Sur une période de 17 ans, une équipe internationale d’astronomes a surveillé les températures atmosphériques de Neptune. Ils ont découvert que les températures globales de Neptune ont chuté de manière inattendue, suivies d’un réchauffement spectaculaire au niveau de son pôle sud. Crédit : ESO/M. Roman
En utilisant des télescopes terrestres, dont celui de l’Observatoire Européen Austral (ESO) Très grand télescope (ESO), une équipe internationale d’astronomes piste NeptuneLes températures atmosphériques de Neptune sur une période de 17 ans. Ils ont constaté une baisse surprenante des températures globales de Neptune, suivie d’un réchauffement spectaculaire à son pôle sud.
“Ce changement était inattendu “, déclare Michael Roman, chercheur associé postdoctoral à l’Université de Leicester, au Royaume-Uni, et auteur principal de l’étude publiée le 11 avril 2022 dans la revue . The Planetary Science Journal. “Comme nous avons observé Neptune au début de son été austral, nous nous attendions à ce que les températures se réchauffent lentement, et non à ce qu’elles se refroidissent.”
Comme la Terre, Neptune connaît des saisons lorsqu’elle tourne autour du Soleil. Cependant, une saison de Neptune dure environ 40 ans, une année de Neptune durant 165 années terrestres. L’été est arrivé dans l’hémisphère sud de Neptune depuis 2005, et les astronomes étaient impatients de voir comment les températures changeaient après le solstice d’été austral.
Ce composite montre des images thermiques de Neptune prises entre 2006 et 2020. Les trois premières images (2006, 2009, 2018) ont été prises avec l’instrument VISIR sur le Very Large Telescope de l’ESO, tandis que l’image de 2020 a été capturée par l’instrument COMICS sur le Subaru Telescope (VISIR n’était pas en service au milieu de l’année 2020 à cause de la pandémie). Après le refroidissement progressif de la planète, le pôle sud semble s’être considérablement réchauffé au cours des dernières années, comme le montre un point lumineux au bas de Neptune sur les images de 2018 et 2020. Crédit : ESO/M. Roman, NAOJ/Subaru/COMICS
Les astronomes ont examiné près de 100 images infrarouges thermiques de Neptune, prises sur une période de 17 ans, pour reconstituer les tendances générales de la température de la planète avec plus de détails que jamais auparavant.
Ces données ont montré que, malgré le début de l’été austral, la majeure partie de la planète s’est progressivement refroidie au cours des deux dernières décennies. La température moyenne globale de Neptune a baissé de 8 °C entre 2003 et 2018.
Les astronomes ont ensuite été surpris de découvrir un réchauffement spectaculaire du pôle sud de Neptune au cours des deux dernières années de leurs observations, lorsque les températures ont rapidement augmenté de 11 °C entre 2018 et 2020. Bien que le vortex polaire chaud de Neptune soit connu depuis de nombreuses années, un réchauffement polaire aussi rapide n’avait jamais été observé auparavant sur la planète.
L’image de la planète Neptune à gauche a été obtenue lors des tests du mode d’optique adaptative à champ étroit de l’instrument MUSE sur le Very Large Telescope de l’ESO. L’image de droite est une image comparable du télescope spatial Hubble de la NASA/ESA. Notez que les deux images n’ont pas été prises au même moment et qu’elles ne montrent pas des caractéristiques de surface identiques. Crédit : ESO/P. Weilbacher (AIP)/NASA, ESA, et M.H. Wong et J. Tollefson (UC Berkeley)
“Nos données couvrent moins de la moitié d’une saison de Neptune, donc personne ne s’attendait à voir des changements importants et rapides “, déclare le co-auteur Glenn Orton, chercheur scientifique principal au Jet Propulsion Laboratory de Caltech (JPL), aux États-Unis.
Les astronomes ont mesuré la température de Neptune à l’aide de caméras thermiques qui fonctionnent en mesurant la lumière infrarouge émise par les objets astronomiques. Pour leur analyse, l’équipe a combiné toutes les images existantes de Neptune recueillies au cours des deux dernières décennies par des télescopes terrestres. Ils ont étudié la lumière infrarouge émise par une couche de l’atmosphère de Neptune appelée stratosphère. Cela a permis à l’équipe de dresser un tableau de la température de Neptune et de ses variations pendant une partie de son été austral.
