Výskyt oblačnosti na Neptunu kolísá se slunečním cyklem

Astronomové odhalili souvislost mezi množstvím vznikajících oblaků na Neptunu a 11letým slunečním cyklem, ve kterém zvyšující se a ubývající propletená magnetická pole Slunce řídí sluneční aktivitu. Tento objev je založen na třech desetiletích pozorování Neptunu zachycených Hubbleovým vesmírným teleskopem HST provozovaným NASA, WM Keck Observatory na Havaji, a také na datech z Lick Observatory v Kalifornii.

Úvodní sekvence snímků z Hubbleova vesmírného dalekohledu zachycuje přibývání a ubývání množství oblačnosti na Neptunu. Tento dlouhý soubor pozorování ukazuje, že množství mraků stále více roste po vrcholu slunečního cyklu – kde úroveň aktivity Slunce rytmicky stoupá a klesá v periodě 11 let. Chemické změny jsou způsobeny fotochemií, která se odehrává vysoko v horních vrstvách atmosféry Neptunu a trvá nějakou dobu, než se vytvoří mraky. V roce 1989 poskytla sonda Voyager 2 první detailní snímky lineárních jasných mraků, připomínajících pozemské cirry, pozorované vysoko v atmosféře Neptunu. Tvoří se nad přítomným metanem v atmosféře Neptunu a odrážejí všechny barvy slunečního světla, díky čemuž jsou bílé.

Souvislost mezi Neptunem a sluneční aktivitou je pro planetology překvapivá, protože Neptun je nejvzdálenější planeta Sluneční soustavy a přijímá sluneční světlo s asi 0,1 % intenzity, kterou dostává Země. Přesto se zdá, že globální zamračené počasí na Neptunu je řízeno sluneční aktivitou, a ne čtyřmi ročními obdobími planety, z nichž každé trvá přibližně 40 let.

V současnosti je oblačnost pozorovaná na Neptunu extrémně nízká, s výjimkou některých mraků vznášejících se nad jižním pólem obří planety. Tým astronomů vedený Kalifornskou univerzitou (UC) Berkeley zjistil, že množství mraků, které se běžně vyskytují ve středních planetárních šířkách tohoto ledového obra, se začalo v roce 2019 snižovat.

„Překvapilo mě, jak rychle mraky na Neptunu zmizely,“ řekla Imke de Paterová, emeritní profesorka astronomie na UC Berkeley a hlavní autorka studie. „V podstatě jsme viděli pokles výskytu oblaků během několika měsíců.“

„Dokonce i nyní, o čtyři roky později, poslední snímky, které jsme pořídili letos v červnu, stále ukazují, že se mraky nevrátily na svou dřívější úroveň,“ řekla Eradi Chavezová, postgraduální studentka z Centra pro astrofyziku Harvard-Smithsonian (CfA) v Cambridge, Massachusetts, která vedla studii, když byla vysokoškolskou studentkou astronomie na UC Berkeley. „Je to extrémně vzrušující a neočekávané, zejména proto, že předchozí období nízké úrovně oblačnosti Neptunu nebylo zdaleka tak dramatické a dlouhé.“

Pro sledování vývoje vzhledu Neptunu Chavezová a její tým analyzoval snímky z Keck Observatory pořízené v letech 2002 až 2022, archivní pozorování z Hubbleova vesmírného dalekohledu počínající v roce 1994 a data z Lick Observatory v Kalifornii z let 2018 a 2019. V posledních letech byla pozorování Keckova dalekohledu doplněna snímky pořízenými v rámci programu Twilight Zone a programu Hubble's Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL).

Snímky odhalují zajímavou souvislost mezi sezónními změnami v oblačnosti Neptunu a slunečním cyklem – obdobím, kdy se magnetické pole Slunce každých 11 let obrátí, protože se stále více zamotává jako klubko příze. To je evidentní v rostoucím počtu slunečních skvrn a ve zvyšující se aktivitě slunečních erupcí. Jak cyklus postupuje, bouřlivé chování Slunce narůstá na maximum, dokud magnetické pole nepoklesne a neobrátí polaritu. Poté se Slunce vrátí zpět na minimum, jen aby zahájilo další cyklus.

