С помощью инфракрасных телескопов ученые проследили за сменой сезонов на Нептуне, которая оказалась существенно отличающейся от земной. Южный полюс, который ранее был самым теплым местом на планете, с наступлением лета заметно охладился.
Изображения Нептуна в инфракрасном диапазоне, полученные на телескопах VLT (2006 - 2018 годы) и Subaru (2020 год). Яркое пятно в нижней части диска - южный полюс. / © ESO/M. Roman, NAOJ/Subaru/COMICS
Нептун — восьмая планета Солнечной системы — получает в 900 раз меньше солнечного тепла, чем Земля, а год на нем длится 165 земных лет. По классическим представлениям, Нептун обладает значительными запасами внутреннего тепла, и мощность теплового потока, поступающего из недр планеты, в полтора раза превышает солнечный разогрев.
Вместе с тем у Нептуна и Земли есть кое-что общее. Наклон нептунианской оси к плоскости его орбиты составляет 28,3 градуса (против 23,5 градуса у Земли), и сезонные изменения продолжительности дня и высоты Солнца над горизонтом аналогичны земным.
Преобладание внутреннего тепла над солнечным разогревом означает, что последний не должен существенно влиять на атмосферные процессы. И действительно, на Нептуне бушуют самые сильные ветра в Солнечной системе, которые сложно объяснить одним только солнечным нагревом. Атмосфера этой планеты очень динамична и изменчива: некоторые вихри живут по нескольку лет, а другие облачные системы появляются и исчезают в течение нескольких суток.
Ученые из Института реактивного движения (JPL) во главе с Гленном Ортоном (Glenn Orton) проанализировали серию инфракрасных снимков Нептуна, полученных на восьмиметровом телескопе VLT и других обсерваториях за последние 19 лет. И они обнаружили, что сезонная изменчивость атмосферы на Нептуне все-таки имеет место. Более того, сезонные изменения оказались довольно драматичными и непохожими на земные. (Оригинал статьи и более подробные данные можно найти здесь)
В 2005 году в южном полушарии Нептуна наступило лето, которое продлится 40 земных лет. Поскольку атмосфера восьмой планеты обладает большой тепловой инерцией и подогревается в основном снизу, а не Солнцем, это должно было вызвать лишь незначительный и отложенный подъем температуры. Вместо этого ученые обнаружили значительные изменения в нептунианской стратосфере.
На южном полюсе с 2018 по 2020 год потеплело на 11 градусов, а экваториальные, тропические и «умеренные» области, наоборот, остыли. Экваториальное похолодание перевесило полярное потепление и было настолько сильным, что средняя температура стратосферы по всей планете с наступлением лета понизилась на шесть-восемь градусов.
Сезонные изменения в более глубоких слоях атмосферы тоже оказались непохожими на земные. В верхней тропосфере Нептуна (на уровне 100 миллибар, или 0,1 земной атмосферы) температура экваториальных и тропических широт с наступлением лета повысилась с 49-54 до 52-57 кельвинов (с -224…-219 до -221…216 градусов Цельсия). На полюсе она, наоборот, упала с 60 до 52 кельвинов (с -213 до -221 градусов Цельсия). Если в 2003-2010 годах южный полюс Нептуна был самым теплым местом на планете, то к 2020-му это звание перешло к поясу вблизи южного тропика.
Речь идет о довольно разреженных слоях нептунианской атмосферы, и попытка провести аналогию с более привычным миром будет натянутой. Но представьте, что весной и ранним летом в Мурманске и на Шпицбергене держались бы стабильные среднесуточные плюс 35, а в середине июля внезапно ударил мороз.
Отметим вслед за авторами исследования, что расчет температуры на основе наблюдаемых данных был довольно сложным. Ученые определяли температуру, исходя из интенсивности излучения Нептуна в различных участках теплового инфракрасного диапазона. На излучательную способность влияют концентрации примесных атмосферных газов, таких как метан, этан и ацетилен, а они тоже подвержены изменениям и плохо поддаются точному измерению. Поэтому приведенные в статье значения обладают некоторой погрешностью.
Тем не менее из полученных результатов уже можно сделать вывод, что сезонные изменения в атмосфере Нептуна присутствуют и кардинально отличаются от земных. А динамика атмосфер газовых гигантов требует дальнейшего изучения.
