume-Uni en tant qu’investigateur principal de l’étude publiée le 24 août Astronomie naturelle.

Utiliser isoÀ l’aide du Très Grand Télescope (VLT), les astronomes ont observé une grande tache sombre dans l’atmosphère de Neptune, avec une plus petite tache lumineuse inattendue à côté. Cette courte vidéo résume leur découverte. Crédit : ISO

Résultats des notes

Irwin et son équipe ont utilisé les données du VLT de l’Observatoire européen austral pour exclure la possibilité que les taches sombres aient été causées par la « disparition » des nuages. Les nouvelles observations suggèrent plutôt que les taches sombres sont probablement le résultat de particules d’air sombres dans une couche située sous la principale couche de brume visible, où la glace et la brume se mélangent dans l’atmosphère de Neptune.

Arriver à cette conclusion n’a pas été facile car les taches sombres ne sont pas des caractéristiques permanentes de l’atmosphère de Neptune et les astronomes n’ont pas été en mesure de les étudier de manière suffisamment détaillée auparavant. L’opportunité s’est présentée après que la NASA/ESA Le télescope spatial Hubble Irwin et son équipe ont détecté plusieurs points sombres dans l’atmosphère de Neptune, dont un dans l’hémisphère nord de la planète qui a été détecté pour la première fois en 2018. Irwin et son équipe se sont immédiatement mis au travail pour les étudier depuis la Terre, en utilisant un instrument parfaitement adapté à ces observations difficiles.

Utilisation de l’explorateur spectral multi-unités du VLT (Espére), les chercheurs ont pu diviser la lumière du soleil réfléchie par Neptune et sa tache en ses couleurs composantes, ou longueurs d’onde, et obtenir un spectre tridimensionnel.^[1] Cela signifie qu’ils peuvent étudier un lieu plus en détail qu’auparavant. «Je suis ravi non seulement de pouvoir détecter la première tache sombre de la Terre, mais aussi d’enregistrer pour la première fois le spectre de réflectance d’une telle caractéristique», déclare Irwin.

Cette image montre la planète Neptune détectée par l’instrument MUSE du Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral. À chaque pixel de Neptune, MUSE divise la lumière entrante en couleurs ou longueurs d’onde qui la composent. C’est comme acquérir des images de milliers de longueurs d’onde différentes à la fois, fournissant ainsi une richesse d’informations précieuses aux astronomes. Cette image combine toutes les couleurs capturées par MUSE dans une vue « normale » de Neptune, où une tache sombre est visible en haut à droite. Crédit : ISO/B. Irwin et coll.

L’importance de l’analyse spectrale

Étant donné que différentes longueurs d’onde sondent différentes profondeurs dans l’atmosphère de Neptune, le fait de disposer d’un spectromètre a permis aux astronomes de mieux déterminer à quelle altitude se situe la tache sombre dans l’atmosphère de la planète. Le spectre a également fourni des informations sur la composition chimique des différentes couches de l’atmosphère, donnant à l’équipe des indices sur la raison pour laquelle la tache apparaît si sombre.

Les observations ont également fourni un résultat surprenant. « Ce faisant, nous avons découvert un type rare de nuage brillant et profond qui n’avait jamais été identifié auparavant, même depuis l’espace », explique Michael Wong, co-auteur de l’étude et chercheur au centre de recherche spatiale du Massachusetts Institute of Technology. Université de Californie, Berkeley, USA. Ce type rare de nuage est apparu comme une tache lumineuse à côté de la plus grande tache sombre principale, et les données du VLT montrent que le nouveau « nuage brillant et profond » se trouvait au même niveau dans l’atmosphère que la tache sombre principale. Cela signifie qu’il s’agit d’un type de caractéristique complètement nouveau par rapport aux petits nuages ​​​​« compagnons » de glace de méthane à haute altitude observés précédemment.

Cette animation montre la planète Neptune observée avec l’instrument MUSE sur le Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral. À chaque pixel de Neptune, MUSE divise la lumière entrante en couleurs ou longueurs d’onde qui la composent. C’est comme acquérir des images de milliers de longueurs d’onde différentes à la fois, fournissant ainsi une richesse d’informations précieuses aux astronomes. Dans cette animation, nous balayons toutes ces différentes longueurs d’onde, révélant différentes caractéristiques sombres et lumineuses. En se basant sur les longueurs d’onde dans lesquelles ces caractéristiques sont les plus importantes, les astronomes peuvent déterminer leur cause et leur profondeur dans l’atmosphère de Neptune. Crédit : ISO/B. Irwin et coll./L. calzada

