2011.07.05. - Nagy pontossággal mérték meg a Neptunusz tengelyforgási periódusát

A Hubble Űrtávcső felvételei alapján a Neptunusz légkörének két állandó alakzata segítségével nagy pontossággal mérték meg az óriásbolygó tengelyforgási idejét, melynek értéke 15 óra 57 perc 59 másodperc.

A Neptunusz új tengelyforgási periódusának meghatározása Erich Karkoschka (University of Arizona, Lunar and Planetary Laboratory) nevéhez fűződik, aki több száz, a Hubble Űrteleszkóp archívumából összegyűjtött, az űrtávcső által két évtized alatt a Neptunuszról készített felvételt tanulmányozott át. Olyan légköri alakzatok után kutatott, melyek hosszú időn keresztül stabilak, nagy valószínűséggel kapcsolatban állnak a bolygó belsejével, így mozgásuk annak tengelyforgását tükrözi, nem pedig atmoszférikus hatásokat. Eredménye az egyik legnagyobb előrelépést jelentheti a gázóriások tengelyforgási periódusainak vizsgálatában azóta, hogy majdnem 350 évvel ezelőtt Giovanni Cassini először észlelte a Jupiter nagy vörös foltját.

A Naprendszer belső kőzetbolygói esetében, melyek merev testként forognak, a fix felszíni alakzatok, például hegyek segítségével egyszerű megállapítani a tengelyforgási időt. A külső gázóriásoknál azonban sokkal bonyolultabb a helyzet, mivel az elképzelések szerint a viszonylag kicsiny, szintén mereven rotáló magot a bolygó tömegének nagy részét kitevő, jégből és gázból álló vastag rétegek takarják, melyek áramlásai, örvényei nagyon megnehezítik a feladatot. A Neptunusz esetében is ez a helyzet, a bolygónak csak a mozgó felhőtakaróját, illetve néhány atmoszférikus alakzatát tudjuk megfigyelni.

A probléma megoldásához az ötvenes években érkezett némi segítség, amikor az első rádióteleszkópokkal felfedezték a Jupiter pulzáló rádiósugárzását, amit a bolygó magjának forgása által keltett mágneses mező generál. A többi gázóriás esetében azonban nem sikerült ilyen kapcsolatot felfedezni, mivel bármilyen róluk származó rádiósugárzást "elnyom" a napszél, így abból semmi nem érheti el a Földet. Az egyedüli lehetőség ezen rádiósugárzás detektálására, ha azt a bolygók közvetlen közelében kíséreljük meg. A Voyager 1 és a Voyager 2 szondáknak ez sikerült a Szaturnusz, az Uránusz és a Neptunusz esetében is, az adataik alapján a Szaturnusz tengelyforgási periódusa 10,66 órának adódott. A 15 évvel később oda érkező Cassini szonda mérései azonban ettől 1 százalékkal eltérő értéket szolgáltattak. A bolygó nagy tömege (nagy impulzusnyomatéka) miatt azonban ennyi idő alatt ilyen sokkal nem változhatott meg a rotációs periódus. A bizonytalansághoz még az is hozzájárult, hogy a Cassini későbbi mérései alapján a gyűrűs bolygó északi és déli féltekéjének forgása eltérő sebességűnek tűnik. A mágneses tér tehát nem jelzi pontosan a keresett értékeket, Karkoschka szerint ugyanis a napszél vagy valamilyen más, egyelőre ismeretlen hatás miatt a mag nem tudja szinkronban magával "vonszolni", ezért a mágneses tér lemarad tőle, így a segítségével meghatározott periódus nem a valódi forgási ütemet tükrözi.

A Hubble Űrteleszkóp által a Neptunuszról készített egyik felvétel. A légköri alakzatok jobb kiemelése érdekében a képen módosították a színeket és a kontrasztot. A bolygó atmoszférájában a szelek sebessége elérheti, illetve meg is haladhatja a hangsebességet. A legjellemzőbb légköri alakzat természetesen a Nagy Sötét Folt (Great Dark Spot), ami a kép bal oldalán látható. Emellett azonban több más alakzat is azonosítható, például egy második, kisebb sötét folt, és az ún. South Polar Feauture (SPF), melyek mozgása a bolygó tengelyforgásával szinkronizált, így segítségükkel szinte másodpercnyi pontossággal meghatározható a Neptunusz rotációs periódusa.
[E. Karkoschka]

Az űreszközök mérési adatai helyett Karkoschka egy másik utat választott. A Hubble Űrteleszkóp archívumából több száz, a Neptunuszról készült felvételt bányászott elő, melyek a bolygó húsz év alatt megfigyelhető minden részletét rögzítették. (Ezeket a képeket természetesen már mások is elemezték, de eddig senki nem vizsgált át közülük szisztematikusan 500-nál is többet.) Két olyan légköri alakzatot is azonosított, melyek azzal tűnnek ki a többi közül, hogy rendkívül stabilan mozognak, Karkoschka szerint ötször stabilabban, mint a Szaturnusz északi pólusa környékének a Cassini által 2007-ben detektált bizarr hatszögletű felhőalakzata. A South Polar Feature (SPF) és South Polar Wave (SPW) névvel ellátott, valószínűleg a Jupiter nagy vörös foltjához hasonló légköri örvényeket Karkoschka az archív anyagokban több mint 20 éven keresztül tudta követni. A segítségükkel meghatározott tengelyforgási periódus 15,9663 óra, melynek bizonytalansága mindössze néhány másodperc és szignifikánsan rövidebb, mint az eddig elfogadott időtartam. Karkoschka szerint az általa meghatározott érték mintegy ezerszer pontosabb, mint a Voyager-mérésekből származtatott adat, azaz valóban nagy előrelépésről van szó. Az alakzatok regularitása azt is sugallja, hogy valamilyen - egyelőre csak spekulálható - módon összeköttetésben állnak a Neptunusz belsejével. Egy lehetséges szcenárió a bolygó vastag légkörének melegebb és hidegebb területei közötti konvektív csatolás, hasonlóan a Föld köpenyének forró foltjaihoz, az olvadt anyag évmilliókon keresztül állandó helyeken tartózkodó cirkuláris áramlásaihoz.

Karkoschka az 1989-es, a Hubble-felvételeknél nagyobb felbontású Voyager-képeket is elemezte, hogy kiderítse, látható-e még valami a két fő alakzat mellett. Azonosított is hat másikat, melyek ugyanazzal a sebességgel rotálnak, de ezek sajnos olyan halványak voltak, hogy a Hubble-képeken nem látszottak, de a Voyager-felvételeken is csak néhány hónapig. Ez viszont nem volt elegendő ahhoz, hogy segítségükkel a periódus szintén hat tizedesjegy pontossággal legyen megállapító. Kapcsolatuk a két másik alakzattal azonban nyilvánvaló, a nyolc egymáshoz kötődő alakzat léte pedig Karkoschka szerint valóban egyedi, s ezért izgalmas, érdekfeszítő.

Ha a Neptunusz valóban gyorsabban forog, mint az eddig elfogadott érték, akkor az azt jelenti, hogy a tömegeloszlása is kicsit különbözik az eddig képzelttől, a tömeg nagyobb része összpontosul a centrum környezetében, mint eddig gondoltuk, ezért a pontosabb tengelyforgási periódus a gázóriások felépítésére vonatkozó elképzeléseinket is befolyásolhatja.

Az eredményeket részletező szakcikk az Icarus c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• ScienceDaily 2011.07.01.