El uso de telescopios terrestres, incluido el Observatorio Europeo Austral telescopio muy grande (ESOpara VLT), un equipo internacional de astrónomos NeptunoTemperaturas atmosféricas durante 17 años. Encontraron una caída repentina en las temperaturas globales de Neptuno seguida de un calentamiento significativo de la Antártida.

“Este cambio fue inesperado”, dice Michael Roman, investigador postdoctoral de la Universidad de Leicester, Reino Unido, y autor principal del estudio publicado el 11 de abril de 2022. Revista de ciencia planetaria. “Dado que estábamos observando a Neptuno a principios del verano austral, esperábamos que las temperaturas fueran más cálidas, no más frías”.

Al igual que la Tierra, Neptuno pasa por estaciones mientras orbita alrededor del sol. Sin embargo, la temporada de Neptuno dura unos 40 años, con un año de Neptuno que dura 165 años terrestres. Ha sido verano en el hemisferio sur de Neptuno desde 2005, y los astrónomos han estado ansiosos por ver cómo cambian las temperaturas después del solsticio de verano del sur.

Este compuesto muestra imágenes térmicas de Neptuno tomadas entre 2006 y 2020. Las primeras tres imágenes (2006, 2009, 2018) se tomaron con el instrumento VISIR en el Very Large Telescope de ESO, mientras que la imagen de 2020 fue tomada por el instrumento COMICS en el Telescopio Subaru ( VISIR no estaba en funcionamiento a mediados-finales de 2020 debido a la pandemia). Después del enfriamiento gradual del planeta, el Polo Sur parece haberse calentado significativamente en los últimos años, como lo demuestra un punto brillante en la parte inferior de Neptuno en imágenes de 2018 y 2020. Crédito: ESO/M. Roman, NAOJ/Subaru / cómics

Los astrónomos han analizado casi 100 imágenes térmicas infrarrojas de Neptuno, tomadas en el transcurso de 17 años, para reconstruir las tendencias generales en la temperatura del planeta con mayor detalle que nunca.

Estos datos mostraron que a pesar del inicio del verano austral, la mayor parte del planeta se ha enfriado gradualmente durante las últimas dos décadas. La temperatura global promedio de Neptuno cayó 8°C entre 2003 y 2018.

Luego, los astrónomos se sorprendieron al descubrir el calentamiento masivo del polo sur de Neptuno durante los últimos dos años de sus observaciones, cuando las temperaturas aumentaron rápidamente 11°C entre 2018 y 2020. Aunque el vórtice polar cálido de Neptuno se conoce desde hace muchos años, tal velocidad polar rápida Nunca antes se había observado un calentamiento en este planeta.

La imagen de Neptuno de la izquierda se adquirió mientras se probaba el modo de óptica adaptativa de campo angosto del instrumento MUSE en el Very Large Telescope de ESO. La imagen de la derecha es una imagen comparable del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA. Tenga en cuenta que las dos imágenes no se tomaron al mismo tiempo, por lo que no muestran características superficiales idénticas. Crédito: ESO / P. Weilbacher (AIP) / NASA, ESA, MH Wong y J. Tollefson (UC Berkeley)

“Nuestros datos cubren menos de la mitad de la temporada de Neptuno, por lo que nadie esperaba ver cambios tan grandes y rápidos”, dice el coautor Glenn Orton, investigador principal del Laboratorio de Propulsión a Chorro de Caltech (Laboratorio de Propulsión a Chorro) en los Estados Unidos.

Los astrónomos han medido la temperatura de Neptuno utilizando cámaras térmicas que funcionan midiendo la luz infrarroja emitida por los objetos astronómicos. Para su análisis, el equipo combinó todas las imágenes existentes de Neptuno recopiladas durante las últimas dos décadas por telescopios terrestres. Examinaron la luz infrarroja emitida por una capa de la atmósfera de Neptuno llamada estratosfera. Esto permitió al equipo construir una imagen de la temperatura de Neptuno y sus cambios durante parte de su verano austral.