Changements observés dans la luminosité de l’infrarouge thermique de Neptune, une mesure de la température dans l’atmosphère de Neptune. Le graphique montre le changement relatif de la luminosité dans l’infrarouge thermique de la stratosphère de Neptune en fonction du temps pour toutes les images existantes prises par des télescopes terrestres. Les images les plus brillantes sont interprétées comme étant plus chaudes. Les images thermo-infrarouges correspondantes (en haut) à des longueurs d’onde de ~12 µm montrent l’apparence de Neptune en 2006, 2009, 2018 (observées par le VISIR du Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral), et 2020 (observé par l’instrument COMICS de Subaru). Le pôle sud semble s’être considérablement réchauffé au cours des dernières années. Crédit : Michael Roman/NASA/JPL/Voyager-ISS/Justin Cowart
Parce que Neptune se trouve à environ 4,5 milliards de kilomètres et qu’elle est très froide – la température moyenne de la planète atteint environ -220°C – mesurer sa température depuis la Terre n’est pas une tâche facile. “Ce type d’étude n’est possible qu’avec des images infrarouges sensibles provenant de grands télescopes comme le VLT qui peuvent observer Neptune clairement, et celles-ci ne sont disponibles que depuis une vingtaine d’années”, explique le co-auteur Leigh Fletcher, professeur à l’Université de Leicester.
Environ un tiers de toutes les images prises proviennent de l’instrument VISIR (VLT Imager and Spectrometer for mid-InfraRed) sur le VLT de l’ESO dans le désert d’Atacama au Chili. En raison de la taille du miroir et de l’altitude du télescope, la résolution et la qualité des données sont très élevées, offrant les images les plus claires de Neptune. L’équipe a également utilisé les données de NASAL’équipe a également utilisé les données du télescope spatial Spitzer de la NASA et des images prises par le télescope Gemini Sud au Chili, ainsi que par le télescope Subaru, le télescope Keck et le télescope Gemini Nord, tous situés à Hawaï.
L’évolution des images thermiques prises depuis Neptune à l’aide de l’instrument VISIR du VLT. Les images, prises entre 2006 et 2021, montrent un refroidissement progressif de Neptune, avant un réchauffement spectaculaire de son pôle sud au cours des dernières années. Crédit : ESO/M. Roman
Les variations de température de Neptune étant très inattendues, les astronomes ne savent pas encore ce qui a pu les provoquer. Elles pourraient être dues à des changements dans la chimie de la stratosphère de Neptune, à des phénomènes météorologiques aléatoires ou même au cycle solaire. D’autres observations seront nécessaires dans les années à venir pour explorer les raisons de ces fluctuations. Les futurs télescopes terrestres, comme l’ELT (Extremely Large Telescope) de l’ESO, pourraient observer les changements de température de ce type de manière plus détaillée, tandis que le satellite NASA/ESA/CSA Télescope spatial James Webb fournira de nouvelles cartes sans précédent de la chimie et de la température de l’atmosphère de Neptune.
“Je pense que Neptune est en soi très intrigante pour beaucoup d’entre nous, car nous en savons encore très peu sur elle”, déclare Roman. “Tout ceci pointe vers une image plus compliquée de l’atmosphère de Neptune et de la façon dont elle évolue avec le temps”.
Pour en savoir plus sur cette découverte, voir Changements inattendus de la température atmosphérique détectés sur Neptune.
Référence : “Sub-Seasonal Variation in Neptune’s Mid-Infrared Emission” par Michael T. Roman, Leigh N. Fletcher, Glenn S. Orton, Thomas K. Greathouse, Julianne I. Moses, Naomi Rowe-Gurney, Patrick G. J. Irwin, Arrate Antuñano, James Sinclair, Yasumasa Kasaba, Takuya Fujiyoshi, Imke de Pater et Heidi B. Hammel, 11 avril 2022,Planetary Science Journal.
DOI : 10.3847/PSJ/ac5aa4
L’équipe est composée de M. T. Roman et L. N. Fletcher (School of Physics and Astronomy, University of Leicester, UK), G. S. Orton (Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology, California, USA), T. K. Greathouse (Southwest Research Institute, San Antonio, TX, USA), J. I.. Moses (Space Science Institute, Boulder, CO, USA), N. Rowe-Gurney (Department of Physics and Astronomy, Howard University, Washington DC, USA ; Astrochemistry Laboratory, NASA/GSFC, Greenbelt, MD, USA ; Center for Research and Exploration in Space Science and Technology, NASA/GSFC, Greenbelt, MD, USA), P. G. J. Irwin (Université d’OxfordAtmospheric, Oceanic, and Planetary Physics, Department of Physics Clarendon Laboratory, Oxford, UK), A. Antuñano (UPV/EHU, Escuela Ingernieria de Bilbao, Espagne), J. Sinclair (Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology, Californie, USA), Y. Kasaba (Planetary Plasma and Atmospheric Research Center, Graduate School of Science, Tohoku University, Japon), T. Fujiyoshi (Subaru Telescope, National Astronomical Observatory of Japan, HI, USA), I. de Pater (Department of Astronomy, University of California at Berkeley, CA, USA), et H. B. Hammel (Association of Universities for Research in Astronomy, Washington DC, USA).