Implications pour les observations futures

Avec l’aide du télescope VLT de l’Observatoire européen austral, il est désormais possible pour les astronomes d’étudier les caractéristiques de ces taches depuis la Terre. « Il s’agit d’une augmentation incroyable de la capacité de l’humanité à observer l’univers. Au début, nous ne pouvions détecter ces taches qu’en envoyant des vaisseaux spatiaux là-bas, comme Voyager. Ensuite, nous avons acquis la capacité de les observer à distance grâce à Hubble. » a évolué pour permettre cela. La Terre », conclut Wong, avant d’ajouter en plaisantant : « Cela pourrait me mettre au chômage en tant qu’observateur de Hubble ! »

Cette animation montre la planète Neptune observée avec l’instrument MUSE sur le Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral. À chaque pixel de Neptune, MUSE divise la lumière entrante en couleurs ou longueurs d’onde qui la composent. C’est comme acquérir des images de milliers de longueurs d’onde différentes à la fois, fournissant ainsi une richesse d’informations précieuses aux astronomes.

La première image de cette animation combine toutes les couleurs capturées par MUSE dans une vue « normale » de Neptune, où une tache sombre est visible en haut à droite. Ensuite, nous voyons des images avec des longueurs d’onde spécifiques : 551 nm (bleu), 831 nm (vert) et 848 nm (rouge) ; Notez que les couleurs sont données à titre indicatif uniquement, à des fins d’affichage.

La tache sombre est plus visible aux longueurs d’onde plus courtes (plus bleues). À côté de cette tache sombre, MUSE a également capturé une petite tache lumineuse, visible uniquement ici sur l’image du milieu à 831 nm et située au plus profond de l’atmosphère. Ce type de nuage profond et brillant n’a jamais été identifié auparavant sur cette planète. Les images montrent également plusieurs autres points lumineux moins profonds vers le bord inférieur gauche de Neptune, observés à de grandes longueurs d’onde.

L’imagerie de la tache sombre de Neptune depuis la Terre n’a été possible que grâce au système d’optique adaptative du VLT, qui corrige le flou causé par les turbulences atmosphériques et permet à MUSE d’obtenir des images d’une clarté cristalline. Pour mieux mettre en évidence les caractéristiques sombres et lumineuses de la planète, les astronomes ont soigneusement traité les données MUSE et ont obtenu ce que vous voyez ici.

Crédit : ISO/B. Irwin et coll.

Remarques

1. MUSE est un spectrogramme 3D qui permet aux astronomes d’observer un objet astronomique entier, tel que Neptune, d’un seul coup. A chaque pixel, l’appareil mesure l’intensité de la lumière en fonction de la couleur ou de la longueur d’onde. Les données résultantes forment un tableau 3D dans lequel chaque pixel de l’image contient un spectre complet de lumière. Au total, MUSE mesure plus de 3 500 couleurs. L’instrument est conçu pour tirer parti de l’optique adaptative, qui corrige les turbulences de l’atmosphère terrestre, ce qui donne des images plus nettes que possible. Sans cette combinaison de caractéristiques, l’étude de la tache sombre de Neptune depuis la Terre n’aurait pas été possible.

Référence : « Détermination spectroscopique de la couleur et de la structure verticale des taches sombres dans l’atmosphère de Neptune » par Patrick JG Irwin, Jack Dobinson, Arjuna James, Michael H. Wong, Lee N. Fletcher, Michael T. Roman, Nicholas A. Tenby, Daniel Toledo, Glenn S. Orton, Santiago Perez Hoyos, Augustin Sanchez-Lavega, Lawrence Srumowski, Amy A. Simon, Raul Morales-Guberas, Emke De Pater et Statia L. Cook, 24 août 2023, disponible ici. Astronomie naturelle.
est ce que je: 10.1038/s41550-023-02047-0

L’équipe est composée de Patrick JG Irwin (Université d’Oxford, Royaume-Uni [Oxford]), Jack Dobinson (Oxford), Arjuna James (Oxford), Michael H. Wong (Université de Californie, États-Unis) [Berkeley]), Lee N Fletcher (Université de Leicester, Royaume-Uni [Leicester]), Michael T. Roman (Leicester City), Nicholas A. dix par (Université de Bristol, Royaume-Uni), Daniel Toledo (Institut national de technologie aéronautique et spatiale, Espagne), Glenn S. Orton (JPL, USA), Santiago Pérez Hoyos (Université du Pays Basque, Espagne [UPV/EHU]), Agustín Sánchez-Lavega (UPV/EHU), Lawrence Syromovsky (Université du Wisconsin, États-Unis), Amy Simon (Division d’exploration du système solaire, Goddard Space Flight Center de la NASA, États-Unis), Raul Morales-Jubillas (New Mexico Institute Technology, États-Unis ), Emke D. Pater (Berkeley) et Statia L. Cook (Université de ColombieUSA).