NASA's James Webb ruimtetelescoop heeft voor het eerst heldere poollichtactiviteit op de gasplaneet Neptunus vastgelegd. Aurora's ontstaan wanneer energetische deeltjes, vaak afkomstig van de zon, vast komen te zitten in het magnetische veld van een planeet en uiteindelijk de bovenste atmosfeer raken. De energie die vrijkomt bij deze botsingen creëert de kenmerkende gloed.
In het verleden hebben astronomen prikkelende hints gezien van poollichtactiviteit op Neptunus, bijvoorbeeld tijdens de flyby van NASA's Voyager 2 in 1989. Ondanks succesvolle ontdekkingen op Jupiter, Saturnus en Uranus, hebben astronomen het in beeld brengen en bevestigen van poollichtactiviteit op Neptunus lange tijd uit de weg gegaan. Neptunus was het ontbrekende stukje van de puzzel als het ging om het waarnemen van poollicht op de reuzenplaneten van ons zonnestelsel. “Het bleek dat het in beeld brengen van de poollichtactiviteit op Neptunus alleen mogelijk was met de nabij-infraroodgevoeligheid van Webb,” zegt hoofdauteur Henrik Melin van de Northumbria University, die het onderzoek uitvoerde aan de Universiteit van Leicester. “Het was zo verbluffend om niet alleen de aurora's te zien, maar ook het detail en de helderheid van de signatuur schokten me echt.” De gegevens zijn in juni 2023 verkregen met behulp van de nabij-infraroodspectrograaf van de James Webb ruimtetelescoop. Naast het beeld van de planeet hebben astronomen een spectrum verkregen om de samenstelling te karakteriseren en de temperatuur te meten van de bovenste atmosfeer van de planeet (de ionosfeer). Voor het eerst vonden ze een extreem prominente emissielijn die de aanwezigheid aangeeft van het triwaterstofkation (H3+), dat kan ontstaan in poollicht. Op de Webb-beelden van Neptunus verschijnt het gloeiende poollicht als vlekken in cyaan.
“H3+ (triwaterstofkation) is op alle gasreuzen, Jupiter, Saturnus en Uranus, een duidelijk teken geweest van poollichtactiviteit, en we verwachtten hetzelfde te zien op Neptunus toen we de planeet door de jaren heen onderzochten met de best beschikbare faciliteiten op de grond,” legt Heidi Hammel van de Association of Universities for Research in Astronomy uit, interdisciplinair wetenschapper van Webb en leider van het Guaranteed Time Observation-programma voor het zonnestelsel waarin de gegevens werden verkregen. “Alleen met een machine als Webb hebben we eindelijk die bevestiging gekregen.” De poollichtactiviteit op Neptunus is ook merkbaar anders dan wat we hier op aarde, of zelfs Jupiter of Saturnus, gewend zijn te zien. In plaats van beperkt te zijn tot de noordelijke en zuidelijke polen van de planeet, bevinden de poollichten van Neptunus zich op de geografische middenposities van de planeet, denk aan waar Zuid-Amerika zich bevindt op aarde.
Dit komt door de vreemde aard van het magnetische veld van Neptunus, dat oorspronkelijk werd ontdekt door Voyager 2 in 1989 en dat 47 graden gekanteld is ten opzichte van de rotatieas van de planeet. Omdat poollichtactiviteit ontstaat waar de magnetische velden samenkomen in de atmosfeer van de planeet, bevinden de poollichten van Neptunus zich ver van de rotatiepolen. De baanbrekende waarneming van het poollicht van Neptunus zal ons helpen te begrijpen hoe het magnetisch veld van Neptunus interageert met deeltjes die vanaf de zon naar de verre uithoeken van ons zonnestelsel stromen. Met de Webb-waarnemingen heeft het team ook voor het eerst sinds de flyby van Voyager 2 de temperatuur van de top van de atmosfeer van Neptunus gemeten. De resultaten laten zien waarom het poollicht van Neptunus zo lang verborgen is gebleven voor astronomen. “Ik was verbaasd, de bovenste atmosfeer van Neptunus is honderden graden afgekoeld,” zei Melin. “In feite was de temperatuur in 2023 iets meer dan de helft van die in 1989.”
Door de jaren heen hebben astronomen de intensiteit van Neptunus' poollicht voorspeld op basis van de temperatuur die Voyager 2 registreerde. Een aanzienlijk koudere temperatuur zou resulteren in veel zwakkere poollichtjes. Deze koude temperatuur is waarschijnlijk de reden dat de aurora's van Neptunus zo lang onopgemerkt zijn gebleven. De dramatische afkoeling suggereert ook dat dit deel van de atmosfeer sterk kan veranderen, ook al bevindt de planeet zich 30 keer verder van de zon dan de aarde. Met deze nieuwe bevindingen hopen astronomen Neptunus nu met Webb te bestuderen gedurende een volledige zonnecyclus, een 11-jarige periode van activiteit die wordt aangedreven door het magnetische veld van de zon. De resultaten kunnen inzicht geven in de oorsprong van het bizarre magnetische veld van Neptunus en zelfs verklaren waarom het zo scheef staat.
“Terwijl we vooruitkijken en dromen van toekomstige missies naar Uranus en Neptunus, weten we nu hoe belangrijk het zal zijn om instrumenten te hebben die zijn afgestemd op de golflengten van infrarood licht om de aurora's te blijven bestuderen,” voegde Leigh Fletcher van de Universiteit van Leicester toe, co-auteur van het artikel. “Dit observatorium heeft eindelijk het venster geopend op deze laatste, voorheen verborgen ionosfeer van de reuzenplaneten.” Deze waarnemingen, onder leiding van Fletcher, werden gedaan als onderdeel van Hammels Guaranteed Time Observation programma 1249. De resultaten van het team zijn gepubliceerd in Nature Astronomy. De James Webb Space Telescope is 's werelds belangrijkste observatorium voor ruimtewetenschap. Webb lost mysteries op in ons zonnestelsel, kijkt verder naar verre werelden rond andere sterren en onderzoekt de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. De James Webb ruimtetelescoop is een internationaal programma dat wordt geleid door NASA met zijn partners ESA (European Space Agency) en CSA (Canadian Space Agency).
Bron: NASA
