Mysterieuze donkere vlek gespot op Neptunus

Het is voor het eerst dat er een raadselachtige grote vlek op deze verre planeet vanaf de aarde is waargenomen.

In de atmosferen van reuzenplaneten zijn vaak grote vlekken te zien. De beroemdste is zonder twijfel de Grote Rode Vlek van gasreus Jupiter. Nu hebben sterrenkundigen met behulp van ESO’s Very Large Telescope (VLT) een grote donkere vlek waargenomen in de atmosfeer van Neptunus.

Donkere vlekken op Neptunus
Het is niet voor het eerst dat er een donkere vlek op Neptunus is gespot. Op de achtste planeet in ons zonnestelsel werd in 1989 voor het eerst zo’n raadselachtig verschijnsel waargenomen. Het was te danken aan NASA’s ruimtesonde Voyager 2 die ‘rakelings’ langs de planeet scheerde. De vlek verdween echter een paar jaar later weer. Maar nu is er dus opnieuw een mysterieuze vlek gespot. En wel met een grondtelescoop.

Vanaf de aarde
Het is voor het eerst dat er een donkere vlek op de planeet is waargenomen met een telescoop op aarde. Het betekent dat onderzoekers met behulp van ESO’s VLT dit soort vlekken nu dus ook vanaf onze eigen planeet kunnen bestuderen. “Dit is een enorme stap vooruit,” zegt mede-auteur Michael Wong. “Eerst konden we deze vlekken alleen waarnemen door er een ruimtesonde naartoe te sturen, zoals Voyager. Toen kregen we de mogelijkheid om ze op afstand waar te nemen met Hubble. En nu is de technologie zo geavanceerd dat we dit vanaf de grond kunnen doen.”

Deze afbeelding toont Neptunus, waargenomen met het MUSE-instrument van ESO’s Very Large Telescope. Rechtsboven is een donkere vlek te zien. Afbeelding: ESO/P. Irwin et al.

Mysterieuze vlek
Er zijn lang niet altijd donkere vlekken te zien in de atmosfeer van Neptunus. Hierdoor hebben onderzoekers nog niet vaak de kans gekregen om ze gedetailleerd te onderzoeken. Daar kwam verandering in toen de Hubble-ruimtetelescoop diverse donkere vlekken in de atmosfeer van Neptunus had ontdekt, waaronder een op het noordelijk halfrond van de planeet die in 2018 voor het eerst werd opgemerkt. Onderzoekers gingen vervolgens meteen aan de slag om deze vlek vanaf de grond te bestuderen.

Raadselachtig
Sinds de eerste ontdekking van een donkere vlek op Neptunus hebben astronomen zich vaak afgevraagd wat deze kortstondig en ongrijpbare kenmerken eigenlijk zijn. Bekend is dat de Grote Rode Vlek van Jupiter een ‘anticycloon’ of grote storm is. Maar hoe zit dat op Neptunus? Met behulp van gegevens van ESO’s VLT sloten de onderzoekers uit dat de donkere vlekken op Neptunus worden veroorzaakt door een ‘opklaring’ in het wolkendek. De nieuwe waarnemingen geven aan dat ze in plaats daarvan waarschijnlijk het gevolg zijn van een diepe, donker wordende laag van aerosolen onder de meest in het oog springende damplaag, waar vermenging van ijs en damp plaatsvindt.

Golflengten
De onderzoekers komen tot deze conclusie nadat ze met behulp van de Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE, zie kader) van de VLT het weerkaatste zonlicht van Neptunus en zijn vlek in hun samenstellende kleuren (oftewel golflengten) opsplitsten. Hierdoor verkregen ze een 3D-spectrum, wat betekende dat ze de vlek gedetailleerder konden bestuderen dan voorheen mogelijk was. “Ik vind het geweldig dat ik niet alleen voor het eerst een donkere vlek vanaf de grond heb kunnen waarnemen, maar dat ik ook voor het eerst een reflectiespectrum van zo’n vlek heb kunnen vastleggen,” aldus hoofdonderzoeker Patrick Irwin.

Meer over MUSE
MUSE is een 3D-spectrograaf waarmee astronomen een astronomisch object, zoals Neptunus, in zijn geheel kunnen waarnemen. Op elke pixel meet het instrument de intensiteit van het licht als functie van de kleur of golflengte. De resulterende gegevens vormen een 3D-reeks waarin elke pixel van het beeld een volledig lichtspectrum is voorzien. In totaal meet MUSE meer dan 3500 kleuren. Het instrument is ontworpen om gebruik te maken van adaptieve optiek, die het effect van turbulenties in de aardatmosfeer tegengaat, wat in scherpere opnamen resulteert. Zonder deze combinatie van eigenschappen zou het niet mogelijk zijn geweest om een donkere vlek van Neptunus vanaf de grond te bestuderen.

De onderzoekers konden uiteindelijk met het spectrum nauwkeurig bepalen op welke hoogte de donkere vlek zich in de Neptuniaanse atmosfeer bevindt. Het spectrum verschafte bovendien meer inzicht in de chemische samenstelling van de verschillende lagen van de atmosfeer, wat vervolgens weer interessante nieuwe aanwijzingen opleverde over waarom de vlek zo donker oogt.

Kleinere heldere vlek
Daarnaast ontdekten de onderzoekers nog niets bijzonders. Naast de mysterieuze donkere vlek bevindt zich namelijk ook een opvallende kleinere heldere vlek. “Al doende ontdekten we een zeldzame diepe, heldere wolk die nog nooit eerder was opgemerkt, zelfs niet vanuit de ruimte,” zegt Wong. De VLT-gegevens wijzen uit dat deze opmerkelijke ‘diepe heldere wolk’ zich op hetzelfde niveau in de atmosfeer bevindt als de donkere hoofdvlek. Dit betekent dat deze structuur compleet verschilt van de kleine ‘begeleidende’ wolken van methaan-ijs op grote hoogte die eerder zijn waargenomen.

Deze afbeelding toont Neptunus, waargenomen met het MUSE-instrument van ESO’s Very Large Telescope (VLT). Voor elke pixel op Neptunus splitst MUSE het binnenkomende licht op in diens samenstellende kleuren, oftewel golflengten. De donkere vlek is het duidelijkst te zien op kortere (blauwere) golflengten. Vlak bij deze donkere vlek legde MUSE ook een kleine heldere wolk vast – hier alleen zichtbaar op de tweede opname van links (groen) – die zich diep in de atmosfeer bevindt. Op de opnamen zijn, op lange golflengten, aan de linkerkant van Neptunus ook diverse andere, ondiepere heldere vlekken te zien. Afbeelding: ESO/P. Irwin et al.

Hoewel de astronomen nog steeds niet helemaal precies begrijpen wat de op Neptunus gespotte donkere vlekken zijn, verschaffen de nieuwe resultaten wel iets meer inzicht in hun aard en oorsprong. Verder onderzoek met behulp van grondtelescopen zullen hopelijk meer over deze mysterieuze fenomenen kunnen ontraadselen.