Vložená sekvence snímků z Hubbleova vesmírného dalekohledu zachycuje přibývání a ubývání množství oblačnosti na Neptunu. Tento téměř 30 let dlouhý soubor pozorování ukazuje, že množství mraků stále více roste po vrcholu slunečního cyklu – kdy úroveň aktivity Slunce během 11 let rytmicky stoupá a klesá. Úroveň ultrafialového záření Slunce je vynesena na svislé ose. 11letý cyklus je vykreslen podél vodorovné osy od roku 1994 do roku 2022. Pozorování z Hubbleova teleskopu jasně ukazují korelaci mezi množstvím oblačnosti a vrcholem sluneční aktivity. Chemické změny jsou způsobeny fotochemií, která se odehrává vysoko v horních vrstvách atmosféry Neptunu a trvá nějakou dobu, než se mraky vytvoří.

Když je na Slunci bouřlivé počasí, Sluneční soustavu zaplavuje intenzivnější ultrafialové (UV) záření. Tým zjistil, že dva roky po vrcholu slunečního cyklu se na Neptunu objevuje stále větší množství mraků. Tým dále našel pozitivní korelaci mezi množstvím mraků a jasem ledového obra od slunečního světla, které se od něj odráželo.

„Tato pozoruhodná data nám dávají zatím nejsilnější důkaz, že oblačnost Neptunu koreluje se slunečním cyklem,“ řekla Imke de Paterová. „Naše zjištění podporují teorii, že sluneční UV paprsky, jsou-li dostatečně silné, mohou spouštět fotochemickou reakci, která produkuje Neptunova oblaka.“

Vědci objevili souvislost mezi slunečním cyklem a výskytem oblačnosti na Neptunu při pohledu na 2,5 cyklu oblačné aktivity zaznamenané během 29 let pozorování Neptunu. Během této doby se odrazivost planety v roce 2002 zvýšila a v roce 2007 se ztlumila. V roce 2015 se Neptun znovu rozjasnil a v roce 2020 potemněl na nejnižší pozorovanou úroveň, což je doba, kdy většina mraků zmizela.

Zdá se, že změny jasnosti Neptunu způsobené Sluncem kolísají nahoru a dolů v relativní synchronizaci s příchodem a zánikem mraků na planetě. Mezi vrcholem slunečního cyklu a množstvím mraků pozorovaných na Neptunu je však dvouletá časová prodleva. Chemické změny jsou způsobeny fotochemií, která se odehrává vysoko v horních vrstvách atmosféry Neptunu a trvá nějakou dobu, než se vytvoří mraky.

„Je fascinující, že můžeme používat teleskopy na Zemi ke studiu klimatu světa vzdáleného více než 4,5 miliardy kilometrů od nás,“ řekl Carlos Alvarez, astronom z Keck Observatory a spoluautor studie. „Pokroky v technologii a pozorování nám umožnily vymezit atmosférické modely Neptunu, které jsou klíčem k pochopení korelace mezi klimatem ledového obra a slunečním cyklem.“

Je však zapotřebí více pozorování. Například, zatímco zvýšení UV slunečního záření by mohlo vytvořit více mraků a oparu, mohlo by je také ztmavit, a tím snížit celkový jas Neptunu. Bouře na Neptunu stoupající z hluboké atmosféry ovlivňují oblačnost, ale nesouvisí s fotochemicky vytvořenými mraky, a proto mohou komplikovat korelační studie se slunečním cyklem. Pokračující pozorování Neptunu je také potřeba, abychom viděli, jak dlouho bude trvat současná nízká přítomnost mraků.

Výzkumný tým pokračuje ve sledování oblačné aktivity Neptunu. „Na nejnovějších snímcích Keckova dalekohledu, které byly pořízeny ve stejnou dobu, kdy vesmírný teleskop Jamese Webba pozoroval planetu, jsme viděli více mraků; tato mračna byla pozorována zejména v severních planetárních šířkách a ve vysokých atmosférických výškách, jak se očekávalo z pozorovaného nárůstu slunečního UV záření za poslední přibližně 2 roky,“ řekla Imke de Paterová.

Kombinovaná data z HST, James Webb Space Telescope, Keck Observatory a Lick Observatory umožní další zkoumání fyziky a chemie, které vedou k dynamickému vzhledu Neptunu, což zase může pomoci astronomům prohloubit porozumění nejen Neptunu, ale také exoplanetám, protože se předpokládá, že mnoho planet mimo Sluneční soustavu má vlastnosti podobné Neptunu.

Zdroj: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/hubble-neptunes-disappearing-clouds-linked-to-the-solar-cycle a https://scitechdaily.com/neptunes-clouds-perform-a-surprise-disappearing-act/

autor: František Martinek