Cambios observados en el brillo del infrarrojo térmico de Neptuno, una medida de temperatura en la atmósfera de Neptuno. El gráfico muestra el cambio relativo en el brillo infrarrojo térmico de la estratosfera de Neptuno a lo largo del tiempo para todas las imágenes existentes tomadas por telescopios terrestres. Las imágenes más brillantes se interpretan como más cálidas. Las imágenes térmicas infrarrojas correspondientes (arriba) en longitudes de onda de aproximadamente 12 μm muestran la aparición de Neptuno en 2006, 2009, 2018 (observado por el instrumento Very Large VISIR del Observatorio Europeo Austral) y 2020 (observado por el instrumento COMICS de Subaru). La Antártida parece haberse vuelto significativamente más cálida en los últimos años. Crédito: Michael Roman/NASA/JPL/Voyager-ISS/Justin Cowart

Dado que Neptuno se encuentra a unos 4.500 millones de kilómetros y es muy frío, la temperatura media del planeta es de unos -220 grados centígrados, por lo que medir su temperatura desde la Tierra no es tarea fácil. Dice el coautor Lee Fletcher, profesor de la Universidad de Leicester.

Casi un tercio de todas las imágenes del VLT Imager and Medium Infrared Spectrometer (VISIR) se tomaron del VLT de ESO en el desierto de Atacama en Chile. Debido al tamaño y la altura del espejo del telescopio, tiene una resolución muy alta y una alta calidad de datos, lo que proporciona las imágenes más claras de Neptuno. El equipo también utilizó datos de NASAEl Telescopio Espacial Spitzer e imágenes tomadas con el telescopio Gemini Sur en Chile, así como con el telescopio Subaru, el telescopio Keck y el telescopio Gemini Norte, todos en Hawai.

Evolución de imágenes térmicas de Neptuno utilizando el instrumento VISIR VLT. Las imágenes, tomadas entre 2006 y 2021, muestran a Neptuno enfriándose gradualmente, antes de un calentamiento dramático de su polo sur en los últimos años. Crédito: ESO/M. Roman

Dado que los cambios en la temperatura de Neptuno fueron inesperados, los astrónomos aún no saben qué pudo haberlos causado. Podrían deberse a cambios en la química estratosférica de Neptuno, patrones climáticos aleatorios o incluso el ciclo solar. Se necesitarán más observaciones en los próximos años para explorar las causas de estas fluctuaciones. Futuros telescopios terrestres como el Very Large Telescope (ELT) de ESO podrían monitorear cambios de temperatura como este con más detalle, mientras que NASA/ESA/CSA Telescopio espacial James Webb Proporcionará nuevos mapas sin precedentes de la química y la temperatura de la atmósfera de Neptuno.

“Creo que Neptuno en sí mismo es muy interesante para muchos de nosotros porque todavía sabemos muy poco al respecto”, dice Roman. “Todo esto apunta a una imagen más compleja de la atmósfera de Neptuno y cómo cambia con el tiempo”.

Para obtener más información sobre este descubrimiento, consulte los cambios inesperados en la temperatura atmosférica detectados en Neptuno.

Referencia: “Variación subestacional en la emisión del infrarrojo medio de Neptuno” por Michael T. Roman, Lee N. Fletcher, Glenn S. Orton y Thomas K. Antonano, James Sinclair, Yasumasa Kasaba, Takuya Fujiyoshi, Emike de Pater y Heidi B Hamill, 11 de abril de 2022, Revista de ciencia planetaria.
DOI: 10.3847/PSJ/ac5aa4

El equipo estaba formado por MT Roman y LN Fletcher (Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Leicester, Reino Unido), GS Orton (JPL/Caltech, California, EE. UU.), TK Greathouse (Instituto de Investigación del Suroeste, San Antonio, Texas, EE. UU.), JI Moses (Instituto de Ciencias Espaciales, Boulder, CO, EE. UU.), N. Rowe-Gurney (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Howard, Washington, DC, EE. UU.; Laboratorio de Astroquímica, NASA/ GSFC, Greenbelt, MD, EE. UU.; Centro de Investigación y exploración en ciencia y tecnología espaciales, NASA/GSFC, Greenbelt, MD, EE. UU.), PGJ Irwin (Universidad de Oxford Física Atmosférica, Oceánica y Planetaria, Department of Physics Clarendon Laboratory, Oxford, UK), A. Antuñano (UPV/EHU, Escuela Ingeniería de Bilbao, España), J. Sinclair (JPL/Caltech, California, USA) ), Y. Kasaba (Centro de Investigación de Plasma Atmosférico y Planetario, Escuela de Graduados en Ciencias, Universidad de Tohoku, Japón), T. Fujiyoshi (Telescopio Subaru, Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Hai, EE. UU.), I.D. Butter (Departamento de Astronomía, Universidad de California en Berkeley , CA, EE. UU.) y HB Hammel (Consorcio de Universidades para la Investigación en Astronomía, Washington, DC, EE. UU.).