Met behulp van ESO’s Very Large Telescope (VLT) hebben sterrenkundigen een grote donkere vlek waargenomen in de atmosfeer van Neptunus, met daarnaast een onvermoede kleinere heldere vlek. Het is voor het eerst dat er een donkere vlek op de planeet is waargenomen met een telescoop op aarde. Deze nu en dan verschijnende structuren in de blauwe atmosfeer van Neptunus stellen astronomen voor een raadsel, maar de nieuwe resultaten geven meer inzicht in hun aard en oorsprong.
In de atmosferen van reuzenplaneten zijn vaak grote vlekken te zien. De beroemdste is de Grote Rode Vlek van Jupiter. Op Neptunus werd in 1989 voor het eerst een donkere vlek waargenomen door NASA-ruimtesonde Voyager 2, maar die verdween een paar jaar later weer. ‘Sinds die eerste ontdekking van een donkere vlek heb ik me altijd afgevraagd wat deze kortstondige en ongrijpbare donkere kenmerken nu eigenlijk zijn,’ zegt Patrick Irwin, professor aan de Universiteit van Oxford (VK) en hoofdonderzoeker van de studie die vandaag in Nature Astronomy is gepubliceerd.
Irwin en zijn team hebben gegevens van ESO’s VLT gebruikt om uit te sluiten dat donkere vlekken worden veroorzaakt door een ‘opklaring’ in het wolkendek. De nieuwe waarnemingen geven aan dat ze in plaats daarvan waarschijnlijk het gevolg zijn van een diepe, donker wordende laag van aerosolen onder de meest in het oog springende damplaag, waar vermenging van ijs en damp plaatsvindt. Het was niet eenvoudig om tot deze conclusie te komen, omdat er lang niet altijd donkere vlekken te zien zijn in de atmosfeer van Neptunus en astronomen nooit eerder de kans kregen om ze gedetailleerd te onderzoeken. Daar kwam verandering in toen de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA diverse donkere vlekken in de atmosfeer van Neptunus had ontdekt, waaronder een op het noordelijk halfrond van de planeet die in 2018 voor het eerst werd opgemerkt. Irwin en zijn team gingen meteen aan de slag om deze vlek vanaf de grond te bestuderen – met een instrument dat bij uitstek geschikt is voor deze uitdagende waarnemingen.
Deze afbeelding toont Neptunus, waargenomen met het MUSE-instrument
van ESO’s Very Large Telescope - Foto: ESO/P. Irwin et al.
Met behulp van de Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) van de VLT waren de onderzoekers in staat om het weerkaatste zonlicht van Neptunus en zijn vlek op te splitsen in hun samenstellende kleuren, oftewel golflengten, en een 3D-spectrum te verkrijgen [1]. Dit betekende dat ze de vlek gedetailleerder konden bestuderen dan voorheen mogelijk was. ‘Ik vind het geweldig dat ik niet alleen voor het eerst een donkere vlek vanaf de grond heb kunnen waarnemen, maar dat ik ook voor het eerst een reflectiespectrum van zo'n vlek heb kunnen vastleggen,’ zegt Irwin. Omdat je op verschillende golflengten in feite verschillende diepten in de atmosfeer van Neptunus ‘aftast’, konden de astronomen met dit spectrum nauwkeuriger bepalen op welke hoogte de donkere vlek zich in de atmosfeer van de planeet bevindt. Het spectrum gaf ook informatie over de chemische samenstelling van de verschillende lagen van de atmosfeer, wat weer aanwijzingen opleverde over waarom de vlek donker leek.
De waarnemingen leverden ook een verrassing op. ‘Al doende ontdekten we een zeldzame diepe, heldere wolk die nog nooit eerder was opgemerkt, zelfs niet vanuit de ruimte,’ zegt Michael Wong, mede-auteur van de studie en onderzoeker aan de Universiteit van Californië te Berkeley (VS). Dit zeldzame type wolk verscheen als een heldere vlek direct naast de grotere donkere hoofdvlek. De VLT-gegevens lieten zien dat de nieuwe ‘diepe heldere wolk’ zich op hetzelfde niveau in de atmosfeer bevond als de donkere hoofdvlek. Dit betekent dat deze structuur compleet verschilt van de kleine ‘begeleidende’ wolken van methaan-ijs op grote hoogte die eerder zijn waargenomen.
Met behulp van ESO’s VLT kunnen astronomen dit soort vlekken nu dus vanaf de aarde bestuderen. ‘Dit is een enorme sprong vooruit. Eerst konden we deze vlekken alleen waarnemen door er een ruimtesonde naartoe te sturen, zoals Voyager. Toen kregen we de mogelijkheid om ze op afstand waar te nemen met Hubble. En nu is de technologie zo geavanceerd dat we dit vanaf de grond kunnen doen,’ concludeert Wong, om daar gekscherend aan toe te voegen: ‘Dit zou mij als Hubble-waarnemer overbodig kunnen maken!’
Noten
MUSE is een 3D-spectrograaf waarmee astronomen een astronomisch object, zoals Neptunus, in zijn geheel kunnen waarnemen. Op elke pixel meet het instrument de intensiteit van het licht als functie van de kleur of golflengte. De resulterende gegevens vormen een 3D-reeks waarin elke pixel van het beeld een volledig lichtspectrum is voorzien. In totaal meet MUSE meer dan 3500 kleuren. Het instrument is ontworpen om gebruik te maken van adaptieve optiek, die het effect van turbulenties in de aardatmosfeer tegengaat, wat in scherpere opnamen resulteert. Zonder deze combinatie van eigenschappen zou het niet mogelijk zijn geweest om een donkere vlek van Neptunus vanaf de grond te bestuderen.
Bron: ESO
