Icarus journal: Солнечная активность влияет на глобальную облачность на Нептуне

Астрономы обнаружили связь между изменением обилия облаков на Нептуне и 11-летним солнечным циклом, в котором нарастание и спад запутанных магнитных полей Солнца определяют солнечную активность.

Это открытие основано на трех десятилетиях наблюдений Нептуна, полученных космическим телескопом НАСА «Хаббл» и обсерваторией В.М. Кека на Гавайях, а также на данных обсерватории Лик в Калифорнии.

Связь между Нептуном и солнечной активностью вызывает удивление у планетологов, поскольку Нептун — самая удаленная крупная планета Солнечной системы и получает солнечный свет интенсивностью около 0,1% от того, что получает Земля. Тем не менее, глобальная облачность на Нептуне, по-видимому, обусловлена солнечной активностью, а не четырьмя сезонами планеты, каждый из которых длится около 40 лет.

В настоящее время облачный покров на Нептуне крайне мал, за исключением нескольких облаков, висящих над южным полюсом планеты-гиганта. Группа астрономов из Калифорнийского университета в Беркли обнаружила, что обилие облаков, обычно наблюдаемое в средних широтах ледяного гиганта, начало исчезать в 2019 году.

«Меня удивило, как быстро исчезли облака на Нептуне», — отмечает Имке-де Патер, заслуженный профессор астрономии Калифорнийского университета в Беркли и старший автор исследования. „По сути, мы увидели, что активность облаков снизилась в течение нескольких месяцев“, — сказала она.

Даже сейчас, четыре года спустя, последние снимки, сделанные нами в июне этого года, все еще показывают, что облака не вернулись на прежний уровень, — говорит Эранди Чавес, аспирант Центра астрофизики | Гарвард-Смитсоновского университета (CfA) в Кембридже, штат Массачусетс, который руководил исследованием, когда она была студенткой бакалавриата по астрономии в Калифорнийском университете в Беркли.

Это чрезвычайно интересно и неожиданно, особенно если учесть, что предыдущий период низкой облачной активности Нептуна не был столь драматичным и продолжительным.

Чтобы проследить эволюцию внешнего вида Нептуна, Чавес и ее команда проанализировали снимки обсерватории Кек, сделанные в период с 2002 по 2022 год, архивные наблюдения космического телескопа Хаббл, начиная с 1994 года, и данные обсерватории Лик в Калифорнии за 2018-2019 годы.

В последние годы к наблюдениям Кек добавились снимки, полученные в рамках программы «Сумеречная зона» и программы Хаббла „Наследие атмосферы внешних планет“ (OPAL).

Полученные изображения выявили интригующую закономерность между сезонными изменениями облачного покрова Нептуна и солнечным циклом — периодом, когда магнитное поле Солнца меняется каждые 11 лет, становясь все более запутанным, как клубок пряжи. Это проявляется в увеличении числа солнечных пятен и росте вспышечной активности Солнца. В ходе цикла бурное поведение Солнца достигает максимума, пока магнитное поле не сменит полярность. Затем Солнце снова опускается до минимума, и начинается новый цикл.

Когда на Солнце наступает бурная погода, Солнечную систему заливает более интенсивное ультрафиолетовое (УФ) излучение. Команда обнаружила, что через два года после пика солнечного цикла на Нептуне появляется все большее количество облаков. Кроме того, была обнаружена положительная корреляция между количеством облаков и яркостью ледяного гиганта от отраженного от него солнечного света.

Эти замечательные данные дают нам самые убедительные доказательства того, что облачный покров Нептуна коррелирует с солнечным циклом, — сказал-де Патер.

Наши результаты подтверждают теорию о том, что ультрафиолетовые лучи Солнца, когда они достаточно сильны, могут вызывать фотохимическую реакцию, которая приводит к образованию облаков на Нептуне.

Ученые обнаружили связь между солнечным циклом и облачной погодой на Нептуне, изучив 2,5 цикла облачной активности, зарегистрированных за 29-летний период наблюдений за Нептуном. За это время отражательная способность планеты увеличилась в 2002 году, а затем потускнела в 2007 году. В 2015 году Нептун снова стал ярким, а в 2020 году потемнел до самого низкого уровня за всю историю наблюдений, и тогда же большая часть облаков исчезла.

Изменения яркости Нептуна под действием Солнца, по-видимому, происходят относительно синхронно с появлением и исчезновением облаков на планете. Однако между пиком солнечного цикла и обилием облаков на Нептуне существует двухлетняя временная задержка. Химические изменения вызваны фотохимией, которая происходит высоко в верхних слоях атмосферы Нептуна и требует времени для формирования облаков.

Возможность использовать земные телескопы для изучения климата планеты, удаленной от нас более чем на 2,5 млрд. миль, поражает воображение, — заявляет Карлос Альварес, штатный астроном обсерватории Кек и соавтор исследования.

Достижения в области технологий и наблюдений позволили нам ограничить модели атмосферы Нептуна, что является ключом к пониманию взаимосвязи между климатом ледяного гиганта и солнечным циклом.

Однако необходимо провести дополнительную работу. Например, увеличение количества ультрафиолетового солнечного излучения может привести к увеличению количества облаков и дымки, но в то же время может и затемнить их, тем самым уменьшив общую яркость Нептуна. Бури на Нептуне, поднимающиеся из глубоких слоев атмосферы, влияют на облачный покров, но не связаны с фотохимическим образованием облаков и, следовательно, могут затруднять корреляционные исследования с солнечным циклом. Необходимо продолжать наблюдения за Нептуном, чтобы выяснить, как долго продлится нынешнее практически полное отсутствие облаков.

Исследовательская группа продолжает следить за облачной активностью Нептуна.

Мы увидели больше облаков на последних снимках Keck, сделанных в то же время, когда космический телескоп NASA James Webb наблюдал планету; эти облака особенно заметны в северных широтах и на больших высотах, как и ожидалось в связи с наблюдаемым увеличением потока солнечного ультрафиолета в течение последних примерно двух лет, — говорит-де Патер.

Совокупность данных, полученных с «Хаббла», космического телескопа Уэбба, обсерватории Кек и обсерватории Лик, позволит продолжить изучение физики и химии, обусловливающих динамический облик Нептуна, что, в свою очередь, может способствовать углублению понимания астрономами не только Нептуна, но и экзопланет, поскольку многие планеты за пределами нашей Солнечной системы, как считается, обладают нептуноподобными свойствами.

Результаты исследования опубликованы в журнале Icarus.

30.08.2023