Webbteleskopet har upptäckt att Neptunus har norrsken

 

Neptunus finns i det kalla, mörka, yttre av vårt solsystem (om man räknar bort Kupierbältet med sina småplaneter, asteroider  och kometer i det så kallade Oorts moln) cirka 3 miljarder mil från solen.

Neptunus har bara besökts en gång  av en rymdfarkost. Det var av Voyager 2 den 25 augusti 1989, 03:56:36 UTC 1989 sedan dess har Neptunus endast obserberats av teleskop ex  NASA:s Hubbleteleskop ett av de teleskop tagit bilder på  väder på planeten. Hubble har även upptäckt en tidigare okänd måne i omloppsbana runt planeten 2013. För första gången har NASA:s James Webb Space Telescope nu även fångat ljusstark norrskensaktivitet på Neptunus.

 Norrsken uppstår när energirika partiklar som ofta kommer från solen, fastnar i en planets magnetfält och så småningom träffar den övre atmosfären. Energin som frigörs under dessa kollisioner skapar den karakteristiska glöden i ett norrsken.

Det visade sig att det bara var möjligt att avbilda norrskensaktiviteten på Neptunus med Webbs känslighet i nära infrarött ljus", beskriver huvudförfattaren Henrik Melin verksam vid Northumbria University, som genomförde forskningen vid University of Leicester. "Det var så fantastiskt att inte bara se norrskenet, utan även detaljerna och tydligheten i detta."

Datan erhölls i juni 2023 med hjälp av Webbs Near-Infrared Spectrograph. Förutom bilden av planeten fick astronomer ett spektrum i vilket man kunde karakterisera sammansättningen och mäta temperaturen i planetens övre atmosfär (jonosfären). För första gången fann de en extremt framträdande emissionslinje som betecknar närvaron av trivätekatjonen (H3+), som kan skapas i norrsken. I Webb-bilderna av Neptunus visas det glödande norrskenet som fläckar representerade i cyan.

Observationerna med Webb gjorde också att teamet kunde mäta temperaturen i översta skiktet av Neptunus atmosfär för första gången sedan Voyager 2:s förbiflygning. Resultaten ger en antydan om varför Neptunus norrsken förblev dolda för astronomer så länge.

"Jag blev förvånad – Neptunus övre atmosfär har svalnat med flera hundra grader", säger Melin. "Faktum är att temperaturen 2023 var drygt hälften av den 1989."

Då solens 11 åriga cykel kan vara en anledning till temperaturfallet nu och då men även Neptunus banläge mellan mätningarna 1989 och 2023 kan vara lika stor förklaring varje varv runt solen tar 165 år. Vi ska komma ihåg att Neptunus bana runt solen inte bara är lång i tid utan även är oregelbunden långt  och inte rund.

Genom åren har astronomer förutspått intensiteten hos Neptunus norrsken baserat på temperaturen som uppmätts av Voyager 2. En betydligt kallare temperatur skulle resultera i mycket svagare norrsken. Denna kalla temperatur är troligen anledningen till att Neptunus norrsken har förblivit oupptäckta så länge. Den dramatiska nedkylningen tyder också på att detta område av atmosfären kan förändras kraftigt trots att planeten ligger mer än 30 gånger längre bort från solen jämfört med jorden.

Med dessa nya upptäckter hoppas astronomer nu kunna studera Neptunus med Webb under en hel solcykel, en 11-årig period av aktivitet som drivs av solens magnetfält. Resultaten kan ge insikter om ursprunget till Neptunus bisarra magnetfält och till och med att förklara varför det lutar så mycket. Teamets resultat har publicerats i Nature Astronomy.